鐵路路塹邊坡滑塌分析與防治措施

摘 要：某在建鐵路路塹擋土墻在暴雨條件下發(fā)生位移，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)跬翂σ酝膺吰庐a(chǎn)生滑塌，對鐵路工程建設(shè)及以后的安全運(yùn)營造成了重大影響。我配合施工項(xiàng)目部在得知該滑塌產(chǎn)生后，于第一時間進(jìn)行了現(xiàn)場勘查，對滑塌的基本形態(tài)有了初步了解，該滑塌體以黃褐色粉質(zhì)黏土及灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主，由于降雨導(dǎo)致邊坡局部坍塌，然后層層牽引，最終形成牽引式工程滑塌。通過工程地質(zhì)勘察對區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、斜坡特征、滑塌發(fā)育特征和成因條件等進(jìn)行了深入分析。在定性分析的基礎(chǔ)上應(yīng)用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件對斜坡的穩(wěn)定性作出了評價，指出斜坡處于基本穩(wěn)定-臨界穩(wěn)定狀態(tài)，降雨和擋土墻后反濾層排水不暢對邊坡穩(wěn)定性影響較大，是導(dǎo)致滑塌發(fā)生的主要因素。結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)和坡體結(jié)構(gòu)特征，提出了樁板墻、框架錨桿梁和排水相結(jié)合的綜合防治方案。

關(guān)鍵詞：鐵路；滑塌；穩(wěn)定性分析；臨界穩(wěn)定狀態(tài)；防治措施

2012年7月中下旬南方某地區(qū)連續(xù)降雨，7月底，該地區(qū)某在建鐵路DK5+220～DK5+380段路塹左側(cè)發(fā)現(xiàn)一條貫通的弧形裂縫，最大影響寬度約73m，裂縫寬0.3～0.7m，裂縫錯臺0.5～2.0m，后經(jīng)現(xiàn)場量測，該段路塹擋土墻均發(fā)生位移，最大位移達(dá)0.95m。由于邊坡開裂、雨水下滲，軟化巖土體，導(dǎo)致邊坡局部滑塌，擋土墻發(fā)生位移，最終形成牽引式工程滑塌。

1 區(qū)域工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

工點(diǎn)位于剝蝕丘陵區(qū)，地形起伏，自然坡度15°～20°，植被茂密，以灌木和松樹為主。目前，該段路塹已全部開挖成型。

1.2 地層巖性

工點(diǎn)范圍內(nèi)表覆第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土；下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖、石灰?guī)r。地層巖性詳述如下：

粉質(zhì)黏土（Q4el+dl1）：丘坡表層均有分布，厚度1.1～9.5m，黃褐色，硬塑，土質(zhì)不均勻，含大量礫石。

炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖（D3cSh+Ss）：灰黑色為主，局部褐黃色，頁理發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，局部夾薄層砂巖。全風(fēng)化，層厚2～10m，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈呈土狀；強(qiáng)風(fēng)化，巖質(zhì)極軟，巖芯呈土夾碎石狀。

石灰?guī)r（D3Ls）：青灰色、灰黑色，弱風(fēng)化，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬[1]。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

工點(diǎn)范圍內(nèi)未見對工程有重大影響的地質(zhì)構(gòu)造形跡。

1.4 水文地質(zhì)條件概述

地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙潛水主要賦存于粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖中，地下水位埋深6.4～12.8m，水量較小?；鶐r裂隙水主要賦存于泥盆系上統(tǒng)炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖及石灰?guī)r節(jié)理裂隙中，水量較小。據(jù)取樣分析， 水質(zhì)對混凝土無侵蝕性。

2 滑塌基本特征及類別

2.1 滑塌地形地貌

工點(diǎn)位于剝蝕丘陵區(qū)，地形起伏，地面高程156.3～215.6m，相對高差30～60m，自然坡度15°～20°，山坡植被茂密，主要為灌木和松樹。該段線路以挖方形式通過，線路中心最大挖方深度6.0m。該段路塹工程左側(cè)設(shè)置C25片石混凝土擋土墻，墻高2.5～6.0m，墻厚0.83～1.97m，擋土墻以上設(shè)置一級邊坡，邊坡坡率為1：1.25，采用M7.5水泥砂漿砌片石拱形骨架防護(hù)。

