山区高速铁路建设过程中，受线路曲线半径及纵坡等选线控制指标的限制，导致山区铁路桥隧占比高。当铁路穿山越岭时，不可避免地存在桥梁墩台或梁部结构侵入山体的情况，导致山体大面积开挖，从而带来大量墩台边坡稳定性问题。由于施工开挖破坏原有边坡平衡，使得边坡变为复杂的地质体，边坡稳定性主要受地形地貌、地层岩性、岩体结构面、水文地质条件、施工开挖等因素影响，其变形破坏的机理非常复杂。若边坡开挖顺序不当或防护不及时，易导致出现溜塌、崩塌、落石及工程滑坡等不良地质灾害。因此，加强墩台边坡稳定性分析及边坡防护设计研究工作很有必要。

为解决山区铁路建设过程中引起的边坡稳定性问题，国内众多学者已进行相关研究。赵志明等以复杂山区铁路自然边坡条件及工程形式为研究对象，研究桥隧相接的工程连接形式及高边坡防护设计措施[1];张欧阳等以山区深挖路堑边坡为研究对象，模拟研究山区深挖路堑边坡在不同施工顺序下对边坡稳定性的影响，并结合实时监测数据，动态调整设计方案[2];杨冲等以贵州某边坡为例，采用赤平投影进行楔形体破坏分析，并对锚索支护在天然和暴雨工况下的稳定性进行比较[3];代云山以向莆铁路八丘石大桥墩台为例，研究山区铁路墩台及梁底开挖边坡支挡防护设计方案的选取[4];侯杰平以长昆高速铁路桥梁墩台边坡防护工程为依托，给出桥梁墩台边坡与相邻路基、隧道相接处边坡防护方案以及桥墩之间的边坡防护方案，并通过设置挡土墙、桩板墙、防护桩等防护结构物以及调整顺接边坡起坡点位置，使桥路、桥隧、桥墩之间的高陡边坡顺接安全美观[5];巨小强以西成高铁养家河大桥为例，采用强度折减理论，对不同工况下的稳定性进行分析，综合确定桥基边坡的稳定坡角[6];燕彦君等以某铁路高边坡工程为依托，结合工程实测数据，采用数值模拟计算模型，对铁路高边坡在不利工况下的长期稳定性进行预测[7]。

综上所述，山区边坡稳定性受工程类型、工程地质条件、施工开挖顺序及多种不利因素影响，通过边坡稳定性影响分析及评价，采用经济、安全、合理可行的工程加固防护措施，可保证边坡安全稳定。以下结合杭黄铁路桥梁墩台边坡所处地形地貌、工程地质条件、桥梁墩台基础结构埋深及施工开挖顺序等控制条件，评价墩台基础开挖对边坡的稳定性影响。

1、桥梁墩台边坡稳定性影响评价

1.1 工程地质条件对边坡的影响

(1) 地形地貌

自然边坡失稳破坏与地形地貌有直接关系，是地形地貌演变过程中一种表现形式。边坡的高度、长度、坡度、平面形态及临空条件等都对边坡应力分布和稳定性有影响。总体来说，在深切陡坡山体，自然地质作用强烈，对边坡稳定性不利。

(2) 地层岩性

地层岩性是构成边坡的物质基础，是边坡失稳的决定性因素。岩性决定岩石的强度及抗风化性能，遇水是否软化，在相同构造力作用下的节理裂隙发育程度，而这些都与边坡的稳定直接相关。

根据地质情况可分为两类：一类是由第四系冲洪积、残坡积碎石土层组成，结构松散，厚度较大，强度低，雨季含水量增加则力学指标会降低，极易沿堆积层与基岩面产生滑动，或沿坡内某一结构面产生滑动，导致边坡失稳，很容易发生溜坍；另一类为软质岩，如泥岩、页岩、板岩等，具有强度低，易风化，遇水软化等特性。软岩往往易风化成具母岩构造的粉质黏土，强度很低，受地下水影响易形成软弱结构面，对岩体的强度起控制作用。软硬相间的地层在构造应力作用下其结构面较发育，岩体破碎，为地下水的赋存径流提供良好的条件，又加剧岩石的风化。硬质岩如灰岩、砂岩、花岗岩等强度高、抗风化能力强，由其构成的边坡一般稳定性较好。

