曹劍波，張劍彪

（中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

達(dá)萬鐵路K78滑坡分析及治理

曹劍波，張劍彪

（中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400023）

滑坡是工程中一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)營安全。通過分析達(dá)萬鐵路K78滑坡特征、變形原因，進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算，然后對(duì)滑坡提出了治理措施，鐵路運(yùn)營過程中未出現(xiàn)變形破壞。

基坑；有限元；樁錨支護(hù)；變形

達(dá)萬鐵路K78+230-300位于梁平縣文化鎮(zhèn)，鐵路在該段以路塹通過，左側(cè)為順層邊坡，前緣已采用擋墻支護(hù)。2009年對(duì)坡面進(jìn)行掛網(wǎng)噴漿封閉，這些年該邊坡一直有變形跡象，砼護(hù)坡多次發(fā)生修補(bǔ)后變形開裂。2012年雨季變形進(jìn)一步加劇，擋墻后側(cè)砼護(hù)坡產(chǎn)生了貫通性的裂縫，擋墻局部也發(fā)生外擠和開裂。文章對(duì)順層滑坡的產(chǎn)生、特征、穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的工程治理措施。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)為構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌，地面高程420～520m，相對(duì)高差約100m，自然橫坡10～30°。滑坡處于斜坡的中上部，前緣由于修鐵路時(shí)人工開挖為陡坎，中后緣斜坡相對(duì)較緩，坡度約為35°，坡面局部存在小的陡壁和小平臺(tái)。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)地層巖性總體較為簡單，上覆土層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層下伏基巖為侏羅系沙溪廟組（J2s）的泥巖、砂巖為主，現(xiàn)將滑坡區(qū)的地層由新至老簡述如下：

（2）侏羅系沙溪廟組（J2s）。①泥巖：紫紅色夾灰綠色條帶及團(tuán)塊，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。主要由粘土礦物組成，局部含粉砂質(zhì)條帶。強(qiáng)風(fēng)化帶風(fēng)化較為強(qiáng)烈，表層局部呈土狀；巖芯破碎多呈碎塊狀、碎屑狀，少量呈短柱狀，質(zhì)軟；該層厚2.1～4.6m，中風(fēng)化巖體完整，石質(zhì)新鮮，相對(duì)強(qiáng)度較高，巖芯呈完整短柱狀、長柱狀，巖體產(chǎn)狀315°∠43°，該層在場地均有分布；②砂巖：灰白色、淺灰色，主要由石英、長石、云母等礦物組成。細(xì)～中粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，鈣泥質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)風(fēng)化層巖體呈碎塊狀，強(qiáng)度低，輕敲易碎，局部成砂狀；中風(fēng)化層巖質(zhì)新鮮，巖芯連續(xù)完整，呈柱狀、長柱狀，巖質(zhì)較硬。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

滑坡區(qū)位于任市向斜北西翼，為簡單的單斜構(gòu)造。巖層呈順坡向傾斜，巖層產(chǎn)狀305°∠43°，有多組節(jié)理發(fā)育，133°∠80°、248°∠84°、189°∠76°、220°∠76°。節(jié)理面順直且基本無沖填，裂寬1～3mm，延伸長度在0.5～32m。根據(jù)國家地震局《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》（1∶40萬），該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.25s。

1.4 水文地質(zhì)條件

地下水為松散土層孔隙水和基巖裂隙水。松散層孔隙水主要賦存于第四系殘坡積粉質(zhì)粘性土夾碎塊石中。第四系土層厚度較小且排泄條件較好，該層賦水性較差，地下水不發(fā)育?；鶐r裂隙水主要賦存于風(fēng)化裂隙和砂巖層內(nèi)，由于泥巖為相對(duì)隔水層且排泄條件較好，泥巖中地下水不發(fā)育；砂巖賦水性較好，但由于場地砂巖上覆泥巖，砂巖內(nèi)地下水受泥巖阻隔與地面連通性差，且前緣排泄條件較好，故砂巖中地下水也較貧乏，前緣的小河溝為地下水的最低排泄基準(zhǔn)面。

2 滑坡工程地質(zhì)特征

2.1 滑坡形態(tài)特征

滑坡地貌形態(tài)呈臺(tái)階狀起伏，滑坡后緣與兩側(cè)穩(wěn)定地段均有基巖出露，左側(cè)為緩溝，右側(cè)為山脊；滑體中后緣斜坡坡度均較陡，地面縱向坡度在35°左右，局部存在小的平臺(tái)與陡壁，前緣經(jīng)修鐵路時(shí)的人工開挖并修筑人工護(hù)墻，護(hù)墻坡度約85°。

