路塹邊坡滑坡病害原因分析及綜合治理
——以寧杭鐵路瓦屋山站為案例

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063

0 引言

在山區(qū)鐵路建設(shè)中，由于隧道工程以及路塹工程需要對(duì)山體進(jìn)行深開挖，由于施工周期長，很容易碰到雨季施工，容易誘發(fā)次生的工程地質(zhì)災(zāi)害，最為顯著的當(dāng)屬滑坡。導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的原因一般有內(nèi)在條件和外部環(huán)境條件兩個(gè)因素。內(nèi)在條件主要包含工程所處地區(qū)的地形地貌、地層條件、地質(zhì)構(gòu)造等。巖土工程的復(fù)雜性很大程度體現(xiàn)在其工程力學(xué)行為上。作為多孔介質(zhì)材料或巖石塊體材料，其力學(xué)行為在不同應(yīng)力環(huán)境下往往表現(xiàn)出不同的力學(xué)效應(yīng)。對(duì)于鐵路邊坡工程而言，最核心的問題是穩(wěn)定性問題。邊坡穩(wěn)定性影響因素較多，地下水及降雨、坡體剪應(yīng)力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀等對(duì)邊坡穩(wěn)定性均有顯著影響［1-2］。

文章結(jié)合寧杭客專鐵路瓦屋山站路塹邊坡滑坡病害的情況，分析了實(shí)際工程中滑坡產(chǎn)生的原因并提出了相應(yīng)的治理措施。

1 工程概況

1.1 地理位置和地形地貌

寧杭鐵路瓦屋山站位于江蘇省溧陽市西北部，路塹邊坡滑坡工點(diǎn)范圍里程段為DK67+162.5～DK67+412.5，全長250m，該段屬二級(jí)階地崗地區(qū)，低丘前緣，山體自然坡度約10°～15°，植被發(fā)育，辟為松林、竹林，其間長滿低矮灌木。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查以及勘探顯示，工點(diǎn)范圍未發(fā)現(xiàn)重大不良地質(zhì)以及特殊巖土，場地內(nèi)地層從上至下依次為：

（1）Q4ml素填土：紅褐色，松散，物質(zhì)成分主要為粉質(zhì)黏土，局部可見少量碎石，0.5m 范圍內(nèi)可見少量植物根系，層厚約0.4～2m。

（2）-1 Q3al粉質(zhì)黏土：灰褐色、黃褐色，硬塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，少量高嶺土及砂粒，層厚約6～10m。

（3）-2 Q3al細(xì)圓礫土：褐黃色，飽和，中密，圓礫含量50～60%，含有少量粉土及高嶺土，層厚約0.2～2.6m。

（4）-1 K2c 泥質(zhì)砂巖：棕紅色，全風(fēng)化，原狀結(jié)構(gòu)大部分已被破壞，巖芯呈砂土狀，層厚約1～5m。

（5）-2 K2c 泥質(zhì)砂巖：棕紅色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)膠結(jié)，原狀結(jié)構(gòu)已殘余不清，巖芯主要為短柱狀，少量為碎塊狀，層厚約0.5～5m。

（6）-3 K2c 泥質(zhì)砂巖：棕紅色，弱風(fēng)化，結(jié)構(gòu)為泥質(zhì)砂狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造為中厚層構(gòu)造，巖芯較為完整，一般呈柱狀，節(jié)長0.4～0.6m，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，該層勘察期間未被揭穿。

1.3 氣象、水文

工程所在區(qū)處亞熱帶季風(fēng)氣候，春夏秋冬四季明朗，氣候干濕冷暖，年均降水量約為1149.7mm，較為充沛。根據(jù)勘察資料結(jié)果表明，該區(qū)域地下水賦存形式主要為兩種，一為第四系孔隙潛水，二為構(gòu)造裂隙水，去終孔隙潛水主要位于表層的硬塑粉質(zhì)黏土、中密的細(xì)圓礫土以及基巖全風(fēng)化中，而基巖風(fēng)化裂隙以及成巖裂隙中主要為構(gòu)造裂隙水。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，該地區(qū)地下水位在2.8～6.8m 之間，補(bǔ)給方式主要為大氣降水。

