紅花村古滑坡加固設(shè)計(jì)研究及穩(wěn)定性分析

蔣 恒

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610031)

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

紅花村滑坡位于某鐵路隧道進(jìn)口端右側(cè)斜坡上，線路里程為D4K239+640～D4K239+770段，滑坡體呈長(zhǎng)舌狀向南西向站布，滑坡軸長(zhǎng)約370 m，寬70～230 m，厚5～30 m，體積約86×104m3，為一大型中層—厚層堆積層滑坡。代表斷面如圖1所示。

圖1 代表性橫斷面加固設(shè)計(jì)

1.2 地質(zhì)概況

組成滑坡的物資成份為粉質(zhì)黏土(局部為松潘黃土)、粗角礫土為主，石質(zhì)成份為砂巖、炭質(zhì)板巖，滑床下部為三疊系上統(tǒng)上統(tǒng)新都橋組(T3x)炭質(zhì)板巖、砂巖，推測(cè)滑帶為土巖接觸帶附近。滑坡體自然橫坡20～45 °，局部稍陡，坡面大部分為荒地，植被較差，滑體前緣為岷江河谷階地，地形平緩，并有紅花村分布，部分民房分布于滑坡前緣地帶。從滑體的鉆孔資料分析，滑坡體上部為粉質(zhì)黏土(成份以松潘黃土為主)，下部為粗角礫土，推測(cè)該滑坡發(fā)生于第四系早期，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3 水文條件

測(cè)段內(nèi)地表水主要為坡面雨水。地下水主要為炭質(zhì)板巖、砂巖中的基巖裂隙水，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有酸性侵蝕，環(huán)境作用等級(jí)為H1，該工點(diǎn)屬于嚴(yán)寒地區(qū)，混凝土耐久性按D2凍融環(huán)境考慮。地震動(dòng)峰值加速度為0.30g。

1.4 氣象特征

本線成都至川主寺(黃勝關(guān)站)段位于四川省西北部，地形高差大，區(qū)域跨度大，氣候由四川盆地濕熱氣候帶的溫暖濕潤(rùn)向溫暖帶、溫帶、寒溫帶、高山寒冷帶氣候的川西高原季風(fēng)氣候區(qū)過(guò)度。年平均氣溫6～16.3 ℃，極端最高氣溫一般在31.3～36.7 ℃，極端最低氣溫一般在-5.3～-21.1 ℃。年平均降雨量484.1～1 215.1 mm。

2 古滑坡危害及病害情況

2.1 古滑坡危害

受地質(zhì)力或自身重力的影響，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的造山及地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，山體某些部位的巖體沿地層中各種原生或次生弱面或直接切層滑動(dòng)形成滑坡或堆積體。這種滑坡或堆積體再次經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代到現(xiàn)在，其中有些已經(jīng)達(dá)到了相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。這就是山區(qū)工程建設(shè)中常遇到的一類特殊地質(zhì)體——古滑坡[1]。根據(jù)劉傳正[2]、崔鵬[3]、黃潤(rùn)秋等[4]及徐穎[5]等專家在古滑坡復(fù)活肇災(zāi)場(chǎng)地調(diào)查顯示，古滑坡在地形地貌、巖層層序、滑帶、巖丘及其邊界等方面具有自身的獨(dú)特特征。在這種地質(zhì)體上進(jìn)行工程建造容易改變滑坡坡體內(nèi)部的平衡和穩(wěn)定，導(dǎo)致其復(fù)活起跳、組構(gòu)裂解，造成災(zāi)難性的后果。由殷躍平[6]教授主編的《中國(guó)典型滑坡》畫冊(cè)，王濤等[7]以及黃潤(rùn)秋，許強(qiáng)等教授[8-10]撰寫的有關(guān)滑坡研究專著中收錄和分析的大量滑坡災(zāi)害實(shí)例，其中有相當(dāng)部分是古滑坡被擾動(dòng)復(fù)活所致。因此，在進(jìn)行大規(guī)模工程建設(shè)前，為維護(hù)其穩(wěn)定性，首先得對(duì)古滑坡本身的穩(wěn)定程度進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行設(shè)計(jì)加固。