滑體平面形態(tài)略呈半長圓型，中前緣較寬，后緣稍窄，后緣邊界呈圓弧形（見圖1）。后緣最高516.14m，前緣高477.75m，縱向最長約67m，橫向最寬約70m，面積5850m2；滑體厚度一般0～6.2m，平均厚度在4.0m左右，該滑坡的滑體體積為2.34×104m3?；瑒?dòng)變形方向263°。該滑坡為前緣牽引式巖質(zhì)滑坡（見圖1）。

圖1 達(dá)萬鐵路K78+230-300左側(cè)滑坡工點(diǎn)平面圖

2.2 滑體物質(zhì)組成

滑體物質(zhì)主要由粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化的泥巖和砂巖碎裂巖塊組成，粉質(zhì)粘土呈黃褐色、淺紫紅色夾少量砂泥巖風(fēng)化碎石。土體多呈硬塑狀，碎石分布不均，含量一般10%～25%，多呈棱角狀～次棱角狀，該層在場地中后緣有分布，最厚約1.4m。

強(qiáng)風(fēng)化巖和砂巖碎裂巖塊多呈碎塊狀，風(fēng)化裂隙和構(gòu)造節(jié)理極為發(fā)育。經(jīng)測繪場地內(nèi)有5組節(jié)理發(fā)育，133°∠80°、248°∠84°、189°∠76°、312°∠70°、220°∠76°，巖體多被切割成塊狀，部份泥巖強(qiáng)風(fēng)化呈土狀，風(fēng)化層厚度不一，一般在2.1～4.7m，據(jù)勘察揭露該層與下伏基巖中風(fēng)化層界面處局部有擦痕。

3 滑坡變形歷史及變形特征

3.1 滑坡變形歷史

滑坡前緣護(hù)墻在修建時(shí)期曾出現(xiàn)過變形，后施工單位在局部護(hù)墻地段增設(shè)了錨桿。2009年雨季該處護(hù)墻又有變形跡象，護(hù)墻后側(cè)邊坡出現(xiàn)開裂，工務(wù)段對(duì)后側(cè)巖體邊坡進(jìn)行了掛網(wǎng)噴漿護(hù)面。但掛網(wǎng)噴漿后不久，砼護(hù)坡面又出現(xiàn)了新的變形。這幾年來經(jīng)過多次修補(bǔ)，裂縫反復(fù)產(chǎn)生，護(hù)墻的變形也進(jìn)一步加大，墻面出現(xiàn)垂直和水平方向的多處裂縫，部份墻面擠壓外鼓。

3.2 滑坡變形特征

滑坡目前處于蠕動(dòng)變形階段。滑體中前緣變形嚴(yán)重，護(hù)墻有多條縱向和橫向的裂縫產(chǎn)生，縱向裂縫基本貫通于整體護(hù)墻，最長約5.4m；橫向裂縫平行于鐵路方向，最長延伸約7.2m。護(hù)墻被擠壓后多處外鼓導(dǎo)致目前護(hù)墻墻面極不規(guī)則，局部有剪出現(xiàn)象，最大剪出位移約5cm。同時(shí)由于護(hù)墻外鼓造成墻體砂巖塊石多處存在崩脫現(xiàn)象；根據(jù)竣工資料原護(hù)墻設(shè)計(jì)坡率為1：0.25，約76°，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測目前護(hù)墻極不規(guī)則，護(hù)墻面傾角從83.3°～85.6°不等。護(hù)墻實(shí)測數(shù)據(jù)及變形（見圖2）。

圖2 邊坡既有護(hù)墻立面圖

護(hù)墻后側(cè)變形特別明顯，護(hù)坡中前緣形成延伸長約80m的橫向貫通裂縫，發(fā)育于邊坡基巖陡壁與護(hù)墻后較緩斜坡交界處。該裂縫經(jīng)施工單位多次處理，目前又全部外擠剪出，砼護(hù)坡最大外擠在20cm以上，掛網(wǎng)噴漿砼護(hù)坡面局部從護(hù)墻頂部剪出。同時(shí)護(hù)坡形成多條縱向的裂縫，護(hù)墻頂部附近的砼護(hù)坡基本脫離下部巖體。

滑坡后緣后側(cè)緩坡地表為殘坡積層覆蓋，覆蓋層表面全為樹葉、雜草，加之邊坡處于蠕動(dòng)變形階段。故目前后緣可見變形不明顯，僅斜坡表面局部可見土體呈臺(tái)階狀；中后緣邊坡頂部溝底與溝壁均產(chǎn)生了開裂現(xiàn)象，裂縫長在3～5m，寬2～5mm，略向外傾，局部內(nèi)側(cè)溝壁有外擠變形；水溝后側(cè)邊坡表層土體與底部巖體脫開，明顯有外擠剪出跡象。

