斜坡地段橋梁典型風(fēng)險的經(jīng)驗和啟示
——以某鐵路大橋水害處治為例

趙江林，陳 勇，文 章

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031）

1 橋梁概況

某鐵路大橋位于華南某地區(qū)，梁跨樣式為2×24+12×32+2×24m 單線簡支T 梁，采用圓端型橋墩，橋梁全長502.84m。其14#墩墩高9m，采用5?1.0m 摩擦樁基礎(chǔ)，樁長42.5m；15#墩墩高4.6m，采用4?1.0m 摩擦樁基礎(chǔ)，樁長35m。樁基主筋為18 根?20mm 鋼筋，采用分段配筋，配筋長度24m。某鐵路大橋全景如圖1 所示。

圖1 某鐵路大橋全景

2 水害情況

2022 年5 月20 日起，清流縣境內(nèi)出現(xiàn)持續(xù)強降雨天氣，并于6 月11 日起轉(zhuǎn)為暴雨到大暴雨?？紤]防洪需要，鐵路于6 月14 日凌晨開始封鎖。受暴雨影響，沿線出現(xiàn)個別紅線范圍以外的局部溜坍。

6 月15 日上午對該大橋CPⅢ進(jìn)行復(fù)測發(fā)現(xiàn)14#墩附近（距離橋墩中心2.7m）的CPⅢ點縱橫向分別出現(xiàn)39mm 和46mm 的位移。6 月15 日工務(wù)部門對軌道精測時發(fā)現(xiàn)14#墩對應(yīng)的軌道線路存在位移，兩者復(fù)測結(jié)果相符。

6 月19 日，對15#墩右側(cè)山體和排水溝進(jìn)行細(xì)致排查調(diào)繪，發(fā)現(xiàn)15#墩與橋臺之間的排水溝存在寬約3cm 裂縫，漿砌片石拉裂痕跡新鮮；右側(cè)山體地表也存在零星分布的裂縫，深度均小于20cm。

3 水害原因

綜合分析，連續(xù)強降雨、軟弱地層、地形條件、外部環(huán)境改變等不利因素綜合作用，斜坡坡腳巖土體局部發(fā)生蠕變，擠壓橋墩引起了該大橋14#和15#墩的偏移。

3.1 氣象條件

根據(jù)省氣象局公布的消息，5 月24 日—6 月15日，全省出現(xiàn)了歷史未見的持續(xù)性強降水，降雨時間長、累計雨量大、影響范圍廣、區(qū)域疊加多、致災(zāi)風(fēng)險高，多地累計降水量、降水日數(shù)、暴雨日數(shù)等降水指標(biāo)打破歷史同期紀(jì)錄。

根據(jù)該地區(qū)氣象局提供的某區(qū)域站資料顯示，2022 年5 月21 日—6 月15 日，26d 內(nèi)有降水天數(shù)達(dá)25d，總降水量為756.5mm。6 月13 日—6 月14 日，24h最大雨量236.9mm，是全省同時段內(nèi)24h 最大雨量第一，是該區(qū)有建區(qū)域站以來24h 最大雨量第一。

3.2 地質(zhì)條件

該大橋右側(cè)斜坡長度為260m，高度為106m，斜坡巖層傾角大于斜坡自然坡度，基巖部分出露，未見深大貫通裂縫錯臺，整體穩(wěn)定性較好。僅坡腳土層和風(fēng)化層較厚，在長期飽水浸泡條件下，局部巖土體可能發(fā)生蠕變現(xiàn)象。

橋梁樁基持力層土層深厚軟弱，下伏巖性復(fù)雜風(fēng)化層厚度大。14#墩表層為上更新統(tǒng)粗角礫土，厚16m，基巖為石炭系下統(tǒng)靈地組弱風(fēng)化灰?guī)r，灰?guī)r以下為強風(fēng)化千枚巖、石英砂巖。15# 墩表層為粉質(zhì)黏土，厚2.7m，其下為石炭系下統(tǒng)靈地組全風(fēng)化千枚巖、石英砂巖，厚度32m；強風(fēng)化千枚巖、石英砂巖，厚5.2m；弱風(fēng)化千枚巖、石英砂巖。軟弱風(fēng)化巖土層在飽水條件下易發(fā)生向臨空方向的蠕變，蠕變體位于DK351+270—DK351+335 段左側(cè)20m～右側(cè)40m。蠕變體長約52m，寬度約78m，厚度為10～14m，體積約4×104m3。蠕變體物質(zhì)成分主要為上更新統(tǒng)粗角礫土和靈地組全風(fēng)化千枚巖、石英砂巖。

3.3 排水條件

橋址周邊地下水排泄不暢。15#橋墩右側(cè)斜坡發(fā)育一沖溝，長約120m，地表降雨匯集后下滲巖土中，導(dǎo)致土體容重增加，土體軟化，強度降低，導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性差。

3.4 外部環(huán)境條件

橋下14#和15#墩間有一便道通過，常有載重汽車通行。便道緊鄰14#橋墩上方承臺，橋梁上方一側(cè)樁增加荷載，對飽水后的軟弱風(fēng)化土體產(chǎn)生附加土壓力，引起橋墩向斜坡下方偏移。