(3) 地质构造

地质构造决定岩层产状、节理裂隙性质、产状及发育程度、断裂构造性质等。这些岩体结构面的走向、倾向和倾角，及其组成形式决定边坡的稳定性。软质岩受构造影响严重，节理裂隙发育，边坡易产生沿结构面滑动。若边坡结构面倾角小于边坡坡角，易发生顺层滑动，若倾角大还会发生倾倒破坏，其构成的边坡稳定性较差。

(4) 水力作用

水是边坡失稳的诱因。地下水长期浸泡使岩体强度降低，随着地下水下渗，产生边坡动、静水压力，增大下滑力，降低土体抗剪强度及坡体抗滑性。这些对边坡稳定极为不利。因此，应加强地质测绘及勘探等地质勘察工作，详细查明工程地质条件及水文地质条件，为桥梁墩台边坡防护设计提供翔实的地质基础资料。

1.2 基础埋深对边坡的影响

山区铁路选线时，应尽量避免高填深挖，当桥梁墩台侵入倾斜山体时，应结合工程地质条件加强墩台基础结构形式及纵横向布设的比选，以减少对自然边坡的影响。由于墩台基础埋置深度影响边坡的开挖深度，而边坡的开挖深度是边坡稳定的外在条件，其影响边坡开挖高度、坡率、支护结构的形式与规模。当桥梁墩台基础埋深较大，导致设置支挡结构特别困难时，应在满足边坡稳定性的要求下，尽量减少墩台基础埋置深度。

1.3 施工开挖对边坡的影响

施工开挖顺序是影响边坡稳定性的重要因素，在边坡坡脚处开挖容易在坡脚形成临空面，造成应力集中现象，影响坡体稳定[8]。因此，应合理考虑施工顺序，及时对开挖面进行支护。针对桥梁墩台，应先进行边坡预加固，然后施工墩台基础，以确保边坡稳定性。

1.4 边坡稳定性评价

应以定性分析为基础，定量计算为重要辅助手段进行边坡稳定性综合评价[9,10]。

定性分析采用工程地质类比法，对工程地质条件、设计边坡坡度与自然坡度进行对比分析，判断边坡稳定受岩土体强度控制和结构面控制类型。

定量计算采用极限平衡分析法进行理论分析[11,12],主要分析边坡在临界破坏状况下，边坡滑动体外力与岩土体内部提供的抗力之间的平衡关系。对结构复杂的岩质边坡，可结合采用极射赤平投影法和实体比例投影法[13]。

2、桥梁墩台边坡支挡防护设计原则

根据边坡稳定性影响因素分析及评价，结合铁路桥梁墩台基础结构纵横向布置形式及埋深，并充分考虑纵横向墩台边坡形成的特点，以及防护措施与周围环境的协调，在保证边坡安全稳定前提下，采用经济合理的防护设计措施，降低工程造价，减少对既有边坡的影响[14]。因此，建议墩台防护设计原则如下[15]。

(1)墩台边坡防护设计应注意墩台间的整体连续性以及单一墩台边坡防护设计的不连续性。

(2)墩台边坡防护具有一定的空间性和不规则性，不仅应做好墩台间纵向边坡防护，还应做好墩台横向边坡防护，以及纵横向边坡防护的整体衔接。

(3)桥台与路基、隧道边坡防护衔接时，应充分考虑不同结构间的高差影响，采用斜坡、圆弧过渡以及支挡结构防护，保证边坡防护设计的有效顺接，使前后坡体尽量保持在同一平面内。