2.2 滑塌空間形態(tài)及其類型與規(guī)模

通過現(xiàn)場調(diào)查、勘探，結(jié)合邊坡變形情況，確認(rèn)該段路塹左側(cè)邊坡變形破壞屬于工程滑塌。該滑塌體周界清晰，呈明顯的“弧形”形態(tài)特征，滑塌體后緣形成弧狀貫通裂縫，裂縫寬0.3～0.7m，裂面陡直，裂縫深度2.0～3.5m。施工過程中，該段路塹略有拱起現(xiàn)象，擋土墻發(fā)生明顯位移?；w中部自然坡度15°～20°，未見明顯的滑塌臺階及平臺?；w周界羽狀剪切裂縫發(fā)育，裂縫寬約10～35cm，與滑塌周界向上斜交?；w中部張裂縫發(fā)育，方向大致與主滑方向垂直，裂縫寬度5～20cm?？傮w來看，該段滑塌主軸方向大體與線路方向垂直，滑塌體組成成份為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪、調(diào)查、鉆探、挖探，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)等方法基本查明了滑塌體的形態(tài)，滑塌體厚約8.0～11.0m，屬中層滑塌[2]，滑面與水平面夾角為7～21°。由于坡面緩和、植被茂密、腐殖質(zhì)覆蓋層厚等原因，邊坡在排水系統(tǒng)不夠完善的情況下非常有利于大氣降水入滲，目前，該滑塌體處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，在外界條件發(fā)生變化的情況下，有進(jìn)一步產(chǎn)生滑塌的可能（見圖1）。

3 滑塌物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

3.1 滑體

該滑塌滑體成分以黃褐色粉質(zhì)黏土及黃褐色、灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主，滑動帶土體含水率明顯增加，土體有擾動跡象。

3.2 滑帶土

根據(jù)鉆孔揭示，該滑塌滑帶土以灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主，滑面與水平面夾角為7～21°，滑面自南向北傾，滑帶厚0.5～1.0m。

3.3 滑床

該滑塌的滑床以黃褐色、灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主[3]。

4 路塹邊坡滑塌原因

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，線路左側(cè)路塹邊坡發(fā)生變形破壞，根據(jù)邊坡變形破壞形成機(jī)理、發(fā)展過程、形狀、規(guī)模大小和變形破壞特點(diǎn)等，該段路塹變形破壞可劃分為中層牽引式工程滑塌。

該段邊坡開挖成型后，由于該段一級邊坡以上山體坡面緩和，加上路塹范圍內(nèi)數(shù)十座墳?zāi)惯w移至該段邊坡以上山體，場地經(jīng)平整后，在降雨條件下，雨水極易下滲，導(dǎo)致巖土體含水量增大、抗剪強(qiáng)度降低，加上擋土墻后反濾層排水效果較差，在降雨條件下?lián)跬翂髱r土體含水率增大，并處于飽和狀態(tài)，增大巖土體對擋土墻的土壓力，最終導(dǎo)致DK5+220～DK5+380段擋土墻開裂并發(fā)生位移。從破壞形式來看，首先一級邊坡以上山體出現(xiàn)裂縫，逐步垂直向下發(fā)展并加深變寬，牽引上部邊坡出現(xiàn)裂縫，最終產(chǎn)生了牽引式工程滑塌。目前，滑塌體處于極限穩(wěn)定狀態(tài)，滑塌體后緣陡直，在內(nèi)外地質(zhì)營力條件變化時，有繼續(xù)擴(kuò)大向后牽引發(fā)展的趨勢。

5 斜坡穩(wěn)定性分析評價

5.1 計(jì)算方法

由于該滑塌主要發(fā)生于灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖中，其物質(zhì)成分較為均勻，滑面接近圓弧形，采用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件的瑞典圓弧法計(jì)算[4]。主軸斷面（如圖1）作為計(jì)算對象，按正常狀況和暴雨?duì)顩r（飽和狀態(tài)）兩種情況計(jì)算。

5.2 參數(shù)選取

滑帶土參數(shù)的選取主要依靠：①室內(nèi)測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析（飽和殘余剪）；②恢復(fù)滑塌的原始地形線進(jìn)行反演計(jì)算（反演分析時滑塌體安全系數(shù)K=1.0）。經(jīng)綜合分析選取計(jì)算參數(shù)為：c=10.0kPa，φ=9.0°。

