新建鐵路古巖堆體滑坡成因分析及整治措施

謝 剛, 李慶海, 劉 銳

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司土木建筑設(shè)計(jì)三院， 四川成都 610031)

巖堆體是巖體在自然條件等因素的影響下產(chǎn)生崩塌、錯(cuò)落，久而久之在陡峻山坡上或坡腳下形成的疏松楔形堆積體[1]。巖堆作為山區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象，須查明固有性質(zhì)，即巖堆的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、基床坡度變化等，同時(shí)還須查明周圍環(huán)境條件對(duì)其穩(wěn)定性影響，確定其穩(wěn)定程度[2]。李永金[3]建議在初、定測(cè)及補(bǔ)定測(cè)各階段采用如物探、挖探、鉆探等手段進(jìn)行綜合勘察。熊冰[4]認(rèn)為巖堆體雖自然情況下大多穩(wěn)定，但對(duì)外界影響較為敏感，建議采用施工簡(jiǎn)單、抗滑能力強(qiáng)的錨固樁作為預(yù)加固措施。

本文依托新建鐵路工程，結(jié)合對(duì)滑坡成因的分析，采取臨時(shí)措施及對(duì)主體結(jié)構(gòu)的整治措施，為類似線路通過(guò)古巖堆的設(shè)計(jì)及施工提供經(jīng)驗(yàn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

1.1 地形地貌

該段總體地形呈左高右低的斜坡地貌，左側(cè)為陡崖，右側(cè)為白布江，由危巖落石崩積形成的古巖堆，呈上陡下緩型(自然橫坡20～45°)，靠近陡崖附近陡峻，往白布江(線路右側(cè))逐漸變緩。滑坡工點(diǎn)平面示意見(jiàn)圖1。

圖1 滑坡工點(diǎn)平面示意

1.2 地層巖性

本段上覆第四系滑坡堆積粉質(zhì)黏土夾碎塊石、坡崩積粉質(zhì)黏土、塊石土、碎石土、角礫土等，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M頁(yè)巖、砂巖夾煤層、夜郎組第一段～第二段灰?guī)r，各層巖土特征如下：

<2>粉質(zhì)黏土：褐色，硬塑狀，含砂巖質(zhì)碎石角礫約15 %，厚5～12 m。

<7-1>粉質(zhì)黏土：黃褐，硬塑狀，含約20 %的灰?guī)r、砂巖質(zhì)碎石角礫，厚2～15 m。

<7-3>角礫土：褐黃，稍密，含約60 %砂巖質(zhì)、灰?guī)r質(zhì)碎石角礫和部分塊石，厚10～30 m。

<7-4>碎石土：褐灰，稍密。碎石角礫約占60 %，質(zhì)以灰?guī)r、砂巖為主，余為黏性土充填，厚10～30 m。

<7-5>塊石土：灰色，稍密。塊石約占60 %，石質(zhì)主要為灰?guī)r，部分粉砂巖，余為黏性土和碎石角礫等。厚10～30 m不等。

<15-2>灰?guī)r夾泥灰?guī)r：灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，地表出露弱風(fēng)化帶，巖石完整堅(jiān)硬，質(zhì)堅(jiān)性脆。

鉆孔SZ-fq-8揭示代表性斷面示意(圖2)。

圖2 古巖堆滑坡地層代表性斷面

1.3 氣象水文條件

地表水不發(fā)育，地下水對(duì)混凝土具有硫酸鹽侵蝕性、酸性侵蝕性和CO2侵蝕性，侵蝕性等級(jí)為H1。地震動(dòng)峰值加速度0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

1.4 原設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、初定測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)及同當(dāng)?shù)鼐用駵贤ǖ龋卸ü艓r堆在新建鐵路前符合文獻(xiàn)[5]穩(wěn)定巖堆判定標(biāo)準(zhǔn)。

(2)該段為橋隧直連，其中DK348+622.3～DK348+700段為隧道明洞段，DK348+470～DK348+622.3段為橋梁范圍。

(3)為保證線路安全，接長(zhǎng)60 m單壓式明洞和16 m雙耳墻明洞。明洞段及暗洞段靠山側(cè)設(shè)置9根錨固樁。隧道基底采用C20混凝土換填。平、縱斷面圖及代表性橫斷面見(jiàn)圖3～圖5。

1.5 施工、滑坡情況簡(jiǎn)介

大橋各墩臺(tái)基礎(chǔ)、墩身、明洞段抗滑樁及土釘墻完成施工，隧道明洞結(jié)構(gòu)未施工。

2013年11月17日該段右側(cè)土體發(fā)生滑動(dòng)，產(chǎn)生裂縫最寬處約1.2 m。裂縫長(zhǎng)度及平面位置見(jiàn)圖1，現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖6、圖7。

