某客运专线工点膨胀土滑坡工程治理

2015-03-12易菊香黄新文

铁道勘察 2015年1期

关键词：坡体滑动岩土

易菊香　黄新文

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

The Treatment of Swelling Soil Landslide Project in one PDL

YI Ju-xiang　HUANG Xin-wen

某客运专线工点膨胀土滑坡工程治理

易菊香黄新文

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

The Treatment of Swelling Soil Landslide Project in one PDL

YI Ju-xiangHUANG Xin-wen

摘要结合某客运专线工点滑坡的性质及特征，分析该滑坡变形原因，根据勘察成果选择合理的设计参数，经过计算分析，提出合理的治理方案。

关键词滑坡变形治理

1工程概述

1.1　滑坡概况

滑坡位于延边朝鲜族自治州延吉市北侧，本段线路为深挖路堑，路堑边坡高约16 m。滑坡位于线路左侧(北坡)，沿线路长约379 m，垂直线路长约98 m，呈簸箕状，上窄下宽，左侧以滑坡局部坍滑侧界为界，右侧以锚杆框架梁处为界。滑坡后缘位于山坡裂缝张裂地段，前缘位于线路左侧边坡坡脚附近。

1.2　地层岩性

地层岩性是产生滑坡的物质基础，滑坡区出露地层自上而下依次为第四系全新统坡积层与洪积层(Q4dl+pl)，白垩系上统龙井组(K2l)泥岩、砂岩。其中黄褐色为主的坡洪积层厚度较厚，分布于整个斜坡；基岩为泥岩、砂岩互层，地层倾角较缓，近水平，钻孔揭露范围内砂岩、泥岩强风化层在二级平台上的埋深为11.0～14.8 m。

1.3　气象特征

按照对铁路工程影响的气候分区，该区为严寒地区。最冷月平均气温-16.5 ℃，极端最低气温-29.2 ℃，年平均降水量528 mm，主要集中于6～8月，土壤最大冻结深度168 cm。

1.4　水文特征

地表水主要为山间泉流，多分布于沟间，受大气降水补给，水位及水量随季节变化大；地下水主要为孔隙潜水、基岩裂隙水两类。地下水埋深5.5～10 m，初见水位0.4～14.3 m，稳定水位0.1～13.4 m。

1.5　特殊岩土

该滑坡工点范围内粉质黏土、角砾土，以及碎石土中充填的黏性土、泥岩为膨胀岩(土)，自由膨胀率30%～93%，蒙脱石含量27.86%～42.90%，阳离子交换量365.25～550.01 mmol/kg，具中—强膨胀性。土体饱水后，物理力学指标迅速降低。

滑坡体上均存在较大的汇水面积，沿线路方向宽500～600 m，坡度5°左右，大气降水渗入坡体，增加土体自重，软化滑带。

滑坡沿山梁发育，而山梁处对应的基岩顶面埋深较大，沿线路方向则表现为滑坡两侧基岩埋深浅，中间部分基岩埋深较大，呈沟槽状。

2滑坡特征

2.1　滑坡的变形特征

该滑坡为破碎基岩以上发育形成的中—强膨胀土堆积层滑坡，由于堆积层成因较为复杂，为坡积物、洪积物堆积，堆积层多处于松散、密实度不均的状态。由于路堑开挖后形成临空面，在降雨及地表水沿裂缝渗入形成地下水的作用下，易软化坡体内土体。

野外调查发现，滑坡已发育生成两条折线形裂缝和一处局部坍滑区。滑坡后缘形成一条折线形裂缝，走向EW～NW70°，张开裂缝宽5～10 cm，长40 m左右，呈弧形，尚未完全贯通；滑坡中部发育一条下错折线形裂缝，裂缝走向NE20°～EW左右，宽10～20 cm，长120 m左右，下错10～30 m，与线路近水平，基本上完全贯通；滑坡小里程方向出现一处坍滑区，为滑坡周界左侧，宽约60 m，长约70 m，后壁下错约为0.2～0.5 m。滑坡大里程方向锚杆框架处坡面出现裂缝，为滑坡周界右侧；滑坡前缘局部桩板墙出现倾倒变形，桩与后壁张开裂缝约为5～25 cm。