4 處治方案

4.1 橋墩應(yīng)急搶險方案

14#墩承臺外左側(cè)及小里程側(cè)設(shè)置一排鋼板樁進(jìn)行防護(hù)，坡腳設(shè)置一排鋼板樁同時進(jìn)行反壓回填。左側(cè)便道邊坡，采用錨桿框架梁內(nèi)撒草籽進(jìn)行防護(hù)。

15#墩左側(cè)臨時便道邊坡坡腳打入鋼板樁加固，對坡腳進(jìn)行反壓回填。坡面采用錨桿框架梁防護(hù)。

4.2 坡體永臨結(jié)合方案

（1）坡體外緣設(shè)置環(huán)形截水溝，中部設(shè)置樹枝型截水溝，截水溝采用C25 混凝土澆筑。

（2）14#、15#墩右側(cè)邊坡山體原地面下挖3.5～4m，設(shè)置18m 寬平臺進(jìn)行減載處理；開挖邊坡右側(cè)采用錨桿框架梁護(hù)坡，頂部設(shè)置天溝。

（3）坡體左側(cè)設(shè)置反壓護(hù)坡，邊坡打入仰斜孔，斜角5°～10°，仰斜孔長24m。

4.3 橋墩永久整治方案

4.3.1 14#墩

采用8 根?1.5m 鉆孔灌注樁呈矩形布置在既有橋墩周圍。樁基長度18～31m，樁底穿過溶洞進(jìn)入灰?guī)rR3巖面以下或進(jìn)入千枚巖強風(fēng)化W4 層。

新建承臺縱橫向尺寸為11.0m×14.2m，總高3.5m。新建承臺與既有承臺、既有墩身采用纖釘連接。樁基布置如圖2 所示。橋墩整治方案如圖3 所示。

圖2 樁基布置

圖3 橋墩整治方案

4.3.2 15#墩

采用8 根?1.5m 鉆孔灌注樁呈矩形布置在既有橋墩周圍。樁基長度約16～18m，樁底進(jìn)入千枚巖全風(fēng)化層W4。新建承臺縱橫向尺寸為11.0m×11.0m，總高3.5m。新建承臺與既有承臺、既有墩身采用纖釘連接。

5 經(jīng)驗和啟示

山區(qū)鐵路地形地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是越嶺及山區(qū)河谷兩側(cè)斜坡地帶。一直以來，行業(yè)內(nèi)存在不重視斜坡地段尤其是自然縱坡較小的緩斜坡地段的工程風(fēng)險的傾向。原因在于：①由于在山區(qū)、丘陵地帶斜坡場景極其常見，對鐵路、公路等線形條帶狀項目，斜坡工程幾乎無法避免。②因為緩斜坡場地條件好、工程規(guī)模小，是布設(shè)路基、橋梁等明線工程的天然理想處所，相較隧道等暗線有很大優(yōu)勢。但從該大橋案例來看，斜坡地段也可能存在較大的工程風(fēng)險，尤其是在水、軟弱地層、不利外部條件等因素耦合作用下，更易導(dǎo)致工程災(zāi)難，應(yīng)引起高度重視。

勘察設(shè)計是工程質(zhì)量安全控制的源頭，總結(jié)該大橋水害發(fā)生和處治的全過程，為鐵路工程項目在斜坡地段的勘察設(shè)計工作提出5 個方面的經(jīng)驗和啟示。

5.1 高度重視地質(zhì)選線

應(yīng)改變斜坡地段是路基、橋梁等明線工程天然理想設(shè)置處所的固有觀念，高度重視斜坡地段的工程地質(zhì)問題和工程風(fēng)險。斜坡地段通常是滑坡、危巖落石、巖堆、順層和泥石流等不良地質(zhì)問題多發(fā)的區(qū)域，鐵路線路應(yīng)盡量避免自斜坡地段通過，確實難以繞避時應(yīng)考慮采用合理的工程形式，減少明線段落或拔高線路標(biāo)高以減小重力不良地質(zhì)問題對鐵路工程構(gòu)成的安全威脅，工程結(jié)構(gòu)及設(shè)施設(shè)備應(yīng)盡量遠(yuǎn)離斜坡坡腳或避免布設(shè)于斜坡中下部[1]。

工作中應(yīng)結(jié)合斜坡的演變、新構(gòu)造運動、構(gòu)造應(yīng)力場及人類經(jīng)濟活動等綜合因素對區(qū)域斜坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和評價。不同的地質(zhì)構(gòu)造單元、地貌單元及氣候特征等地質(zhì)環(huán)境條件下的斜坡穩(wěn)定性有所差異；相同地質(zhì)條件下由于溝谷切割的深度（包括斜坡的坡度和高度）不同，巖體受地質(zhì)構(gòu)造的影響程度、地層巖性及巖體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造差異、斜坡的穩(wěn)定程度都相差很大。因此，在地質(zhì)選線時，應(yīng)對斜坡不穩(wěn)定地區(qū)高度重視[2]。