(4)基于墩台基础平台开挖影响支挡结构稳定，支挡结构基础应距墩台基础承台边界的水平距离不小于3m。

(5)结合工程地质条件，选择经济合理的墩台边坡防护类型，主要设计原则如下。

①当岩质边坡的结构面发育、存在顺层滑动的不良情况，应采用定量分析计算边坡的顺层下滑力，评价边坡稳定性，可采用“预应力锚索+挡墙”或抗滑桩加固防护。

②当自然边坡为较陡的岩质边坡，若无放坡条件，可以采用桩板墙或挡墙收坡，坡面采用预应力锚索加固防护；若存在危岩，应清除危岩或增设被动网防护。

③当软质岩边坡高度不高或为全、强风化硬质岩边坡，可采用放缓边坡，设置浆砌片石拱形骨架防护及骨架内播植，边坡每8m设一级边坡平台，坡脚设重力式挡土墙固脚等措施。

④挡墙基础应在墩台基础承台面以下不小于1.2m,开挖基坑应及时回填处理，确保支挡结构稳定性。

3、工程实例应用分析

杭州至黄山铁路为时速250km的高速铁路，位于皖南及浙西地区，沿线地貌形态为冲海积平原、河流阶地、中低山丘陵。铁路穿越中低山丘陵区，地形起伏较大，自然山坡陡峭，坡度一般为25°～45°。地质构造上位于皖浙陷褶断带及皖南陷褶断带，断层与褶皱极为发育，分布众多软质岩高边坡。为建设绿色生态通道，使铁路边坡防护与周边自然生态环境相协调，大量采用绿色生态边坡防护设计。

根据杭黄铁路绿色防护设计理念，结合典型工点的工程地质条件及墩台布置形式，经边坡稳定性分析，采用挡墙、框架锚索及桩板墙等支挡防护设计。

3.1 挡墙加固防护

(1)工程概况

外蓬大桥墩台位于单侧斜坡上，自然坡度为15°～25°,高差20～40m,植被发育，墩台基础埋深2～8m。

(2)工程地质条件

丘坡表层为坡残积细角砾土，褐黄色，稍密，厚0.5～1.5m;其下为奥陶系砂质泥岩，灰色，表面岩石风化强烈，全风化-弱风化，泥质胶结，中厚层状结构，岩体较完整，岩层产状325°∠70°,岩层反倾，岩石饱和极限抗压强度为29.3MPa。节理裂隙较发育，共发育1组节理，节理产状160°∠79°,间距0.5m,地下水弱发育。

(3)墩台基础结构及埋深

桥梁墩台基础位于斜坡上，属于单一墩台边坡防护类型，基础右侧埋深8m,位于强风化砂质泥岩中。墩台基础开挖时，应首先对右侧边坡进行加固防护，以免施工开挖引起边坡失稳破坏。

(4)边坡稳定性分析

根据边坡与结构面关系，墩台边坡无顺坡面的软弱结构面；结合线路走向，右侧无顺层边坡。边坡的破坏方式受岩土体强度控制。

根据地貌、岩性、构造及边坡的自然状态综合分析，边坡在自然状态下稳定。在暴雨入渗情况下，易导致表层岩土体抗剪强度降低，引起边坡表层局部溜塌。因此，应加强坡面防护及防排水措施。

根据TB10025—2019《铁路路基支挡结构设计规范》及GB50330—2013《建筑边坡工程技术规范》有关规定，天然状态下土层及全风化层的抗剪强度指标φ0=40°;砂质泥岩强风化抗剪强度等效内摩擦角φe=50°。结合边坡支挡结构计算侧向岩土压力。

(5)边坡防护设计

根据边坡工程地质条件及稳定性分析，采用“C35混凝土挡墙收坡+拱形骨架护坡”进行防护。挡墙距基础承台边界保留3m安全距离，挡墙基础位于强风化砂质泥岩中。经侧向土压力计算，挡墙高取6m,挡墙胸坡、墙背坡坡率为1∶0.25。挡墙基础埋深在基础承台面以下1.2m。两侧挡墙防护长度向墩台侧各延伸5m,墙高3～6m,以减少对边坡的开挖影响(见图1、图2)。

坡面采用“M10浆砌片石拱形截水骨架+撒播草籽+种植小灌木”防护，边坡位于全风化地层中，坡率为1∶1.25,墙顶位置及骨架护坡每8m设一级边坡平台，并设置拦水坎，平台台面设成4%排水坡。