1.4 原施工圖設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施做情況

（1）路基支擋：

根據(jù)原施工設(shè)計(jì)資料顯示，DK67+162.5～+412.5 左側(cè)及DK67+162.5～+262.5、DK67+337.5～+412.5右側(cè)設(shè)C20片石混凝土重力式路塹擋土墻，墻高為3.0 到4.0m 之間，擋墻胸背坡率選取為1：0.3。

（2）路塹邊坡防護(hù)

路塹邊坡坡率1：1.5，墻頂以上邊坡高度在4.2～7.4m之間。采用標(biāo)號(hào)為M7.5 漿砌片石，拱形截水骨架內(nèi)噴播植草、種植灌木對(duì)兩側(cè)路塹邊坡進(jìn)行防護(hù)。

（3）側(cè)溝

側(cè)溝形狀為矩形，標(biāo)號(hào)為C15 鋼筋混凝土，參數(shù)為0.8m×0.6m×0.2m（深×寬×厚），外設(shè)2.0m 寬的側(cè)溝平臺(tái)，并采用漿砌片石封閉，厚度為0.3m，標(biāo)號(hào)為M7.5。

2 滑坡變形特征

2012 年11 月8 日在路基工程初驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn) DK67+250～+380 左側(cè)擋墻有外傾現(xiàn)象，外傾量約1cm，墻前側(cè)溝平臺(tái)隆起開裂，側(cè)溝受擠壓變形，邊坡坡面及塹頂未見裂縫。2012 年12月10 日在路基工程靜態(tài)驗(yàn)收中，提出了此段擋墻存在裂縫寬度超標(biāo)情況，邊坡坡面及塹頂未見裂縫。2013 年3 月30 日工務(wù)段日常維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)DK67+249.8～+375.2段路基塹頂出現(xiàn)裂縫，最大裂縫寬約25cm，擋墻外傾，外傾約4～7cm，側(cè)溝受擠壓變形，側(cè)溝平臺(tái)拱起開裂，由此確定該工點(diǎn)為滑坡病害。

2013 年3 月31 日對(duì)該病害進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，可將病害分為病害較輕微地段和病害較嚴(yán)重地段，具體情況如下。

2.1 病害較輕微地段

DK67+162.5～DK67+249.8 左側(cè)、DK67+375.3～DK67+404.2左側(cè)、DK67+162.5～DK67+404.2右側(cè)，該三段為邊坡淺層溜坍變形。變形特征主要為側(cè)溝局部有擠壓變形現(xiàn)象，側(cè)溝平臺(tái)局部有開裂拱起現(xiàn)象，裂縫寬約2～5mm，擋墻墻體局部有開裂現(xiàn)象，裂縫寬約2～3mm，邊坡局部溜坍變形開裂。

2.2 病害較嚴(yán)重地段

DK67+249.8～DK67+375.3左側(cè)，該段為邊坡淺層滑坡。變形特征主要為主裂縫位于防護(hù)柵欄與天溝之間，距塹頂外側(cè)最大距離約7m，主裂縫寬約10～25cm，錯(cuò)臺(tái)最大約50cm。側(cè)溝受擠壓變形較嚴(yán)重，最窄處溝寬僅30cm；側(cè)溝漿砌片石平臺(tái)拱起開裂嚴(yán)重，裂縫寬5～15cm；擋墻外移約3～7cm，DK67 ＋286.3附近墻體開裂，裂縫寬約15mm。擋墻共設(shè)置兩排泄水孔，其中底部一排部分可見排水現(xiàn)象，但頂部泄水孔均未見排水。