5.2 切實加強地質(zhì)勘察

（1）加強對斜坡整體穩(wěn)定性和不良地質(zhì)問題的勘察和判釋。山區(qū)和丘陵地區(qū)斜坡地形極為常見，鐵路、公路等線形工程必須面對斜坡及相應(yīng)的不良地質(zhì)問題。要加強工程地質(zhì)勘察，重點關(guān)注深厚土體、軟弱夾層、貫通不利結(jié)構(gòu)面的勘察和識別，準(zhǔn)確判定斜坡的整體穩(wěn)定性，對存在穩(wěn)定性問題的斜坡堅決繞避；對斜坡上存在的滑坡、危巖落石、巖堆、泥石流等不良地質(zhì)問題應(yīng)做深入細(xì)致的調(diào)繪、物探、鉆探等地質(zhì)工作，徹底查清發(fā)育規(guī)模和危害程度，有針對性地采用或繞或埋或治的措施，確保工程安全。

大量實踐經(jīng)驗表明，斜坡勘察工作必須有所重點，應(yīng)該科學(xué)地選擇有效的勘察方法，重點勘察斜坡的坡體結(jié)構(gòu)和巖土參數(shù)，并進(jìn)一步勘測這些參數(shù)在外部條件的作用下會發(fā)生怎樣的變化，通過細(xì)致地勘察得到對坡體的穩(wěn)定程度起決定性作用的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面和軟弱層，接著對勘察結(jié)果的綜合作用進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，預(yù)測并評價在綜合作用下斜坡工程出現(xiàn)失穩(wěn)變形的概率和破壞的程度有多大，相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，大氣降水和地下水是影響山體斜坡巖土工程性質(zhì)最為嚴(yán)重的兩個因素[3]。

（2）提高對千枚巖等類似軟弱巖層的認(rèn)識。千枚巖變質(zhì)程度介于板巖和片巖之間，巖石本身構(gòu)造為千枚狀。由于長期受風(fēng)化作用影響，千枚巖往往具有強度低、遇水易泥化、水穩(wěn)定性差等特點，應(yīng)加強綜合勘探，以地質(zhì)鉆探、原位測試、室內(nèi)試驗相結(jié)合，查明千枚巖的風(fēng)化程度及物理力學(xué)性質(zhì)，提高對全風(fēng)化千枚巖及其水理性質(zhì)的認(rèn)識，必要時優(yōu)化線路方案或加強工程擋護(hù)措施[4]。

5.3 深入細(xì)化工程設(shè)計

（1）高度重視斜坡地段橋梁工程設(shè)計，必要時應(yīng)開展相應(yīng)的專題研究，特別注意斜坡地段不平衡土壓力影響。加強橋梁結(jié)構(gòu)檢算和墩臺邊坡防護(hù)設(shè)計，不僅考慮上部擋護(hù)措施，還要高度關(guān)注坡面下方的防護(hù)措施。

（2）墩臺基礎(chǔ)應(yīng)盡量避免高樁設(shè)計，兩側(cè)土壓力需考慮平衡作用。有條件時盡量采用柱樁，減少摩擦樁設(shè)計。相鄰墩臺間地形和地層存在突變時，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)全面的核實，綜合采用科學(xué)合理、安全可靠的工程措施。

（3）高度重視水的作用，斜坡失穩(wěn)大部分是由強降雨引起。根據(jù)斜坡變形體形成成因，斜坡整治需對斜坡變形體地表水及地下水進(jìn)行有利疏導(dǎo)，采用“防、排、截、堵”等工程措施，做到擋、排多措施、多層次的綜合整治，合理做好防排水工作，避免水和軟弱地層、不利地形等因素疊加，有效保證斜坡變形體的整體穩(wěn)定[5]。同時還需注意施工期間排水問題，避免在橋址區(qū)施工平臺形成積水。

（4）做好現(xiàn)場調(diào)查核對，統(tǒng)籌考慮施工臨時開挖和施工便道的影響，結(jié)合現(xiàn)場實施條件，根據(jù)施工范圍和擾動距離，綜合確定防護(hù)區(qū)域，科學(xué)制定防護(hù)措施。

5.4 系統(tǒng)布局大臨實施

（1）深入細(xì)致地做好現(xiàn)場調(diào)查，在扎實的現(xiàn)場資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合主體工程設(shè)計，做好施工便道、拌和站等大臨工程的系統(tǒng)布局，相互之間銜接順暢，減少相互及對主體工程的影響。

（2）施工便道等臨時工程應(yīng)進(jìn)行專項設(shè)計，避免大開挖，減少對山體和植被的破壞。臨時工程合理遠(yuǎn)離斜坡地段，既能高效服務(wù)施工，又要避免對基坑、樁基等橋墩造成側(cè)壓。

5.5 全面落實路外環(huán)境管控

施工完成后，便道等大臨設(shè)施應(yīng)及時復(fù)墾，線路宜盡快采用臨時圍擋或防護(hù)柵欄封閉，避免意外因素對工程結(jié)構(gòu)的影響和破壞。項目開通后應(yīng)提醒運營單位定期進(jìn)行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)并制止可能危及鐵路工程安全的改變路外環(huán)境的行為。