溫福鐵路K138滑坡病害原因分析及整治

徐 琳

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北武漢 430063)

1 工程概況

溫福鐵路地處閩浙二省東部沿海地帶,線路所經(jīng)地區(qū)地形地貌較為復雜,地形總的趨勢是西北高、東南低。其中溫州至蒼南段主要為濱海海積平原,局部為低山丘陵區(qū);蒼南至福州以低山丘陵為主,地勢起伏較大,峰頂高程200～800m,多呈尖頂狀,山坡陡峭,自然坡度20°～50°。

K138滑坡位于DK138+341.25～K138+578.75左側(cè),沿線路長237.5m,滑坡橫向?qū)?5m,最大主軸寬55m,滑坡體面積約6100m2,滑動面平均深10m,總體積約60000m3。該段路基原設計在丘陵斜坡中下部以中心挖深4～11m的路塹通過,左側(cè)塹坡高5.5～21.2m,下部設重力式路塹擋墻,墻高3～8m,墻身采用C15片石混凝土;擋墻以上塹坡設M7.5漿砌片石拱型截水骨架護坡;護坡高約8.0m。

2006年開工,2007年3月設計邊坡骨架護坡施工完畢,擋土墻也僅75m未施工。2007年5月底,施工擋土墻基礎時,因臺風影響造成連續(xù)降雨無法施工,至2007年6月15號,臺風降雨過后,發(fā)現(xiàn)K138+360、+390、+420、+480、+500、+510、+530左側(cè)骨架護坡底部以上3m左右多處有地下水滲出。山體上部緩坡出現(xiàn)多條弧形裂縫,天溝邊塹坡產(chǎn)生了明顯滑動。K138+430～K138+488段路塹左側(cè)擋土墻頂山體沿平臺截水溝向右側(cè)產(chǎn)生滑動,骨架護坡上出現(xiàn)多處開裂(1～3號裂縫),天溝處出現(xiàn)開裂,裂縫寬5～10cm。

2007年6月18日上午,山體沿骨架護坡上部天溝邊整體下滑,形成5號弧形裂縫,后緣錯臺高0.5～1.2m,裂縫寬10～80cm,且塹頂外約15～30m既有小路也出現(xiàn)兩條小裂縫(6號、7號不連續(xù)裂縫,裂縫寬1～3cm);至6月20日,6號、7號裂縫形成連續(xù)弧形裂縫,裂縫寬5～10cm,后緣錯臺1～5cm高;并同時出現(xiàn)8號裂縫(裂縫寬2～6cm,后緣錯臺高1～3 cm,見圖1)。

圖1 滑坡工程地質(zhì)平面

2 自然地理

該工點處于丘陵斜坡,相對高差20～60m,自然坡度15°～28°,坡表灌木叢生,植被發(fā)育,沖溝較發(fā)育。線路于丘坡中下部以挖方通過,挖深4～12m,左邊坡最高達22m。

該區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候,四季分明,冬天嚴寒,夏無酷暑,雨量充沛,溫暖濕潤,植被茂盛,無霜期長,臺風頻繁,年平均氣溫13～19℃,極端最高氣溫43.2℃,極端最低氣溫-3.4～-10.5℃。年平均降水量1 100～1800mm,年最大降水量2552.6mm,最小905 mm,每年4月至6月為雨季,7月至9月為臺風季節(jié),10月至第二年2月為旱季。

3 地層巖性

該區(qū)基巖為侏羅系上統(tǒng)小溪組下段(J3X),由一套火山碎屑沉積巖組成,地層由新到老分述如下:

(1)第四系殘積土(Qel),主要為粉質(zhì)黏土,淡紅色、灰黃色,一般為硬塑狀,遇水易軟化,軟化后呈軟塑狀,局部夾凝灰?guī)r角礫,厚3～6m,分布于丘陵中部滑坡體表層。

