襄渝鐵路石廟溝滑坡病害分析及治理方案優(yōu)選

李 明

(中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

1 研究背景

襄渝鐵路橫貫鄂、陜、川、渝三省一市，東與漢丹、焦柳鐵路銜接，中與陽安、西康鐵路相通，南與達(dá)成、達(dá)萬、達(dá)巴、遂渝、蘭渝、成渝、川黔、渝懷鐵路相連，正線長859.6 km，是聯(lián)絡(luò)我國中原和西南地區(qū)的交通大動(dòng)脈，對發(fā)展經(jīng)濟(jì)、加強(qiáng)國防具有重大作用。鐵路工程的建設(shè)是一種線性的帶狀分布，長度較大，跨越不同的地貌單元和地質(zhì)構(gòu)造單元，所涉及的地質(zhì)災(zāi)害較多，應(yīng)加強(qiáng)施工地質(zhì)工作，對于出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害要及時(shí)整治，避免發(fā)生大范圍的地質(zhì)災(zāi)害，增加整治工程的難度和數(shù)量。

作為國家Ⅰ級客貨共線鐵路，沿線地貌類型眾多、地層巖性復(fù)雜、工程地質(zhì)問題普遍。列車運(yùn)行速度高，線路長期在列車低頻重復(fù)動(dòng)載作用下，耦合復(fù)雜的地質(zhì)條件、不利的氣象條件、人類的淺表改造活動(dòng)條件，每年汛期都成為地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)期[1-5]。滑坡是山區(qū)鐵路常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，尤其在土-水界面和巖-土分界面，容易形成滑坡面[6]。強(qiáng)降雨條件下邊坡浸水飽和后改變了巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，易形成軟弱帶，為滑坡的形成提供有利條件，對線路的安全運(yùn)營造成了嚴(yán)重影響[7]。

筆者全面調(diào)查了襄渝鐵路下行K322+020～K322+340段石廟溝車站的滑坡災(zāi)害情況和地質(zhì)情況，深入分析了病害特征、機(jī)理及影響因素，研究有效安全、針對性強(qiáng)、兼顧經(jīng)濟(jì)性的工程防治措施，希望對既有鐵路滑坡的加固方案提供一定的借鑒意義。

2 工程概況

襄渝線下行K322+020～K322+340段，線路以半堤半塹形式通過，工點(diǎn)位于旗桿溝隧道出口(K322+020)的石廟溝車站。其中K322+180～K322+340段右側(cè)擋墻上部基巖裸露、風(fēng)化破碎、容易崩落至線路。K322+020～K322+260段線路右側(cè)為路塹塹坡，現(xiàn)自擋墻以上的邊坡發(fā)生滑動(dòng)變形，經(jīng)詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該線路段滑坡是一種雙層滑面的滑坡，坡長近500 m，寬約200 m，滑帶一部分位于巖土界面，另一部分是在土體內(nèi)部水土界面?；潞缶壩挥趬q頂以下20 cm～30 cm。淺層滑面深度6.7 m～9 m，深層滑面深度11 m～15.8 m，滑體總體積約6.5×104m3，屬于中型滑坡?；卢F(xiàn)處于蠕變階段，造成了現(xiàn)有支護(hù)結(jié)構(gòu)和排水設(shè)施的變形和破壞，如圖1所示。

本區(qū)域構(gòu)造單元隸屬南秦嶺加里東褶皺帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，坡體穩(wěn)定性差。石廟溝車站處于構(gòu)造活動(dòng)夾心帶，工點(diǎn)范圍內(nèi)東側(cè)有旗桿溝斷層，北側(cè)有吉河-王家壩平移斷層，西側(cè)有劉家溝斷層環(huán)繞，中部偏上被趙家塘斷層切割，整個(gè)區(qū)域受斷層活動(dòng)的影響，工點(diǎn)范圍內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力集中，巖層間的擠壓、揉搓活動(dòng)異?；钴S，巖層極為風(fēng)化破碎，山體處于極限平衡狀態(tài)，滑坡災(zāi)害遍布，目前整體滑坡治理后穩(wěn)定，局部出現(xiàn)滑坡災(zāi)害，該區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征如圖2所示。

