施艷秋,金 蘭
(1.吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林 吉林 132200;2.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)
早在20世紀(jì)50年代,滑坡問題就成為了我國鐵路部門建設(shè)及運(yùn)營的重大隱患[1],該問題至今仍然未能徹底解決,仍是威脅我國鐵路安全的一大難題,但是近年來滑坡治理和監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)有了長足進(jìn)步[2],在工程實際中也積累了一定的治理經(jīng)驗,隨著深部位移監(jiān)測技術(shù)在滑坡治理中廣泛應(yīng)用,為滑坡勘察階段查明滑面深度和滑體厚度[3]提供了數(shù)據(jù)支撐,為滑坡穩(wěn)定性評價及動態(tài)設(shè)計提供了依據(jù)[4-7],文獻(xiàn)[8-10]分別結(jié)合滑坡的深部位移監(jiān)測工程實例,介紹了深部位移監(jiān)測技術(shù)工作原理及工程實際運(yùn)用,跟蹤監(jiān)測坡體的變形規(guī)律,監(jiān)測成果為分析滑坡的發(fā)生機(jī)理提供參考,為前期治理方案及施工安全預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐,為工后滑坡的安全評估提供理論依據(jù)。
對渝懷鐵路上行線K100+000~+500段滑坡群勘察治理及監(jiān)測情況進(jìn)行介紹,對深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,滑坡病害分布平面圖如圖1所示。根據(jù)采集數(shù)據(jù)評價滑坡一期治理工程工后穩(wěn)定性,論證二期治理工程實施必要性,并在監(jiān)測工作實際操作過程中總結(jié)得出有益參考。
渝懷鐵路K100+000~+500段滑坡群位于重慶市涪陵區(qū)藺市鎮(zhèn)大橋村境內(nèi),地處長江南岸山坡中下部,距離重慶市區(qū)約80km,涪陵城區(qū)約30km,該段鐵路為雙線鐵路,線路以路基的形式自北西向南東從斜坡陡緩交界部位穿過,斜坡坡向北東,其一線鐵路(即左線、下行線)位于線路北側(cè),主要為填方路基,填方高度4~16m不等,邊坡坡率1:1.5;二線鐵路(即右線、上行線)位于線路南側(cè)(即山側(cè)),主要采用換填基礎(chǔ)與挖方相結(jié)合的方式通過,開挖邊坡主要采用錨桿框架植草、人字形骨架植草、重力式擋墻及或護(hù)腳墻結(jié)合截排水措施進(jìn)行防護(hù)。
圖1 滑坡病害分布平面圖
2016年6月巡檢發(fā)現(xiàn)K100+000~+130段錨桿框架梁斷裂,線路右側(cè)邊溝混凝土側(cè)壁擠裂,K100+330~+450段線路右側(cè)邊溝側(cè)壁局部下沉開裂,+350處涵洞帽檐石開裂,同時線路有下沉、外移跡象,現(xiàn)場變形情況如圖2所示。地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)該段線路存在多處滑坡及路基沉降病害,滑坡病害整體分布見圖1,根據(jù)滑坡發(fā)育變形及對線路影響情況,將1#、2#滑坡列為一期治理工程,3#、4#滑坡列為二期治理工程,2016年11月份勘探任務(wù)進(jìn)行時同時展開深孔位移監(jiān)測工作,并已經(jīng)取得兩個完整水文年監(jiān)測數(shù)據(jù),監(jiān)測期間一期工程詳勘、設(shè)計及施工已經(jīng)完成。
圖2 病害區(qū)結(jié)構(gòu)物變形情況
滑坡群對應(yīng)該段鐵路位于長江南岸,線路中線距離長江南岸水位線150m左右,受三峽水庫蓄水影響,南岸岸坡多處產(chǎn)生滑移變形。區(qū)域表層被第四系全新統(tǒng)殘坡積層(Q4dl+el)、崩坡積層(Q4dl+col)及人工填土(Q4ml)覆蓋,下伏侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)泥巖夾粉砂巖。