此外，滑坡中部三级坡面见多条平行拉张裂缝，走向近EW左右为主，长达80 m，宽5～50 cm，基本贯通。

2.2　滑坡的性质及结构特征

根据滑坡的地形地貌、坡体结构、变形特征综合分析，该滑坡为中—强膨胀土堆积层滑坡。根据钻孔揭露的情况，滑坡体物质主要为第四系全新统坡积层、洪积层(Q4dl+pl)的含角砾黏性土，砂土及碎块石土，滑床黏性土含水量高。滑坡前缘及出口附近滑动带位置主要受开挖深度控制，在钻孔中滑动带、滑床主要为较均匀的黏性土，其性质无明显区别，滑动带附近见扰动及不连续擦痕。

根据滑坡左右周界、滑坡后缘、变形迹象、临空方向和地貌形态等综合确定滑动方向为S。该滑坡东西横向长达379 m，上窄下宽，南北长98 m，呈簸箕状，滑体厚度7.05～12.9 m，滑坡体积约为34.3×104m3，属中型滑坡。

该滑坡滑带埋深7.05～12.9 m，主滑段倾角9°，后缘倾角60°，属堆积层滑坡，滑面主要依附于坡体中的相对软弱带，在钻探岩芯中表现为黏性土、含角砾黏性土，含水量高，局部软塑，力学性质极其软弱，黏粒含量较高，已形成灰绿色及灰黄色带，该套地层为易滑软弱地层。

3滑坡的变形原因及影响因素

3.1　滑坡形成的原因分析

滑坡为中—强膨胀土堆积层滑坡，变形特征明显，后缘及中后部侧缘形成错壁(错坎)，中后部及前部形成多条拉张及下错裂缝。路堑开挖形成的高陡边坡在经历长期的卸荷、大气降雨及风化作用之后，边坡岩土强度逐渐降低，最终沿软弱结构面发生滑动变形。综上所述，可将该滑坡滑动变形的主要因素归为以下几点。

(1)特殊的岩土性质是滑坡发育的物质基础

滑体主要为第四系全新统坡积层、洪积层(Q4dl+pl)的含角砾黏性土，砂土及碎块石土，黏性土黏粒含量较高，力学性质软弱，含水量高，局部软塑，伊利石、蒙脱石等矿物局部富集，形成灰绿色及灰黄色黏土层，具中-强膨胀性。软弱地层是滑坡产生的物质基础，土体饱水后，物理力学指标迅速降低。滑坡体上均存在较大的汇水面积，沿线路方向宽500～600 m，坡度5°左右，大气降水渗入坡体，增加土体自重，软化滑带。滑坡沿山梁发育，而山梁处对应的基岩顶面埋深较大，沿线路方向则表现为滑坡两侧基岩埋深浅，中间部分基岩埋深较大，呈沟槽状。

(2)特殊的自然环境是产生滑坡的不利因素

勘察区汇水面积大，雨季降雨量大，堆积层物质多处于松散、密实度不均的状态。受地表径流和降雨入渗影响，大量雨水下渗进入松散岩土体，滑坡体内部地下水丰富，黏土层软化后，强度更低。地下水的作用一方面降低土体强度，致使抗滑力减小；另一方面受动水压力、静水压力作用，增加下滑力，也是滑坡产生的不利自然环境因素。

此外，勘察区地下水丰富，钻探揭示的地下水稳定水位普遍较浅，充沛的大气降雨和丰富的地下水为地质灾害的发生提供了极为有利的自然条件，是滑坡产生滑动变形的主要因素之一。

(3)人类工程活动是滑坡产生的主要诱发因素

线路自斜坡中下部以深挖路堑的形式通过，挖方边坡高达16 m。开挖边坡形成临空面，引起斜坡地层失去平衡，在重力及水的作用下，使得稳定性逐步降低，最终发生滑动变形。

3.2　膨胀岩(土)边坡开挖变形的影响

内因：膨胀岩土含有大量的亲水矿物，具有湿胀干缩的特性，遇水软化，导致岩土体自身的抗剪强度随含水量的变化而衰减；膨胀岩土具超固结性，边坡开挖后应力释放，形成卸荷裂隙。

外因：人工切坡，破坏原有的自然平衡系统；降雨改变了土体的含水状态。

3.3　膨胀岩(土)边坡开挖破坏的特点

(1)初级胀裂破坏阶段

路堑开挖后，边坡岩土体暴露于大气中，雨季降水较多，蒸发量大，频繁干湿循环导致堑顶产生大量的细小张缩裂缝，雨水入渗导致土体抗剪强度衰减，在开挖卸荷应力、自重应力和膨胀力的作用下，堑顶附近的土体向临空面发生蠕滑，堑顶上方自然坡面出现大量的张拉裂隙。