4 滑體穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡原因分析

邊坡表層巖體破碎且有不利結(jié)構(gòu)面存在，表層破碎巖體透水性好，底部的完整巖體為相對(duì)阻水層。地表水下滲后直接沿底部完整基巖面向下徑流。在地下水的逕流過程中，破碎巖體與完整巖體間緩慢形成了軟弱面。當(dāng)?shù)赜炅恐饕性?到9月份，雨水入滲使巖土軟化，強(qiáng)度指標(biāo)急劇降低，另外產(chǎn)生動(dòng)水壓力和浮托力使滑體正應(yīng)力下降；同時(shí)地表水入滲土體增大了滑坡體重量，降低了滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，增大了下滑力。

該處原始地貌為緩斜坡，修建達(dá)萬鐵路時(shí)大開挖形成最高約27m的路塹邊坡，在施工爆破震動(dòng)力作用下造成巖體部份閉合的節(jié)理張開，節(jié)理間的粘接力降低。同時(shí)邊坡巖體開挖后在前緣形成80°左右的巖石邊坡，巖體邊坡由強(qiáng)—中風(fēng)化的泥巖組成，邊坡巖體自身的穩(wěn)定性不足，而外側(cè)僅修建了護(hù)墻，不能對(duì)邊坡起到支撐作用，造成了邊坡前緣形成了高的臨空面，為邊坡提供了變形的空間。

4.2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

計(jì)算方法：根據(jù)滑坡體性質(zhì)，破壞機(jī)理，采用極限剛體平衡理論的折線滑動(dòng)法，即傳遞系數(shù)法來計(jì)算滑坡穩(wěn)定性，計(jì)算公式如下：

式中：Fs為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)；ψj為傳遞系數(shù)；Ri為第i計(jì)算條塊的滑體抗滑力（kN/m）；Ti為作用于第i條塊滑體下滑力（kN/m）；Ni為第i條塊滑動(dòng)面的法向上的反力（kN/m）；ci為第i條塊的粘聚力（kPa）；φi為第i條塊滑帶土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（°）；Li為第i條塊滑動(dòng)面的長度（m）；ai為第i計(jì)算條塊地下水流線平均傾角；為第i計(jì)算條塊單位寬度有效壓力（kN）；為第i計(jì)算條塊單位寬度總壓力（kN）；θi為第i條塊底面傾角（°）；反傾時(shí)取負(fù)值，PWi為第i計(jì)算條塊單位寬度的滲透壓力；作用方向傾角為ai（kN/m）。

圖3 滑坡驗(yàn)算主軸斷面圖

將滑體分為4個(gè)滑塊，采用勘察得出滑動(dòng)面進(jìn)行穩(wěn)定性分析及下滑力計(jì)算，滑坡主軸斷面（見圖3）。分天然狀態(tài)和長期降雨或暴雨兩種工況進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及參數(shù)反演，天然狀態(tài)下取C=31.0KPa，φ=22°，重度24.4kN/m3：長期降雨或暴雨?duì)顟B(tài)下取C=30.0KPa，φ=18°，重度24.7kN/m3。計(jì)算結(jié)果如表1所示，從表中可以看出，天然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.17，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；長期降雨或暴雨?duì)顟B(tài)Fs=1.02，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

5 滑坡整治措施

在達(dá)萬線K78+235～+300段新建C30鋼筋砼樁11根對(duì)該段坡面進(jìn)行加固。樁間距中-中6.0m,樁身截面為1.5m×2.0m、1.5m×2.25m及1.75m×2.5m，樁長為15.3～21.9m。新建墻帶溝36m；新建天溝為135m。

6 結(jié)論

通過對(duì)達(dá)萬鐵路K78滑坡進(jìn)行特征和穩(wěn)定性分析，可以得到如下結(jié)論：①達(dá)萬鐵路K78滑坡為前緣牽引式巖質(zhì)滑坡，地下水是主要誘因；②天然狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.17，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；長期降雨或暴雨?duì)顟B(tài)Fs=1.02，滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；③既有鐵路滑坡病害治特征及穩(wěn)定性分析是治理的依據(jù)，文章中的工程實(shí)例能為工程設(shè)計(jì)及施工提供類似參考。

[1]王恭先.滑坡與滑坡防止技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

[2]鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院,鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[3]喬建平,降雨滑坡預(yù)警的概率分析方法[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2009

[4]唐紅梅.重慶地區(qū)降雨型滑坡相關(guān)性分析及預(yù)報(bào)模型[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2013.

TU94+3.2

A

2096-2789（2016）12-0023-03

曹劍波（1984-），男，湖南郴州人，研究方向：巖土工程勘察設(shè)計(jì)。