2.2 病害情況

某鐵路隧道進(jìn)口紅花村滑坡位于高地震烈度區(qū)，從滑坡體的鉆孔資料分析，滑坡體上部為粉質(zhì)黏土(成份以松潘黃土為主)，下部為粗角礫土。推測(cè)該滑坡發(fā)生于第四系早期，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查:紅花村的部份民房在滑坡前緣已修建好多年，房屋完好，沒(méi)被滑坡毀壞過(guò)，從該滑體表部看，沒(méi)有滑動(dòng)過(guò)的跡象，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。但由于線路從古滑坡前緣地段通過(guò)，工程施工易引起古滑坡復(fù)活或局部坍塌、引起整個(gè)斜坡失穩(wěn)滑動(dòng)，對(duì)某鐵路隧道進(jìn)口端的相關(guān)工程、路基工程及紅花村的部份分民房影響較大，為確保紅花村部份分民房及相關(guān)工程不受影響，需對(duì)該滑坡進(jìn)行加固防護(hù)設(shè)計(jì)。

3 工程措施及穩(wěn)定性分析

3.1 主要工程措施

結(jié)合工程地質(zhì)資料，采用抗滑樁、錨索框架梁支擋體系，結(jié)合地表排水體系對(duì)滑坡體進(jìn)行綜合治理。其設(shè)計(jì)治理工程措施如下，在對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性效驗(yàn)。

3.1.1 抗滑樁

某鐵路隧道進(jìn)口紅花村滑坡共設(shè)103根抗滑樁，樁平面位置詳見(jiàn)圖2。1#～87#樁長(zhǎng)邊平行于主軸，88#～103#樁長(zhǎng)邊和7軸夾角18 °，樁身采用C40鋼筋混凝土灌筑，樁頂空樁采用C25片石混凝土回填，并保持順坡排水，以防形成積水坑。

圖2 某鐵路隧道進(jìn)口紅花村滑坡整治工程平面設(shè)計(jì)

3.1.2 錨索與錨索框架梁

15#～22#及88#～103#抗滑樁樁頂預(yù)留2孔錨索，第一排錨索孔距樁頂2 m，第二排錨索孔距樁頂4 m。樁身澆筑時(shí)在預(yù)留錨索孔位置預(yù)埋φ130 mm鋼管。錨索孔施工完畢后孔口0.1 m用低標(biāo)號(hào)水泥砂漿封孔，以免雨水入滲。

某鐵路隧道進(jìn)口右側(cè)邊坡較陡，局部直立，為確保該邊坡的穩(wěn)定，將該陡坎按1∶1.25分級(jí)刷坡(分級(jí)高度10 m，預(yù)留2 m寬平臺(tái))后，于12#樁頂至23#樁頂邊坡設(shè)3 m間距錨索框架梁內(nèi)植灌草護(hù)坡進(jìn)行加固。錨索框架梁采用C35鋼筋混凝土澆筑，按正面圖每隔3～4框架設(shè)置伸縮縫及施工縫。錨索設(shè)計(jì)為壓力分散型錨索，鉆孔直徑φ110 mm，錨孔與水平面下傾角20 °，每孔錨索設(shè)計(jì)錨固段長(zhǎng)10 m，分為兩個(gè)單元，錨索長(zhǎng)20～25 m(不含1.5 m的張拉長(zhǎng)度)，錨索均采用4束φ15.2 mm高強(qiáng)度、低松弛鋼無(wú)粘結(jié)絞線制作，設(shè)計(jì)錨固力300 kN，每孔錨索按設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力的15 %進(jìn)行超張拉。錨索注漿采用M35水泥砂漿，注漿壓力不小于0.6 MPa，錨頭采用C40混凝土封閉。