通过挡墙固脚收坡及边坡防护，有效保证了墩台基础开挖边坡的稳定性。铁路开通运营以来，墩台边坡挡墙支挡防护工程安全稳定。

3.2 “框架锚索+锚索桩”加固防护

(1)工程概况

潭头溪特大桥位于千岛湖站，为多线桥梁，墩台位置位于陡峭的单侧斜坡上，自然坡度为40°～45°,高差约50m,植被发育，靠山侧基础埋深10m,另一侧基础露出地面，两侧基础埋深相差较大。

(2)工程地质条件

丘坡表层为坡残积粉质黏土，褐黄色，硬塑，厚1～2m,其下为奥陶系砂质泥岩，局部夹粉砂岩，深灰色，基岩裸露处表面岩石风化强烈，强风化-弱风化，泥质胶结，中厚层状结构，岩体较完整，岩层产状125°∠35°,岩层反倾，岩石饱和极限抗压强度为37.2MPa。节理裂隙较发育，共发育1～2组节理，节理产状290°∠56°,间距0.5m,地下水不发育。

(3)墩台基础结构及埋深

桥梁墩台基础位于陡峭斜坡上，根据基础结构形式，靠山侧基础埋深10m,若坡脚开挖施工，边坡易形成临空面，经风化影响，易引起边坡失稳。因此，在开挖前需进行边坡支挡防护，保证边坡稳定。右侧基础露出地面，需采取挡墙防护措施，保证基础稳定。

(4)边坡稳定性分析

线路走向垂直于岩层走向，根据线路走向与结构面关系，墩台边坡无顺坡面的软弱结构面，无顺层边坡。边坡的破坏方式受岩土体强度控制。

根据地貌、岩性、构造及边坡的自然状态综合分析，边坡在自然状态下稳定。在暴雨入渗情况下，易导致表层岩土体抗剪强度降低，引起边坡表层局部溜塌。因此，应加强坡面防护及防排水措施。

根据TB10025—2019《铁路路基支挡结构设计规范》及GB50330—2013《建筑边坡工程技术规范》有关规定，天然状态下土层的综合内摩擦角φ0=35°;砂质泥岩强风化等效内摩擦角φe=50°。结合边坡支挡结构计算侧向岩土压力。

(5)边坡防护设计

由于山体自然边坡较陡，根据边坡工程地质条件及稳定性分析，考虑减少刷坡工程，采用预加固桩(锚索桩)+框架梁预应力锚索。经侧向土压力计算，设计锚索桩悬臂端14m,桩长26m,截面尺寸为2.5m×2.75m,桩间距(中-中)为5.0m,桩身采用C35钢筋混凝土，桩间采用C35混凝土板。

右侧基础露出地面，形成临空面，为保证基础安全，对临空面周围采用挡墙加固防护，墙背进行回填。

桩顶边坡采用1∶1放坡，坡面采用“框架锚索+基材植生”防护加固。为防止陡坡上危岩落石，上部边坡设置被动防护网(见图3、图4)。

通过锚索桩收坡加固及边坡锚索防护，可最大限度减少边坡开挖影响，有效地保证墩台基础开挖边坡的稳定性。铁路开通运营以来，墩台边坡稳定性良好。

4、结语

随着山区铁路的大规模建设，边坡稳定性影响因素研究日益深入，边坡防护设计技术已经取得很大进步，积累丰富的经验。由于边坡稳定性受地形地貌、工程地质条件、施工开挖顺序等诸多复杂因素叠加影响，因此，在实际工程中，仍需加强稳定性评价及防护设计，针对不同的工程地质条件及桥梁墩台结构形式，宜采取经济、安全、环保、可行的支挡防护措施，设计过程中应注意以下几点。

(1)前期勘察过程中，应重视地质调绘及勘探工作，详细查明工程地质条件及水文地质条件，为桥梁墩台边坡防护设计提供翔实的地质资料。

(2)桥梁墩台布置应加强纵横向比选，以减少对边坡大规模开挖为原则，调整墩台基础的埋置深度，选择经济合理可行的支挡防护措施，满足边坡稳定性。

(3)应严格按照边坡开挖顺序施作，核查地质情况，并及时根据施工反馈的信息调整方案，进一步完善设计。

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文章来源：严栋.山区铁路桥梁墩台边坡防护工程设计研究[J].铁道勘察,2022,48(03):69-73.