2.3 滑坡體情況總述

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況判斷，病害較嚴(yán)重地段為邊坡淺層滑坡。滑坡體范圍為DK67 ＋249.8～＋375.3 左側(cè)，主軸位于DK67＋290 附近，前緣位于側(cè)溝底部。主裂縫位于塹頂外側(cè)約7m處，在防護(hù)柵欄與天溝之間，主裂縫最大寬約25cm，錯(cuò)臺(tái)最大約50cm，裂縫向大、小里程側(cè)與天溝相交，延伸至路塹邊坡。

3 滑坡原因分析

通過現(xiàn)場探查分析，滑坡產(chǎn)生的原因主要有兩個(gè)方面

3.1 施工期降雨顯著降低坡體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度

自然形成的丘坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，山體自然坡度與白堊系泥質(zhì)砂巖層面基本平行。山坡上覆蓋的沖洪積粉質(zhì)黏土層以及圓礫層結(jié)構(gòu)較為松散，且孔隙率較大?，F(xiàn)場施工時(shí)正值7～9 月份，為當(dāng)?shù)赜昙?，因連續(xù)大范圍的降雨，雨水沿路塹邊坡坡面下滲至全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層面附近匯集，由于現(xiàn)場施做的部分排水孔失效，導(dǎo)致雨水無法有效排出邊坡外，加之坡體表面植被清除，遇到降雨，雨水經(jīng)松散的粉質(zhì)黏土層以及圓礫層下滲至相對(duì)隔水的全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層間，形成飽水的軟弱結(jié)構(gòu)面，在水體的不斷侵蝕和軟化作用下，巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度顯著降低，斜坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生向外剪切滑移變形。

3.2 路塹切坡開挖對(duì)邊坡應(yīng)力環(huán)境的影響

路塹開挖區(qū)域處于邊坡剪應(yīng)力集中區(qū)，下部的路塹切坡開挖形成了臨空面，改變了斜坡原始應(yīng)力狀態(tài)。雨季開挖如果現(xiàn)場處理不當(dāng)，坡腳剪應(yīng)力集中區(qū)容易出現(xiàn)剪切屈服，順著巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生漸進(jìn)式剪切滑移破壞。

4 滑坡穩(wěn)定性分析與計(jì)算

4.1 計(jì)算參數(shù)選擇

根據(jù)對(duì)原始滑坡體的反算值、室內(nèi)土工試驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)值，選取土體內(nèi)摩擦角為7.5°，黏聚力為4.5kPa。采用綜合c、Φ法，滑坡推力計(jì)算安全系數(shù)選取為1.15，計(jì)算滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)。

根據(jù)鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)中規(guī)定，當(dāng)Kf 值大于1.5 時(shí)，可認(rèn)為是邊坡是穩(wěn)定的［3］。根據(jù)本工程的變形滑動(dòng)特征分別選取主滑面附近的三個(gè)斷面（DK67+260、+290、+320），進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算，得到穩(wěn)定系數(shù)分別為0.95、0.90 和0.97，由此可知滑動(dòng)體處于為不穩(wěn)定狀態(tài)，為防止其繼續(xù)滑動(dòng)，需及時(shí)采取治理措施。

4.2 滑坡推力計(jì)算

滑坡前緣選取為側(cè)溝平臺(tái)上面的剪出口，后緣選取為DK67+290 斷面附近的主裂縫，采用傳遞系數(shù)法［4］計(jì)算出剩余推力Ea 為272kN/m。

5 滑坡治理措施及施工效果

5.1 滑坡治理措施

根據(jù)穩(wěn)定性及剩余推力計(jì)算結(jié)果，滑坡整治方案采用加強(qiáng)支擋以及加強(qiáng)防排水措施相結(jié)合的方案。

（1）路基支擋結(jié)構(gòu)