該區(qū)域?qū)匍L江水系,滑坡群前緣江水流向東南,向前流過藺市由東南折向東北,河谷下切于侏羅系中統(tǒng)砂頁巖內(nèi),兩岸地形起伏不大,形成對稱寬谷,主要受大氣降雨補(bǔ)給,徑流因季風(fēng)降水而比較豐富,多夏洪秋汛,暴漲暴落,水位變幅大。坡面沖溝發(fā)育,規(guī)模大小不一,多為季節(jié)性沖溝,鐵路線路下設(shè)4條涵洞進(jìn)行疏導(dǎo)。在斜坡中部(線路里程K100+245)及大里程邊界附近 (線路里程K100+600)分布兩條深切沖溝,向下延伸至長江,向上延伸至山坡上部,雨季期間沖溝及涵洞內(nèi)均有流水。線路兩側(cè)斜坡陡緩交接處可見多處滲水點,線路右側(cè)邊溝多處積水。
1#、2#滑坡主滑方向 NE47°,與線路垂直,前緣剪出口位于線路右側(cè)邊溝附近,滑坡后緣形成較為貫通的拉張下錯裂縫帶,滑坡后緣傾角約60°,主滑段傾角23°,前緣傾角5°左右,鉆探揭示滑體厚度5.2~6.5m,滑體體積約為 1.5×104m3,均為小規(guī)模的堆積層滑坡,滑面位于巖土交界面附近。3#、4#滑坡以中部沖溝為界,后緣傾角60°,主滑段傾角8°,滑體厚 10~14.3m,體積約為 40×104m3,屬中型滑坡,線路緩坡平臺堆積層較厚,且普遍含水量較高,該段對應(yīng)線路有外移跡象,但坡體未發(fā)現(xiàn)整體變形跡象。
結(jié)合踏勘及地質(zhì)鉆探情況綜合分析滑坡滑動變形主要因素有:(1)不良的地質(zhì)條件是滑坡發(fā)育的基礎(chǔ),滑坡位于陡坡下部,堆積層下伏基巖為泥巖夾砂巖,泥巖相對隔水,且抗風(fēng)化能力弱,泥巖強(qiáng)風(fēng)化層及其上堆積層含水量高,極大地降低了巖土的物理力學(xué)指標(biāo),為滑坡的滑動提供了必備的物質(zhì)基礎(chǔ)。(2)勘察區(qū)降雨較為集中,且多持續(xù)降雨,長時間的大氣降雨,雨水經(jīng)地表下滲,在完整基巖頂面富集,降低了土體力學(xué)指標(biāo),為滑坡的滑動創(chuàng)造了不可或缺的條件。(3)人類工程活動是坡體產(chǎn)生滑動變形的直接因素,邊坡開挖破壞了坡體原有應(yīng)力狀態(tài),導(dǎo)致坡腳應(yīng)力集中,而邊坡原有的支擋工程偏弱,促使坡體向臨空方向的蠕動變形。
根據(jù)滑坡的地形地貌、坡體結(jié)構(gòu)、變形特征綜合考慮,將后緣及坡腳變形明顯的1#、2#滑坡列為一期工程治理對象,根據(jù)測繪地勘斷面及土工試驗參數(shù),采取條分法計算推力,根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置抗滑支擋措施,地下排水措施借鑒凱里工務(wù)段使用并反饋良好的虹吸排水管。
一期治理工程措施:在1#滑坡對應(yīng)線路里程,距離上行線中心16m位置處設(shè)置一排A型普通抗滑樁,共 24根,樁長 11m,截面 1.6m×2.0m,樁中-中間距6m。在2#滑坡對應(yīng)線路里程,距離上行線中心16m位置處設(shè)置一排B型普通抗滑樁,共10根,樁長16m,截面1.6m×2.0m,樁中-中間距6m。設(shè)置試樁:在K100+340~+440距離下行線中心7.5m位置處設(shè)置兩根試樁,試樁挖深28m,截面2.2m×3.4m。上行線對應(yīng)線路里程K100+350~+420段右側(cè),在2#坡坡腳設(shè)置虹吸排水孔,孔深25m,仰角5度,間距6m,共10孔。上行線對應(yīng)線路里程K100+300~+450段,在填方體坡腳設(shè)置虹吸排水孔,孔深20m,仰角5度,間距3m,共47孔。虹吸排水孔沿線路方向布置,間距3m。上行線對應(yīng)線路里程K100+300~+450段范圍內(nèi)右側(cè)邊溝下方設(shè)置截水盲溝,與右側(cè)邊溝構(gòu)成排水子母溝,盲溝長度150m,溝深1.5m,寬度0.8m。在2#滑坡周界外新建截排水溝156m。治理工程措施主要以支擋為主,增加截排水措施。