5.3 計(jì)算結(jié)果及分析

通過采用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件的瑞典圓弧法計(jì)算，該滑塌在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)K=1.05，說明在天然狀態(tài)下該滑塌普遍處于基本穩(wěn)定-臨界穩(wěn)定狀態(tài)，在不利條件下穩(wěn)定性差，容易發(fā)生失穩(wěn)，并可引發(fā)后緣及周邊坡體的進(jìn)一步失穩(wěn)。

6 工程防治措施

目前該滑塌對路塹邊坡造成了重大影響，擋土墻在滑塌作用下發(fā)生了位移，潛在滑塌體有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢，為了有效消除和避免該工程滑塌的進(jìn)一步發(fā)展，保障鐵路運(yùn)營安全，充分考慮潛在滑塌體的成因及區(qū)域地形情況對該滑塌的影響，盡量保持和改善山體自然環(huán)境，合理布置支擋工程和排水格局，使防治工程方案既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)合區(qū)內(nèi)滑塌發(fā)育特點(diǎn)和坡體結(jié)構(gòu)特征，采用樁板墻、框架錨桿梁和排水相結(jié)合的綜合防治措施，工程布置斷面結(jié)構(gòu)見圖2[5]。

6.1 臨時措施

（1）夯實(shí)坡面裂縫。

（2）開挖臨時截水天溝。

（3）坡腳回填反壓：變形體坡腳設(shè)計(jì)回填反壓土，回填反壓土頂部設(shè)計(jì)向外4%排水坡，反壓土采用路塹邊坡清方土體。填筑反壓平臺時，應(yīng)拆除既有擋墻，嚴(yán)禁一次性全部拆除既有擋墻，應(yīng)分段拆除，分段回填，每一分段長度不得超過15m。

6.2 樁板墻工程

對段內(nèi)發(fā)生滑塌的邊坡坡腳設(shè)置抗滑樁。樁間距均為5m，樁身采用C30鋼筋混凝土，樁截面采用2.0x2.5～2.0x3.0m，樁長11m～20m，共設(shè)置32根樁。

6.3 各級邊坡防護(hù)工程

樁板墻以上一級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁內(nèi)鋪六邊形空心磚防護(hù)，邊坡坡率1：1.75，框架梁采用C30混凝土澆注，間距4.0m，采用0.5mx0.5m正方形截面，框架節(jié)點(diǎn)處采用預(yù)應(yīng)力錨索錨固，錨索長22.0～25.00m，錨固段10m，錨孔直徑為110mm，孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿。

7 結(jié)束語

7.1 該滑塌在現(xiàn)場勘察中，先后采用了工程地質(zhì)測繪、鉆探、挖探、原位測試及采取滑帶、滑床及滑體巖土樣進(jìn)行室內(nèi)測試等手段，查明了滑塌的地質(zhì)條件及各滑塌的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

7.2 研究分析了滑塌形成的內(nèi)在和外在因素，指出該滑塌主要受地形陡坡、排水、強(qiáng)降雨等綜合因素的影響。分析表明強(qiáng)降雨、擋土墻后反濾層排水不暢是該工程滑塌形成的主要因素。

7.3 研究提出以支擋、排水為主的綜合防治方案：①邊坡坡腳設(shè)置抗滑樁防范其整體失穩(wěn)；②采用框架錨桿梁加固滑塌后緣及周邊坡體；③采用排水滲溝、排水孔和地表截排水溝相結(jié)合的方式排泄坡體地表、地下水；④施工前夯實(shí)坡面裂縫、開挖臨時截水天溝。

7.4 研究指出擋土墻在施工時需按設(shè)計(jì)要求回填滲水土，加強(qiáng)臨時支檔及臨時排水措施。

建議在未徹底整治該工程滑塌隱患之前，設(shè)置高邊坡監(jiān)測斷面，定期巡查，注意觀察滑塌體周邊坡體的變形破壞情況，做到有災(zāi)先預(yù)報。在施工過程中實(shí)施信息化施工、動態(tài)設(shè)計(jì)及動態(tài)管理原則，以反饋防治工程設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.路塹邊坡滑塌變更設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報告[R].北京：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

[2]中華人民共和國鐵道部.TB10027-2001鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.路塹邊坡滑塌變更設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報告[R].北京：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1999：329.

[5]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.路基個別設(shè)計(jì)圖[R].北京：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2012.

作者簡介：楊維東（1986-），男，學(xué)士，助理工程師。