(2)第四系坡積—洪積層(Qdl+pl),塊石、碎石土,灰綠色—褐黃色,稍密—中密,稍濕,結(jié)構(gòu)較松散,厚2～3.5m。

(3)小溪組下段(J3x),由淺灰或灰色凝灰質(zhì)砂巖,粉砂巖夾少量灰色流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r等組成。凝灰?guī)r全風化層,厚大于6m,灰黃色夾灰綠色,巖芯呈硬塑狀,夾凝灰?guī)r塊,局部為軟塑狀,含高嶺土。以下為強、弱風化層(青灰色)。

4 水文地質(zhì)

(1)該區(qū)地表沖溝發(fā)育,地表水多以片流的形式向沖溝匯集,沿沖溝向下排匯谷地中,流量受季節(jié)影響變化較大,尤以臺風影響較大,每年7月至9月為臺風季節(jié),臺風經(jīng)常帶來大到暴雨,大量雨水滲入地下。

(2)孔隙潛水主要存在于上部第四系殘積、坡積(Qel+dl)層黏土,粉質(zhì)黏土及凝灰?guī)r全風化層中。在坡殘積土中,呈多層和透鏡狀組成,具上層滯水性質(zhì),含水條件很不穩(wěn)定。在凝灰?guī)r全風化層中,由于母巖結(jié)構(gòu)和成分的差異性以及風化的不均勻性,造成空間分布的復雜多變。地下水位2.5～11.3m,變化幅度大,主要受大氣降水補給。

(3)裂隙水主要存在于基巖構(gòu)造裂隙、層間裂隙和風化裂隙之中,不同巖性接觸帶也常含水,一般水量小,只在構(gòu)造發(fā)生較強烈、構(gòu)造破碎帶及巖層節(jié)理裂隙發(fā)育部位,地下裂隙水才稍豐富。

5 滑坡形成的原因

對滑坡發(fā)生、發(fā)展過程結(jié)合地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件等方面的綜合分析,滑坡形成的主要原因有如下幾點:

(1)山坡上覆坡殘積、洪積粉質(zhì)黏土,塊石、碎石土結(jié)構(gòu)松散,孔隙大,易于地表水的下滲,加之受區(qū)域地層的影響,巖層擠壓破碎,糜棱巖普遍存在,葉臘石化、淥泥石化易見,節(jié)理裂隙發(fā)育,有利于地下水的運移。一方面,地表水經(jīng)松散的塊碎石土下滲在相對隔水的全風化巖層間易形成潮濕的軟弱面;另一方面,地下水的運移、不斷地侵蝕和軟化軟弱結(jié)構(gòu)面,使斜坡體隨軟弱結(jié)構(gòu)面易產(chǎn)生向外的蠕變,在全風化與強風化層面間或全風化層的軟弱夾層形成滑動面。從鉆孔及施工開挖揭示分析,隨路塹開挖,滑坡由淺部向深部發(fā)展,滑動面大部分形成于全風化凝灰?guī)r層內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面間,局部形成于全風化與強風化的界面附近(見圖2)。

(2)人為活動。本段路塹是拉槽貫通式開挖,形成長達150m,高10～21m的高邊坡,且支擋滯后,破壞自然山坡的平衡狀態(tài)。

圖2 代表性橫斷面K138+450

(3)氣候及水的作用。本區(qū)屬亞熱帶海洋性氣候,水量充沛,受臺風影響,暴雨多發(fā)。2007年5月28日～6月15日,因臺風影響,溫福鐵路沿線連續(xù)強降雨,6月5日至6月11日普降暴雨,大量的雨水沿坡面灌滲,地面裂隙的出現(xiàn)又增加了表水的下滲。土體因吸水飽和形成飽和軟化帶。這不僅增大了巖土體的重量,而且地下水對滑帶土的長期浸潤致使其抗剪強度顯著降低。同時雨水下滲使地下水水力坡度增大,動水、靜水壓力增大,下滑力劇增。

綜上所述:工點巖土特性是發(fā)育滑坡的內(nèi)在原因,而臺風影響連續(xù)強降雨及施工開挖、支擋不及時,使山體失去平衡是滑坡產(chǎn)生的外部原因,因此該滑坡屬典型的工程滑坡。