圖3 橋隧直連平面

圖4 橋隧直連縱斷面示意

圖5 DK348+685隧道明洞橫斷面

圖6 明洞段左側(cè)竣工照片

圖7 明洞段右側(cè)現(xiàn)場(chǎng)裂縫

2 滑坡變形特征

DK348+620～DK348+675線路右側(cè)土體發(fā)生滑動(dòng)，滑坡體平面上呈橢圓形，見(jiàn)圖1。主軸方向長(zhǎng)約75 m，寬約70 m，滑坡周界明顯，滑體內(nèi)裂縫多見(jiàn)，裂縫寬度0.2～1.2 m，可見(jiàn)深度約0.4～0.8 m，裂縫貫通性好。滑坡體前緣呈舌狀凸出，其前緣因滑動(dòng)受阻而隆起形成滑坡鼓丘，上隆起高度達(dá)20 cm。鉆孔SZ-fq-8揭示：滑動(dòng)帶為軟塑狀粉質(zhì)黏土，厚度0.20～0.80 m，滑動(dòng)面傾角約30°，滑床以下為碎塊石土夾粉質(zhì)黏土以及灰?guī)r，滑坡屬于淺層小型滑坡，主軸橫斷面見(jiàn)圖8。

圖8 滑坡主軸橫斷面

3 工程滑坡產(chǎn)生及原因分析

3.1 施工現(xiàn)狀

滑坡后緣棄碴量達(dá)到18 700 m3，位于線路右側(cè)10 m左右，堆高約1.5～3 m。觀察發(fā)現(xiàn)，挖掘機(jī)215/225型號(hào)(重達(dá)22 t/23 t)、載重40 t的運(yùn)渣車及30 t的汽車吊等車輛在后緣施工便道上來(lái)回碾壓。左側(cè)抗滑樁及橋墩臺(tái)施工過(guò)程中廢棄水(泥水、生活用水等)未引入排水溝中，從后緣往白布江方向散流漫排。

3.2 工程滑坡形成原因分析

現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂縫區(qū)域自然橫坡陡峭，40～45°左右。上覆土層為<7-1>粉質(zhì)黏土及<7-5>塊石土，下覆<15-2-W2>灰?guī)r夾泥灰?guī)r。據(jù)文獻(xiàn)[6]粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)很小，取值5×10-6～8×10-5cm/s。施工廢棄水散流漫排下滲，長(zhǎng)時(shí)間浸泡導(dǎo)致粉質(zhì)黏土力學(xué)參數(shù)指標(biāo)大幅度降低，如承載力降低、重度增大、土體內(nèi)部尤其是滑動(dòng)面土層抗剪強(qiáng)度降低，加之橋隧?xiàng)壊甓哑鲈趲r堆后緣及施工車輛在后緣活動(dòng)，相當(dāng)于增大了下滑力(土體自重及車輛加載)的同時(shí)抗滑力又減小了，從而引發(fā)土層溜坍。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 滑面確定

通過(guò)DK348+644.00右側(cè)48 m處鉆孔深度53.30 m、DK348+602.00右側(cè)175 m處鉆孔深度47.20 m、DK348+574.00右側(cè)270 m處鉆孔深度27.60 m等干鉆孔，查明土層軟弱結(jié)構(gòu)面深度、厚度等。參考TB 10035-2006《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》和TB 10025-2006《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，根據(jù)文獻(xiàn)[7]，路基工程施工后巖堆體的整體穩(wěn)定一般穩(wěn)定系數(shù)不小于1.25，大型巖堆的穩(wěn)定系數(shù)不小于1.05～1.15。

4.2 計(jì)算巖土參數(shù)

根據(jù)鉆探取芯室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果(天然黏聚力C及摩擦角φ)，采用瑞典條分法(表1)分析巖堆體穩(wěn)定性，通過(guò)極限平衡狀態(tài)法反算并分析滑動(dòng)面綜合摩擦角φ，并采用折線滑面法計(jì)算各橫斷面(含主軸斷面)在極限平衡狀態(tài)下的出口推力。

表1 瑞典條分法計(jì)算參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，巖土層參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 各土層參數(shù)

表3 各斷面計(jì)算結(jié)果表 kN

4.3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

DK348+659主軸斷面，采用C=16 kPa、φ=20°計(jì)算其最小安全系數(shù)為Fs=1.117 6(基本穩(wěn)定狀態(tài))?？煽闯錾鲜鼋Y(jié)果同前期踏勘、定測(cè)等手段判定該古巖堆處于穩(wěn)定狀態(tài)是一致的。

裂縫出現(xiàn)后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料分析并繪制出各斷面折線滑裂面，采用表1(折線滑面法計(jì)算時(shí)安全系數(shù)取0.9)及表2巖土層參數(shù)，反算出DK348+659主軸斷面極限平衡狀態(tài)下黏聚力C=5 kPa時(shí)摩擦角φ=19.513°。