測斜儀器在滑坡工程實踐中應(yīng)用較多,測斜系統(tǒng)主要由活動式測斜探頭;數(shù)字式接收儀;高強(qiáng)度傳輸電纜;專用測斜管四部分組成;基本工作原理是依據(jù)探頭軸線位置與鉛垂線夾角的變化值,通過一定的數(shù)理換算關(guān)系求得巖土體某深度處的側(cè)向位移,產(chǎn)生位移較明顯的地方即確定為滑動變形的位置(滑動帶或面)。通常測斜管被預(yù)先埋設(shè)于滑坡體(變形體)中,埋設(shè)深度依據(jù)需要而定,管底一般要求嵌入相對穩(wěn)定地層中3~5m,以便確定參照點。為保證測量數(shù)據(jù)的真實可靠,外壁周圍用回填物(中粗砂或依據(jù)特殊要求用水泥砂漿)充填密實,通常沿滑坡變形的主軸方向布設(shè)足夠反映其變形規(guī)律的觀測孔數(shù)個,孔深通常要求必須穿過基巖面或伸入相對穩(wěn)定地層中,測試孔垂直度要求不大2°,終孔孔徑應(yīng)滿足測斜管投放的要求,對每個測孔進(jìn)行長期的定期觀測,可較全面地掌握滑坡的變形特征。
選擇2條滑坡主軸斷面進(jìn)行了深孔位移監(jiān)測,共設(shè)監(jiān)測孔 7 個見圖 1 (ZK1-1、ZK1-2、ZK1-3,ZK4-1、ZK4-2、ZK4-3、ZK4-4),原地質(zhì)鉆孔作為后期深部位移監(jiān)測孔。
勘察期、施工期累計監(jiān)測14次,依據(jù)各監(jiān)測孔安裝情況分別于2016年11月15日、19日分批取得各監(jiān)測孔深孔位移初值,截至2017年6月15日共完成15~17次深孔數(shù)據(jù)采集。由于監(jiān)測儀器2017年7月~8月采集的數(shù)據(jù)存在異常,現(xiàn)場多次測量并排除其他干擾因素,綜合分析后為進(jìn)一步查清位移趨勢,2017年9月購置新的監(jiān)測設(shè)備,2017年10使用新的儀器開始監(jiān)測,新舊儀器采集數(shù)據(jù)合并即為兩個完整水文年位移變化,位移監(jiān)測結(jié)果如圖3~5所示。
圖3 ZK1-3、4-3深孔位移監(jiān)測曲線(左為老儀器+右為新儀器)
ZK1-3監(jiān)測孔位于1#滑坡中部,通過對2016年11月15日~2017年8月9日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知,孔口累計位移最大達(dá)到17mm,5月22日監(jiān)測數(shù)據(jù)時間-位移曲線表明5m附近存在明顯突變,后續(xù)監(jiān)測變形加劇,至2017年8月,滑坡趨于穩(wěn)定(已施工抗滑樁),與地勘鉆探確定的滑面基本相符,表明該滑坡5月份6月份發(fā)生了滑動變形。后續(xù)新儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步確認(rèn)在抗滑樁施工完成后滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài),達(dá)到了治理效果。監(jiān)測孔內(nèi)地下水位4.0~8.5m,前期穩(wěn)定在4.0m附近,后期隨著抗滑樁及排水措施的實施,水位持續(xù)下降,自8.5m下降至14.5m,水位下降明顯排水效果良好,達(dá)到了治理效果。
ZK4-3監(jiān)測孔位于2#滑坡中部,通過對2016年11月15日~2017年6月23日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知,孔口累計位移達(dá)到10mm,監(jiān)測孔深度范圍內(nèi)時間-位移曲線在6.0m附近存在異常突變,變形部位與地勘鉆探基本相符,之后兩個月由于抗滑樁施工,數(shù)據(jù)采集中斷。在2017年10月16日~2019年1月18日使用新儀器采集數(shù)據(jù)生成的位移曲線同樣在6.0m附近存在突變,15個月時間孔口位移達(dá)到37.59mm,坡體在抗滑樁施工前存在滑動變形,抗滑樁施工完成后樁后土體產(chǎn)生擠壓變形,表明治理工程實施后該滑坡變形逐漸趨于收斂。
ZK4-4位于2#滑坡后部牽引區(qū)外圍,通過對2016年11月15日~2017年8月9日及2017年10月16日~2017年12月18日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,孔口累計位移未超過5mm,監(jiān)測孔深度范圍內(nèi)時間-位移曲線未發(fā)現(xiàn)異常突變。
圖4 ZK1-1、1-2深孔位移監(jiān)測曲線(左為老儀器+右為新儀器)