(2)剪切面扩张阶段

强膨胀土具有初始变形快的特点，如不及时进行防护，坡体的一部分出现小规模溜坍，紧接着，变形裂隙向坡体纵深发展，到一定程度，又发生局部小规模滑塌。依此类推，坡体上各种力学性质的变形裂隙向纵深扩展、逐渐闭合，形成圈椅状滑坡后壁，局部产生微小错台。此时滑动面尚未贯通，坡体前缘尚未受压。

(3)滑体位移阶段

降雨持续作用下，大气降水沿着圈椅状裂隙入渗到坡体中，使得孔隙水压持续升高，土体抗剪强度进一步衰减，膨胀潜势得以充分发挥作用，滑坡前缘受压隆起或剪切破坏，滑动面贯通，滑体形成并产生侧向位移，最终导致滑坡的发生。

4设计参数选择及治理方案

4.1　滑带土参数选择

降雨与膨胀土边坡稳定的关系复杂，受诸多因素影响，如降雨强度、降雨历时、膨胀土裂隙深度、膨胀土渗透系数、边坡的地形地貌和边坡的初始条件等。

根据对该滑坡地形地貌、地层岩性、地质构造、变形情况、勘探等情况判断，根据《岩土工程勘察规范》，采用基于极限平衡理论的推力传递系数法对滑坡进行稳定性分析及计算。

稳定性计算公式为

Ni=QicosθiTi=Qisinθi

Ri=NitanΦi+ciLi

式中Fs——稳定系数；

Qi——第i块滑体所受的重力/(kN/m)；

Ri——作用于第i块的抗滑力/(kN/m)；

Ni——第i块滑体的法向分力/(kN/m)；

Φi——第i块滑带土的内摩擦角/(°)；

θi——第i块滑动面倾角/(°)；

ci——第i块滑带土的粘聚力/kPa；

Li——第i块滑动面长度/m。

计算结果如表1所示。

对于滑坡前级，自然工况处于欠稳定状态，在暴雨工况下处于不稳定状态，稳定系数自然工况为1.02～1.10，暴雨工况下为0.94～1.03；滑坡后级自然工况处于基本稳定状态，在暴雨工况下处于欠稳定状态，稳定系数自然工况前级为1.08～1.15，暴雨工况下为1.01～1.05，此稳定性计算结果与滑坡变形现状较为吻合。

表1　稳定性计算结果

根据《岩土工程勘察规范》，采用基于极限平衡理论的折线形滑动面推力传递系数法对滑坡进行稳定性分析及计算，对滑坡的7个剖面的滑带土参数进行反算，并采用工程地质比拟法，综合确定剖面滑带土参数。

4.2　滑坡推力计算

推力计算采用滑坡连通后级的断面进行计算，并考虑自然及暴雨两种工况，对应安全系数分别取1.25、1.20，设计采用各工况下推力大值，以Ⅱ-Ⅱ工程断面为例计算，参数及推力计算结果见表2。

4.3　治理方案

不稳定的滑坡对工程和建筑物危害性较大。总体考虑采用排水工程与支挡工程相结合的思路对该滑坡进行治理：采取在二级平台增设一排抗滑桩，加密边坡支撑渗沟(见图5)。

二级边坡平台设抗滑桩，A1号～A26号为A型桩，共26根，桩截面2.0 m×2.5 m，桩间距6 m(中-中)，桩长15～21 m，悬臂段长6.8～8.6 m；B1号～B17号为B型桩，共17根，桩截面2.2 m×3.0 m，桩间距6 m(中-中)，桩长21 m，悬臂段长8.5～9.0 m；C1号～C19号为C型桩，共19根，桩截面2.2 m×3.2 m，桩间距6 m(中-中)，桩长22～24 m，悬臂段长9.5～10 m；桩身采用C35钢筋混凝土现场浇注；桩井口设置C25钢筋混凝土锁口，高1.20 m，高出地面0.2 m，厚0.3 m；桩井1～9 m设置0.3 m厚C25钢筋混凝土护壁；桩井9 m～桩底设置0.4 m厚C25钢筋混凝土护壁。相邻桩顶高程相差大于1 m的桩背设端墙，墙高2.0 m，宽1.0 m，墙身采用C35混凝土砌筑。