南疆鐵路K230段凍土區(qū)滑坡泥石流勘察整治

張俊德，張志強

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

南疆鐵路K230段凍土區(qū)滑坡泥石流勘察整治

張俊德，張志強

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

本文結(jié)合南疆鐵路K230滑坡、泥石流的勘察與治理工程設(shè)計，深入分析了凍土地區(qū)滑坡的成因，滑面特性，泥石流產(chǎn)生的原因等，進而針對原因分析提出了采用對原地層擾動較小的錨索框架治理滑坡、采用攔擋壩治理泥石流，且采用保溫盲溝疏排地下水的綜合治理措施。該段地質(zhì)病害的成功治理，對類似凍土地區(qū)地質(zhì)病害的勘察與整治具有一定的借鑒意義。

凍土地區(qū);滑坡;泥石流;勘察與整治;南疆鐵路

0 前言

凍土地區(qū)的地質(zhì)病害因受凍土的影響具有一定的特殊性，例如路基的凍脹、滑坡、泥石流等病害的成因、性質(zhì)以及整治工程措施等和其他地區(qū)的病害都有很大的不同。南疆鐵路K230段位于準噶爾盆地腹地，處于多年凍土及季節(jié)性凍土的邊緣地帶，在當(dāng)?shù)亟涤辍鐾羶鋈谧兓炔焕麠l件的影響下，出現(xiàn)了滑坡、泥石流地質(zhì)病害，經(jīng)工程地質(zhì)勘察后進行了治理工程設(shè)計及施工，效果良好。

1 工程地質(zhì)概況［1］

1.1 概述

K230+000～+200段滑坡、泥石流病害位于奎先隧道與扎和薩拉站之間，海拔2900～3100m，屬多年凍土區(qū)及季節(jié)凍土區(qū)。本段線路位于山前冰水扇前緣地段，冰水扇由巨厚洪積、冰積地層組成，在暖季活動層融化時，在地下水和地表水以及重力作用下，上部飽和的軟泥沿凍土上限或老冰積層滑動，產(chǎn)生滑坡、泥石流等病害?；虏『τ绊懛秶^大，沿線路寬約100m，垂直線路長約300m，其對線路的潛在危害較大;滑坡兩側(cè)的泥石流影響范圍雖不大，但其對鐵路的直接危害卻相當(dāng)嚴重，暴發(fā)后曾一度掩埋線路，造成斷道，嚴重影響行車安全。

1.2 滑坡、泥石流的性質(zhì)及病害產(chǎn)生原因

該滑坡為堆積層滑坡，主滑段位于兩條泥石流溝之間，后緣拉張裂縫明顯，前緣有明顯的鼓脹及局部的熱融滑塌，滑坡東西兩側(cè)有羽狀裂縫。滑坡體物質(zhì)由洪積、冰水沉積成因的漂石、塊碎石土組成?；w有兩層滑動面，兩層滑面處均有一層灰褐色粘土，成份均一，遇水后呈軟塑狀，是形成滑面的物質(zhì)基礎(chǔ)。淺層滑面位于凍土上限，約3～4m，一般情況下，在凍土上限附近富集凍土層上水，加之大氣降水在滑坡坡面洼地處匯集后，直接滲入滑體，軟化滑帶土，且增加滑體重量，導(dǎo)致滑坡變形。深層滑面位于凍土下限約11.5～12m，凍土下限附近由于水分遷移作用而富集地下水，為深層滑面形成的誘因?；瑒臃较驗镹E3°，再則由于自然營力作用，破壞了坡體的熱平衡狀態(tài)，導(dǎo)致土體在重力作用下，沿凍土上限附近的融凍界面呈牽引式的坍滑變形，隨裂縫的不斷張開導(dǎo)致地表水滲入坡體，土體凍脹增大，裂縫縱、橫發(fā)展，牽引下限附近的深層滑體產(chǎn)生滑動。