①抗滑樁

DK67+162.5～DK67+404.2 左側(cè)，DK67+162.5～+262.5、DK67+337.5～+404.2右側(cè)坡腳路塹擋墻墻頂平臺(tái)處設(shè)16m長、截面尺寸為2.25m×2.0m 的方形截面抗滑樁，樁間距5.0m，采用C35 鋼筋混凝土對(duì)樁身進(jìn)行現(xiàn)澆。

②重力式路塹擋墻

DK67+262.5～DK67+337.5右側(cè)設(shè)3.5m高重力式路塹擋墻加固，胸背坡率設(shè)計(jì)為1：0.3。擋墻墻身采用標(biāo)號(hào)為C25 混凝土澆筑，前后與既有擋墻順接。

③框架梁錨桿：

對(duì)DK67+240～+380 段左側(cè)路塹邊坡采用框架錨桿防護(hù)。錨桿孔徑選取為110mm，孔深為12.2m，間距長寬均為3.0m，與水平面的夾角為15°，采用HRB400級(jí)Φ25mm的2根鋼筋制作。采用的錨桿孔內(nèi)注漿方式為一次注漿，孔底返漿法灌注M40 水泥砂漿?？蚣芰簽镃35 鋼筋混凝土，肋寬0.3m，肋厚0.3m，全埋入坡面內(nèi)。

（2）防排水設(shè)計(jì)

DK67+162.5～DK67+404.2 兩側(cè)邊坡及擋墻上各設(shè)一排排水斜孔，與水平面的夾角為5°，DK67+240～+380 左側(cè)邊坡及擋墻上長度為15m，其余地段排水斜孔長度10m。擋墻地段應(yīng)注意避開抗滑樁，排水斜孔間距5m，滑坡地段排水斜孔應(yīng)穿透滑動(dòng)面；邊坡坡面排水斜孔間距7.2m，結(jié)合主骨架位置設(shè)置。DK67+249.8～DK67+375.3 段左側(cè)側(cè)溝及側(cè)溝平臺(tái)拆除重砌；DK67+262.5～+337.5 段右側(cè)側(cè)溝平臺(tái)拆除重砌。DK67+162.5～DK67+404.2兩側(cè)邊坡塹頂與天溝之間用C25混凝土封閉，厚0.2m。天溝與塹頂鑲邊、天溝與防護(hù)柵欄間地面應(yīng)平整，使地表水能順利排入天溝和坡面排水槽，避免積水。既有擋墻段進(jìn)行清查，疏通泄水孔。

（3）其它

DK67+249.8～DK67+375.3 左側(cè)擋墻破損處應(yīng)修復(fù)；DK67+249.8～DK67+375.3左側(cè)淺層滑坡段塹頂裂縫應(yīng)灌水泥漿后采用2：8 灰土封閉。原設(shè)計(jì)塹頂外側(cè)新填土及堆土應(yīng)全部清除。

5.2 滑坡治理效果

經(jīng)過綜合整治，竣工五年多的時(shí)間里，多次經(jīng)受了雨季的考驗(yàn)，未再出現(xiàn)滑坡及其他病害跡象，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。說明本滑坡采用強(qiáng)支擋與綜合排水的工程處理措施是合理的，達(dá)到了消除滑坡隱患的目的。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)寧杭鐵路瓦屋山站路塹邊坡滑坡病害原因分析以及綜合治理，得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查得出，滑坡的誘因主要為內(nèi)在因素以及外在因素，內(nèi)在因素為丘坡自然坡度與基巖層面傾角近乎平行以及地層結(jié)構(gòu)，外在因素為連續(xù)降雨以及工程切坡產(chǎn)生未支護(hù)的臨空面。

（2）根據(jù)該工點(diǎn)三個(gè)代表性橫斷面的滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算得出，該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)較低，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且剩余滑坡推力相對(duì)較大，因此需要加強(qiáng)支擋防護(hù)，及時(shí)整治病害。

（3）根據(jù)長時(shí)間的觀測(cè)以及調(diào)查，采用強(qiáng)支擋以及加強(qiáng)防排水的措施后，邊坡整體處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)。