ZK1-1監(jiān)測孔位于3#滑坡前部,通過對2016年11月19日~2017年7月20日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知,孔口累計位移在8mm以內(nèi),監(jiān)測深度范圍內(nèi)時間-位移曲線未見明顯突變,但2017年10月16日~2019年1月18日的時間-位移曲線存在明顯突變 (12m附近),15個月時間孔口位移達(dá)到51.79mm。ZK1-2監(jiān)測孔位于3#滑坡中部,通過對2016年11月19日~2017年8月9日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知,孔口累計位移達(dá)到13mm,最近3次時間-位移曲線在15~17m附近存在異常,但趨勢不明顯,2017年10月16日~2019年1月18日使用新儀器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)生成的時間-位移曲線存在明顯突變(10月16日數(shù)據(jù)異常),15個月時間孔口位移達(dá)到42.97mm,驗證該滑坡在14m深度附近存在突變,與ZK1-1的監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析,表明3#滑坡存在蠕滑變形,結(jié)合地質(zhì)鉆探資料分析,變形深度位于巖土交界面附近。
圖5 ZK4-1、ZK4-2深孔位移監(jiān)測曲線(左為老儀器+右為新儀器)
ZK4-1監(jiān)測孔位于4-4斷面,在4#滑坡前部,通過對2016年11月15日~2017年8月9日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知,孔口累計位移最大16mm,監(jiān)測孔深度范圍內(nèi)時間-位移曲線在14m附近存在異常突變,變形趨勢明顯,隨后在2017年10月16日~2019年1月18日使用新儀器采集的數(shù)據(jù)生成的合位移曲線同樣在14m附近存在異常突變,15個月時間孔口位移達(dá)到65.79mm。ZK4-2監(jiān)測孔位于4-4斷面,在4#滑坡中后部,通過對2016年11月15日~2017年8月9日監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知,孔口累計位移最大14.6mm,監(jiān)測孔深度范圍內(nèi)時間-位移曲線在20m附近存在異常突變,隨后在2017年10月16日~2019年1月18日使用新儀器采集數(shù)據(jù)生成的位移曲線同樣在20m附近存在突變,15個月時間孔口位移達(dá)到61.12mm,表明4#滑坡正在蠕滑變形,結(jié)合地質(zhì)鉆探資料分析,變形深度位于巖土交界面附近。
1)渝懷鐵路K100+000~+500段滑坡群屬于堆積層滑坡,1#、2#滑坡治理工程采用抗滑樁為主,虹吸截排水為輔的治理措施有效控制滑坡變形,治理效果明顯。
2)深孔位移監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于滑坡群治理,監(jiān)測表明1#、2#滑坡在抗滑樁、排水措施施工后,基本趨于穩(wěn)定。3#、4#深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)反映滑坡出現(xiàn)明顯的蠕滑變形,滑動面位于基巖頂面附近,監(jiān)測顯示滑體厚度達(dá)20m,4#滑坡蠕滑變形較3#滑坡明顯,應(yīng)對3#、4#滑坡繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測,且有必要實施二期治理工程,建議治理工程以支擋措施為主。
3)在讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)后要根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析引起數(shù)據(jù)變化的原因,分析排除干擾因素,設(shè)備出現(xiàn)異常及時更新。深部位移監(jiān)測實際操作過程中布設(shè)監(jiān)測孔時要適當(dāng)增加重點部位及大變形等位置處的監(jiān)測孔密度,注意保護(hù)原有鉆探孔,勘察結(jié)束隨后利用鉆探孔進(jìn)行深部位移監(jiān)測,節(jié)約監(jiān)測孔鉆探時間和監(jiān)測成本。