根據(jù)國家地震局GB 18306—2015中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(1/400萬)，工點(diǎn)所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.10g(地震基本烈度為7度)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4。

本區(qū)地表水主要為大氣降水及漢江江水，本段地表水呈樹枝狀分布。地下水賦存于破碎巖體中，受大氣降水及地下徑流補(bǔ)給，流向擋墻外表面。

3 病害特征

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，石廟溝車站雙層滑面滑坡病害主要有以下幾個(gè)方面：滑坡前緣既有擋墻鼓脹開裂；墻體滲水；水溝變形；滑坡后緣張拉裂縫；滑坡中部漿砌片石護(hù)坡破損開裂。

1)滑坡前緣既有擋墻鼓脹開裂。襄渝線下行K322+020～K322+260段右側(cè)緊臨擋墻發(fā)生局部鼓脹、開裂現(xiàn)象，擋墻頂坡體發(fā)生波浪形破壞，墻面呈波浪型。線路右側(cè)擋墻開裂，局部墻外傾，擠壓水溝。

2)滑坡中部漿砌片石護(hù)坡破損開裂。20世紀(jì)70年代在線路上、下側(cè)各設(shè)一排抗滑樁。上排樁板墻中部分樁體與樁后土體脫離，且上排樁前部漿砌片石護(hù)坡對應(yīng)部位破壞，墻體對應(yīng)部位開裂、鼓脹破損。

3)滑坡后緣張拉裂縫。坡體中部個(gè)別樁板墻樁體靠山側(cè)與后部巖土體脫離，形成樁后脫空現(xiàn)象，整個(gè)變形范圍呈“圈椅”狀。

4)墻體滲水。墻體3.5 m高處有一段鼓脹外傾，有出水點(diǎn)。

5)水溝變形。臺后31 m長度范圍路基發(fā)生不均勻沉降，最大沉降量達(dá)10 cm。

4 病害成因機(jī)理分析

滑坡的災(zāi)害成因眾多，常有“無水不成害”的特點(diǎn)，許多專家研究了山區(qū)滑坡的形成機(jī)理，在認(rèn)識滑坡和治理滑坡方面做出了極大的成就[8-11]。

基于眾多專家的研究成果，根據(jù)現(xiàn)場對線路的勘察做出該地區(qū)滑坡的治理分析。該地區(qū)由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，形成了趙家塘滑坡群。該工點(diǎn)是屬于趙家塘滑坡中的局部滑坡，且存在多層滑面，線路左側(cè)3排抗滑樁治理軌面以下的滑體，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)；右側(cè)上排樁板墻僅治理了淺層滑坡，襄渝上行修隧道時(shí)發(fā)現(xiàn)該樁體變形。

1)水力作用。

降雨、地下水變動(dòng)等水力作用會觸發(fā)大量硬土軟巖質(zhì)深層滑坡災(zāi)害，水力作用是誘發(fā)災(zāi)難性滑坡啟動(dòng)的重要因素[12-15]。強(qiáng)降雨條件下，雨水進(jìn)入基巖裂隙，軟化巖層，影響坡體自身的穩(wěn)定；外力破壞了坡體的受力平衡，加速了坡體的變形[16]。

2)構(gòu)造活動(dòng)。

該工點(diǎn)處于構(gòu)造活動(dòng)帶，周圍眾多斷層，東側(cè)旗桿溝斷層，北側(cè)吉河壩斷層，西側(cè)劉家溝斷層環(huán)繞，中部偏上被趙家塘斷層切割，使得該工點(diǎn)范圍內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力集中，巖體破碎，且風(fēng)化破碎巖層較厚，約8 m～10 m，夾有碎、塊石，強(qiáng)度低，透水性好，在地表水滲入坡體后，土層中易形成軟弱帶，為滑坡的形成提供了有利條件。

3)地形因素。

工點(diǎn)內(nèi)的滑坡周圍前后上下均有支擋結(jié)構(gòu)，上部為16根半坡錨固樁，下部僅僅是重力式擋土墻(較弱)，且擋墻與錨固樁之間存在寬34.1 m、高21 m的臨空面，僅僅用漿砌片石防護(hù)。臨空面為滑坡的形成創(chuàng)造了條件，同時(shí)線路經(jīng)長期運(yùn)營，不僅引起地層的深層蠕動(dòng)變形，也造成原有的漿砌片石脫落。