K230+000～+200段滑坡兩側(cè)的兩條泥石流為溝谷型泥石流，流域形態(tài)呈勺狀，溝槽較順直，縱坡約19%，溝口堆積物呈扇形，上游寬15m，最大寬度為20m，下游寬2～5m，下游坡面被水流下切呈“V”字型溝谷，泥石流呈層流狀態(tài)，溝內(nèi)有堵溝、斷流現(xiàn)象，溝內(nèi)堆積物由砂粘土、碎石、漂石混合組成，其形成區(qū)、通過區(qū)粒徑較大，沉積區(qū)粒徑較小，植被破壞嚴重。地形地質(zhì)條件是泥石流發(fā)生的基本條件，由于滑坡的滑動，裂縫發(fā)育，坡體松散，為泥石流的發(fā)生發(fā)展提供了豐富的物質(zhì)來源。雨水及融雪的匯集，尤其是暴雨、急劇融雪、固體物質(zhì)極易飽和、軟塑而形成泥漿，強大的徑流動力作用下，產(chǎn)生了泥石流。

可以看出，多年凍土地區(qū)的滑坡基本上基于多年凍土上限或下限滑動，因此多年凍土地區(qū)的滑坡勘察除應(yīng)查明滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水等情況外還應(yīng)查明多年凍土的上下限及其分布。泥石流勘察則以查明形成泥石流的物質(zhì)來源、地形地質(zhì)條件以及氣候特點為主。

2 防治工程措施［2］

根據(jù)病害勘察結(jié)果分析，病害區(qū)滑坡、泥石流的發(fā)生、發(fā)展相互影響、相互制約，因此整治工程應(yīng)將滑坡、泥石流同時治理，且地下水及地表水對病害的發(fā)生、發(fā)展起關(guān)鍵作用，因而在滑坡、泥石流治理的同時應(yīng)該將疏排地下水及截排地表水納入整體的治理工程中去，同時考慮多年凍土地區(qū)對工程措施的特殊要求而設(shè)置適合于多年凍土地區(qū)的工程措施。其綜合整治平面圖如圖1所示。

圖1 綜合整治平面圖Fig.1 Comprehensive Engineering Plan

2.1 滑坡治理

滑坡治理原則上以支擋工程為主，輔以疏排地下水提高滑面強度指標的方法(圖2)。

該病害區(qū)滑坡有兩層滑面，工程設(shè)計中根據(jù)深層滑面反算滑面強度指標并計算滑坡推力。根據(jù)滑坡推力計算結(jié)果，該滑坡既可用抗滑樁，又可采用預(yù)應(yīng)力錨索框架作用支擋結(jié)構(gòu)，設(shè)計中考慮抗滑樁施工對坡體的擾動大，且施工季節(jié)一般在春融過后，此時滑坡處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，抗滑樁的施工相對危險性更大一些，另外從經(jīng)濟方面做了比較，最終采用預(yù)應(yīng)力錨索框架作為支擋構(gòu)筑物。

預(yù)應(yīng)力錨索框架分上下兩排設(shè)置，上排框架均由兩根橫梁及兩根豎肋組成，下排框架由三根橫梁及三根豎肋組成，橫梁和豎肋交點處設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索。每束錨索由6根鋼絞線組成，設(shè)計拉力為650kN，錨索錨固段長12m，錨入深層滑面即凍土下限以下?？蚣軝M梁及豎肋均采用C25鋼筋砼現(xiàn)場澆注。

2.2 泥石流治理［3］

圖2 滑坡治理斷面圖Fig.2 Landslide sectional drawing

為攔擋泥砂、石塊等固體物質(zhì)，減弱泥石流的規(guī)模，固定泥石流溝床，防止溝床下切和各坡坍塌，平緩縱坡，減小泥石流流速，在西側(cè)泥石流溝內(nèi)狹窄處設(shè)兩座攔擋壩。上游(1#壩)長38m，壩頂寬1.5m，迎水坡1∶0.45，背水坡1∶0.15，壩高5.8m;下游(2#壩) 長15m，壩頂寬1.0m，迎水坡1∶0.45，背水坡1∶0.15，壩高5.0m;在東側(cè)泥石流溝上游溝下切較深的地方設(shè)攔擋壩一道，壩長16.5m，壩頂寬0.8m，迎水坡1∶0.45，背水坡1∶0.15，壩高3.0m;為防止溝床下切、谷坡坍塌，在1#、2#壩之間以及3#壩上部進行溝底鋪砌，兩側(cè)設(shè)擋墻，溝底鋪砌寬3m，厚0.35m，兩側(cè)擋墻高3m，頂寬0.8m，胸坡1∶0.3，背坡1∶0.2，基底為0.2∶1的反坡?？紤]多年凍土地區(qū)漿砌片石容易凍脹開裂，壩體、溝底鋪砌及溝側(cè)擋墻均采用C15素砼現(xiàn)場澆注。