3.1.3 擋土板

12#～23#及88#～103#抗滑樁樁后高出地面部份掛擋土板，從樁頂往下高度小于6 m擋土板按甲型板施做，高度大于6 m按乙型板施做，板后回填碎石土。

3.1.4 排水溝

沿坡面設(shè)縱橫向排水溝，縱向排水溝采用底寬0.6 m，溝深0.8 m，壁厚0.3 m的梯形C35混凝土溝，橫向排水溝采用底寬0.4 m，溝深0.6 m，壁厚0.2 m的梯形混凝土溝，排水溝出接入隧道頂部的截水天溝中及路基排水溝，整個(gè)坡面排水應(yīng)形成一個(gè)完整的排水系統(tǒng)，施工時(shí)可根據(jù)天然溝槽具體情況適當(dāng)調(diào)整水溝位置。

3.2 穩(wěn)定性校驗(yàn)

各地層主要物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。

結(jié)合滑坡體的地層巖性、水文條件，氣象特征等地質(zhì)勘察資料，分析其病害現(xiàn)狀及其發(fā)展規(guī)律后，采用剩余下滑力方法進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，錨固段地基為巖層，或上層為土層，下層為巖層，樁底為自由端，以3#主軸、5#主軸和7#主軸為控制斷面對(duì)淺層和深層滑面分別進(jìn)行檢算?？刂泼鏋樯顚踊?，由于此工程處于高地震烈度區(qū)，直接計(jì)算有震工況，則深層滑面在有震工況下安全系數(shù)K=1.1時(shí)，滑坡設(shè)計(jì)推力分別為5 275 kN/m、5 719 kN/m、3 583 kN/m。因3#主軸與5#主軸滑坡推力較接近，本工程設(shè)計(jì)時(shí)以5#主軸和7#主軸為依據(jù)對(duì)滑坡進(jìn)行抗滑設(shè)防。根據(jù)TB 10025-2006《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，對(duì)103根抗滑樁進(jìn)行配筋計(jì)算。各樁所受滑坡推力如表2所示。

(1)第一排樁：以主軸5#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力1 200 kN/m，5#樁計(jì)算(適用1#～6#樁、12#～24#、23#樁配筋圖)，其配筋結(jié)果如表3、表4所示，代表設(shè)計(jì)如圖3、圖4。10#樁計(jì)算(適用7#～11#樁配筋圖)計(jì)算時(shí)適當(dāng)加大推力為1 500 kN/m，20#樁計(jì)算預(yù)留了錨索孔(適用15#～23#樁配筋圖)。

(2)第二排樁：28#樁計(jì)算(適用24#～29#樁配筋圖、55#、63#)以主軸7#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力1500 kN/m；31#樁計(jì)算(適用30#～48#樁配筋圖)以主軸5#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力2 000 kN/m。

(3)第三排樁：50#樁計(jì)算(適用49#、50#、72#、74#樁)與54#樁計(jì)算(適用51#～54#)以主軸7#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力均為800 kN/m；56#樁計(jì)算(適用56#～62#樁)與66#樁計(jì)算(適用65#～71#樁)以主軸5#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力1 400 kN/m。

(4)第四排樁：73#樁計(jì)算(適用72#～74#樁)以主軸7#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力610 kN/m；80#樁計(jì)算(適用76#～84#樁)與85#樁計(jì)算(適用85#～87#樁)以主軸5#斷面計(jì)算滑坡推力為設(shè)計(jì)依據(jù)，分擔(dān)滑坡推力1 200 kN/m。