5 防治方案優(yōu)選

5.1 病害治理方案與建議

針對襄渝線下行K322+180～K322+340段線路右側(cè)裸露坡體存在崩塌落石的危險(xiǎn)、下行K322+020～K322+260段線路右側(cè)擋墻及以上坡體為滑坡病害，提出了加固邊坡的治理方案，并基于地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行了治理方案的優(yōu)選。

方案一：墻頂平臺抗滑樁+修復(fù)破損+打設(shè)深層排水孔方案，如圖3所示。

具體方案建議如下：

1)對既有的抗滑樁進(jìn)行檢測及位移觀測。

2)右側(cè)墻頂上設(shè)19根抗滑樁，初步確定樁體尺寸為2.5 m×3.5 m，樁長按24 m考慮。樁前至擋墻范圍外表面間在巖土分界面處打設(shè)深層排水孔；樁前布設(shè)3處深層位移監(jiān)測點(diǎn)。

3)對破損坡面進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)面積105 m(寬)×18 m(高)，并打設(shè)深層排水孔。

4)對線路右側(cè)路塹擋墻及側(cè)溝的破損部位進(jìn)行修復(fù)，在擋墻墻面上打設(shè)深層排水孔，對右側(cè)樁板墻脫離部位進(jìn)行注漿密實(shí)。

方案二：右側(cè)樁板墻位置設(shè)抗滑樁+坡面錨索框架加固+深層排水孔方案，如圖4所示。

具體方案建議如下：

1)對既有的抗滑樁進(jìn)行檢測及位移觀測。

2)在距鐵路線位中心45.9 m處邊坡平臺上設(shè)19根抗滑樁，初步確定樁體尺寸為2.5 m×3.5 m，樁長按26 m考慮；樁前布設(shè)3處深層位移監(jiān)測點(diǎn)。

3)對破損坡面進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)面積105 m(寬)×18 m(高)。

4)修復(fù)坡面后對整個(gè)坡面采用錨索框架梁支護(hù)，框架梁內(nèi)打設(shè)10.0 m長深層排水孔(φ10 cm PVC管)。

5)線路右側(cè)路塹擋墻及側(cè)溝的破損部位進(jìn)行修復(fù)，對右側(cè)樁板墻脫離部位進(jìn)行注漿密實(shí)。

5.2 方案優(yōu)選

針對石廟溝車站雙層滑坡的治理方案，通過對比兩種方案的治理效果、經(jīng)濟(jì)投資、施工難度等三個(gè)指標(biāo)，方案一具有分段有效治理滑坡、投資小的優(yōu)點(diǎn)；方案二具有最大可能的發(fā)揮既有樁的殘余強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，但樁身較長，投資較大，施工難度大。因此，推薦方案一作為襄渝鐵路石廟溝車站雙層滑面滑坡治理工程的最優(yōu)方案。對以上兩個(gè)方案進(jìn)行治理效果、施工難度、經(jīng)濟(jì)投資三方面比選，具體優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 治理方案比選

6 結(jié)語

以現(xiàn)場勘查和鉆孔資料為基礎(chǔ)，深入分析了襄渝鐵路段石廟溝車站雙層滑面滑坡的地質(zhì)特征、病害特點(diǎn)以及形成機(jī)理，對該滑坡的兩種治理方案進(jìn)行比選，得出結(jié)論如下：總結(jié)了石廟溝站雙層滑坡的災(zāi)害特征，并對其災(zāi)害的形成機(jī)理進(jìn)行了分析。石廟溝車站的雙層滑坡位于漢江左岸，屬于趙家塘滑坡群，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜(交叉分布多條地質(zhì)斷裂)、既有支擋結(jié)構(gòu)造成的臨空面等因素形成滑坡的有利條件。通過治理工程方案優(yōu)選，用治理效果、經(jīng)濟(jì)投資及對施工難度的影響三個(gè)指標(biāo)對提出的兩個(gè)方案進(jìn)行對比。最終采用方案一：墻頂平臺抗滑樁+修復(fù)破損+打設(shè)深層排水孔對滑坡災(zāi)害進(jìn)行治理。