2.3 地表水及地下水疏排工程［4］

2.3.1 擋水埝

為防止地表水尤其是暴雨期間的較大匯水流入滑坡體，根據(jù)凍土地區(qū)的設(shè)計原則，在滑坡后緣裂縫以外設(shè)置一道擋水埝，擋水埝長200m，頂寬1m，山側(cè)采用干砌片石護坡，頂部及下游一側(cè)均采用拍卵石護坡，在山側(cè)設(shè)置一道排水側(cè)溝，底部鋪設(shè)隔水土工布，使地表水從病害體兩側(cè)排走。

3.3.2 保溫截水盲溝

為攔截后部山體地下水對前級滑坡的補給，在病害體后緣一帶設(shè)截水盲溝，截水盲溝截面尺寸寬1.0m，深1.8m，盲溝靠山側(cè)設(shè)反濾層及泄水孔，盲溝頂部設(shè)C20鋼筋砼蓋板底埋深4m。盲溝出口設(shè)在病害區(qū)東側(cè)自然沖溝，為掩埋式錐體保溫出水口。

2.3.3 仰斜排水孔

大氣降水的補給及多年凍土上限附近的春融水致使春融季節(jié)滑體地下水含量較大，地下水富集在凍土上限附近，降低了滑帶強度指標，促進滑坡的進一步發(fā)展，為降低地下水含量，提高滑帶強度指標，在坡腳框架豎肋間設(shè)置兩排仰斜排水孔，仰角10°，上排孔深15m，下排孔深10m。

2.4 凍土地區(qū)工程的保溫措施

為防止凍害對工程措施的不利影響，在基礎(chǔ)埋深在多年凍土層以上的工程構(gòu)筑物基底等部位加設(shè)保溫層，保溫層采用鋪設(shè)中粗砂的辦法，厚0.30m。

3 結(jié)論

(1)凍土地區(qū)的地質(zhì)病害具有一定的特殊性，在工程地質(zhì)勘察期間不但要查明常規(guī)的地質(zhì)要素，還應(yīng)查明凍土上下限的分布情況以及凍土對病害的影響;

(2)凍土地區(qū)病害治理工程亦有其特殊性，除應(yīng)按勘察確定的滑動面進行設(shè)計之外，還應(yīng)考慮凍土上、下限變化而引起的滑動面變化，確保工程措施安全可靠;

(3)凍土地區(qū)的構(gòu)筑物應(yīng)做好保溫等防護工程措施，避免凍脹等對構(gòu)筑物造成損害;

(4)該段滑坡及泥石流治理工程于2004年年底竣工，至今再發(fā)生滑坡、泥石流病害，效果良好。

［1］中鐵西北科學(xué)研究院有限公司.南疆鐵路K230滑坡、病害工程地質(zhì)勘察報告［R］.2004.

［2］中鐵西北科學(xué)研究院有限公司.南疆鐵路K230滑坡、病害治理工程施工圖設(shè)計［R］.2004.

［3］鐵道部第一勘測設(shè)計院.路基(鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊［S］.北京:中國鐵道出版社，1995:310－312.

［4］TB10035－2002.鐵路特殊路基設(shè)計規(guī)范［S］.

Abstract:Based on exploration and engineering design of the landslides and debris flows in the Section K230 of the Southern Xinjiang Railway，the paper deeply analyzed the forming process of landslides and debris flows in the frozen area.Thus，it proposed an anchor-cable frame engineering measures for landslides for the least disturbance to the original soil，as well as block dams and insulated blind drainage ditches for debris flows.The practical engineering showed that the proposal was successful to stable the soil，which would be helpful for the same geo-hazards control in similar regions.

Key words:frozen soil regions;landslides;debris flows;exploration and remediation

Survey and remediation of landslides and debris flows in the frozen area along the southern Xinjiang Railway K230

ZHANG Jun-de，ZHANG Zhi-qiang
(Northwest Research Institute Cor.，Ltd Of China Railway Engineering Corporation，lanzhou730000，China)

1003-8035(2010)03-0043-03

P642.2

A

2010-04-14;

2010-05-07

張俊德(1972—)，男，甘肅清水人，碩士，工業(yè)與民用建筑專業(yè)，高級工程師，長期從事地質(zhì)災(zāi)害咨詢、勘察設(shè)計、施工等工作。

E－mail:jundezhang@163.com