采用表2參數(shù)，其中滑裂面起點(diǎn)左側(cè)土層綜合參數(shù)采用C=5 kPa，φ=19.513°，按規(guī)范要求，折線滑面法計(jì)算推力采用的安全系數(shù)采用1.1(基本穩(wěn)定狀態(tài))，計(jì)算剩余下滑力見(jiàn)下表3。

可以看出其中DK348+630斷面出口推力最大，為638.3 kN。

5 滑坡整治措施及效果

5.1 整治方案

首先做好隔、防排水措施，對(duì)隧道明洞段基底進(jìn)行挖除換填。然后在滑坡前緣附近，沿與滑坡主軸垂直方向設(shè)置抗滑樁；考慮隧道明洞段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在其正下方設(shè)置抗滑樁(圖9)；為確保4～8#橋墩的結(jié)構(gòu)安全，在其右側(cè)附近設(shè)置抗滑樁。

圖9 DK348+640斷面抗滑樁加固

5.2 主要工程措施

(1)臨時(shí)工程。黏土夯填地表裂縫，并用彩條布將滑坡體全部遮蓋；將后緣棄碴運(yùn)至指定棄土場(chǎng)位置。

(2)支擋工程。①確保4～8#橋墩結(jié)構(gòu)安全，于4～8#橋墩右側(cè)附近，沿線路方向設(shè)置三根為一組的抗滑樁(1～15#樁)，樁長(zhǎng)為16～18 m，截面尺寸為2.0 m(高)×1.5 m(寬)，樁間距(中～中)6 m，樁短邊與線路方向平行；②隧道明洞段右側(cè)附近，沿線路方向設(shè)置一排抗滑樁(16～26#樁)，樁長(zhǎng)為18～28 m，截面尺寸為2.0 m(高)×1.5 m(寬)～3.0 m(高)×2.0 m(寬)，樁間距(中～中)6 m，樁短邊與線路方向平行；③滑坡前緣附近，沿與滑坡主軸垂直方向，設(shè)置一排抗滑樁(27～38#樁)，樁長(zhǎng)18～26 m，截面尺寸為2.0 m(高)×1.5 m(寬)～3.0 m(高)×2.0 m(寬)，樁間距(中～中)6 m，樁短邊與線路方向成18°夾角。

(3)基底工程。明洞段仰拱基礎(chǔ)挖除換填C20混凝土，右側(cè)臨時(shí)開(kāi)挖坡率采用1∶1。

(4)排水工程。明洞外往小里程方向設(shè)置一道M7.5漿砌片石梯形排水溝，排水溝在明洞結(jié)束處折向山下，順滑坡邊界外側(cè)設(shè)置；溝壁厚0.3 m，截面尺寸為0.6 m(深)×0.4 m(寬)。

(5)變形觀測(cè)。①橋梁0#、6#墩及DK348+660三處右側(cè)3 m，設(shè)置C15鋼筋混凝土預(yù)制邊樁，長(zhǎng)1.5 m，截面尺寸0.15 m×0.15 m，埋入深度1.4 m。②橋梁0#、6#墩、DK348+660三處右側(cè)10 m及滑坡前緣抗滑樁外2 m設(shè)置測(cè)斜管，入巖應(yīng)超過(guò)2 m。

整治工程平面布置見(jiàn)圖10。

圖10 滑坡整治工程設(shè)計(jì)平面布置

5.3 整治效果

滑坡發(fā)生后，立即采取臨時(shí)措施并積極開(kāi)展對(duì)主體結(jié)構(gòu)防護(hù)工程施工，順利完成滑坡的整治。施工及后續(xù)工作中保持對(duì)該滑坡及整個(gè)古巖堆的連續(xù)觀測(cè)工作，目前經(jīng)過(guò)4年多的時(shí)間檢驗(yàn)，該滑坡及巖堆狀態(tài)穩(wěn)定。

6 古巖堆滑坡整治體會(huì)

(1)選線盡量避免穿過(guò)大型古巖堆體。不得已通過(guò)時(shí)，宜以淺填淺挖通過(guò)，填方路堤建議選在巖堆體下部，挖方路塹建議選在巖堆體上部。

(2)在古巖堆體上施工，應(yīng)做好隔、防排水措施，并將棄碴運(yùn)至指定位置棄放。

(3)勘查階段加強(qiáng)對(duì)大型古巖堆的分析工作。設(shè)計(jì)階段根據(jù)土層厚度、土體力學(xué)指標(biāo)、地面坡度等，對(duì)其設(shè)置預(yù)加固、支擋措施(尤其是抗滑樁)及防排水措施。

[1] 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院. 公路路基手冊(cè) [M]. 北京：人民交通出版社，1996.

[2] 熊小波, 巫錫勇. 內(nèi)昆線巖堆的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J].路基工程, 1997(4):14-17.

[3] 李永金. 巖堆區(qū)選線及勘察方法研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào), 2013(10):1-4.

[4] 熊冰. 某高速公路巖堆體特征及對(duì)路基工程影響分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào), 2014(1):49-58.

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