6 滑坡穩(wěn)定分析與計算

以最后一條裂縫為滑坡后緣,采用整體推移式計算下滑力。

(1)滑動面的強度指標

采用反算值和經(jīng)驗數(shù)據(jù)、試驗資料等綜合分析確定,綜合內(nèi)摩擦角 φ=19°。

(2)推力計算

滑坡推力采用傳遞系數(shù)法計算

式中 Ti——第i個條塊末端的滑坡推力/(kN/m);

K——安全系數(shù);

Wi——第i個條塊滑體的重力/(kN/m);

Ti-1——第i-1個條塊末端的滑坡推力/(kN/m);

αi——第i個條塊所在滑動面的傾角/(°);

αi-1——第i-1個條塊所在滑動面的傾角/(°);

φi——第i個條塊所在滑動面上的內(nèi)摩擦角/(°);

ci——第i個條塊所在滑動面上的單位黏聚力/kPa;

li——第i個條塊所在滑動面上的長度/m。采用 K=1.1,剩余推力Ea=694.4kN/m。

7 滑坡整治措施

本著“一次根治,不留后患”的原則,采取抗滑樁、錨桿框架梁,結(jié)合排水的綜合整治方案。

(1)抗滑樁(K138+416～K138+474)

在滑坡體下部側(cè)溝外側(cè)設抗滑樁,樁截面3.0×3.0m,樁間距(中-中)為 5.0m,樁長14～26m,樁懸臂段長8～9m(見圖3)。

圖3 代表性橫斷面(K138+440)

(2)抗滑樁K138+341.25～K138+416及 K138+474～K138+538.75

在原設計重力式路塹擋土墻外側(cè)設抗滑樁,樁截面2.5 ×2.5m,樁間距(中-中)為5.0m,樁長13m,懸臂段長5m(見圖4)。

(3)錨桿框架梁護坡

圖4 代表性橫斷面(K138+480)

K138+419～K138+488左側(cè)樁以上邊坡采用錨桿框架梁護坡,錨桿間距3.0m,錨桿長10m,采用1根HRB335φ32mm螺紋鋼筋。

(4)排水工程

良好的排水在滑坡病害的治理中能起到很好的作用,該滑坡的排水工程由環(huán)形截水溝、天溝、側(cè)溝和斜孔排水管構(gòu)成。

①環(huán)形截水溝和天溝先期施工,截水溝沿滑坡上部及周界外側(cè)各布設一道,天溝沿滑坡中部砌筑,以截排坡面地表水,減少地表水在滑坡體上的下滲。

②對坡面上的裂縫逐一翻挖夯填封閉,防止雨水灌入。排水斜孔布設K138+360～K138+520左側(cè)邊坡嚴重滲水地段,仰斜排水孔仰角10°,孔內(nèi)插入軟式透水管,孔徑110mm。

8 結(jié)束語

(1)工程活動往往是誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災害的重要因素,因此在工程建設過程中,我們一定要充分認識到工程建設對自然環(huán)境、山體穩(wěn)定造成的影響,精心設計,精心施工。

(2)對高邊坡、深路塹工點的邊坡加固設計,應充分考慮邊坡工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,對水理性差的軟質(zhì)巖類深挖方路塹,因工程卸荷容易誘發(fā)工程滑坡、邊坡坍塌等病害,宜采用先加固、后開挖的預加固技術(shù),確保工程安全。

(3)本工點竣工至今已一年多,經(jīng)過了雨季的考驗。目前邊坡穩(wěn)定,現(xiàn)狀良好,說明本滑坡采用強支撐與綜合排水的工程措施是合適的?！耙淮胃?不留后患”的原則在鐵路工程的滑坡整治中是必須堅持的。

[1]鐵道部.中華人民共和國行業(yè)標準.鐵路路基設計規(guī)范[M].北京:中國鐵道出版社,2005

[2]鐵道部.中華人民共和國行業(yè)標準.鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[M].北京:中國鐵道出版社,2006

[3]鐵道部.鐵路工程設計技術(shù)手冊.路基[M].北京:中國鐵道出版社,1992