4 治理效果

施工步驟主要為：首先，施工坡面截排水措施，然后，從下至上分排施工抗滑樁，再施工洞門右側(cè)錨索框架梁，最后施工洞門及隧道工程。其中，抗滑樁施工采用人工開(kāi)挖，抗滑樁間隔一樁開(kāi)挖，確保施工安全，抗滑樁樁樁井基巖面以上開(kāi)挖采用加強(qiáng)型混凝土鎖口和護(hù)壁，嚴(yán)防樁壁土質(zhì)及破碎強(qiáng)風(fēng)化巖石在挖孔過(guò)程中坍塌，基巖面以下采用普通型護(hù)壁。進(jìn)入遇到中風(fēng)化巖層時(shí)，采用空壓風(fēng)鉆與淺眼爆破掘進(jìn)組合的掘進(jìn)方式。樁孔土石方采用電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升出渣，不同地層渣土人工轉(zhuǎn)運(yùn)分開(kāi)堆放收集，機(jī)械裝運(yùn)至臨時(shí)渣場(chǎng)備用做路基填料。完成鋼筋籠制安報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收后進(jìn)行樁身混凝土澆注。紅花村滑坡位抗滑樁施工直接制約著某鐵路隧道進(jìn)口的開(kāi)工，施工任務(wù)量大，工期緊，工作面條件有限，出渣后必須及時(shí)運(yùn)走，同時(shí)要兼顧12#～23#樁頂邊坡的預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的施工。該段103根抗滑樁分為2個(gè)循環(huán)開(kāi)挖，第一循環(huán)開(kāi)挖奇數(shù)樁號(hào)，第二循環(huán)開(kāi)挖偶數(shù)樁號(hào)，保證同一排、同一軸上樁間隔開(kāi)挖(圖5)。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)

表2 各樁所受滑坡推力

表3 5#樁豎向受拉鋼筋布置

表4 5#樁箍筋布置

圖3 代表樁豎向主筋布置(單位:m)

圖4 代表樁箍筋布置(單位:cm)

圖5 抗滑樁施工

為防止修建大型便道中造成滑坡或邊坡塌方，因該段抗滑樁施工不允許建施工便道。施工中采用溜槽溜滑挖基土；鋼筋運(yùn)輸采用卷場(chǎng)機(jī)通過(guò)溜槽內(nèi)將鋼筋往上拉，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)至需要位置；樁基混凝土采用輸送泵泵送混凝土接力形式，將混凝土直接泵送樁孔內(nèi)。同時(shí)，采用全站儀和測(cè)斜儀對(duì)其表面和深部位移進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，判定滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)。

以上工程完成后，經(jīng)監(jiān)控量測(cè)，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，有效遏制災(zāi)害發(fā)生(圖6)。

圖6 施工完成效果

5 結(jié)束語(yǔ)

該隧道于2014年完工，從監(jiān)控量測(cè)資料顯示，治理后的紅花村滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，未對(duì)隧道工程造成不利影響。

(1)本工程針對(duì)紅花村滑坡治理工程共設(shè)四排，103根抗滑樁，在最不利條件，有震工況下取三個(gè)主截面進(jìn)行滑坡推力設(shè)計(jì)計(jì)算，再以深層滑坡為控制面，根據(jù)其抗滑樁數(shù)量，分別計(jì)算每個(gè)截面的推力，進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，保證治理效果的良好實(shí)施。

(2)滑坡推力計(jì)算以3#主軸、5#主軸和7#主軸為控制斷面分別對(duì)淺層和深層滑面分別進(jìn)行檢算，當(dāng)存在兩主軸計(jì)算結(jié)果接近時(shí)，可根據(jù)工程計(jì)算原則進(jìn)行取舍，本工程最終采用5#主軸和7#主軸對(duì)滑坡進(jìn)行抗滑設(shè)防。

(3)對(duì)紅花村古滑坡進(jìn)行治理，結(jié)合工程地質(zhì)資料，對(duì)其安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估后，重點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算了其防護(hù)方式，采用抗滑樁、錨索框架梁支擋體系，結(jié)合地表排水體系對(duì)滑坡體進(jìn)行綜合治理，驗(yàn)證了處理方式的合理性，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，可供類似工程參考。