南阳蒲山电厂铁路专用线滑坡处理浅析

2015-06-12任泽垠王守玉国务院南水北调办公室稽察大队南阳市水利建筑勘测设计院河南灵捷水利勘测设计研究有限公司

河南水利与南水北调 2015年16期

□何康 □任泽垠 □王守玉 (国务院南水北调办公室稽察大队；南阳市水利建筑勘测设计院；河南灵捷水利勘测设计研究有限公司)

0 引言

蒲山电厂位于南阳市蒲山镇，距南阳市区约11km。该电厂1997年开工建设，装机容量为两台125MW机组。蒲山电厂是河南省首家中美合作建设的公用电厂项目，也是河南省“九五”能源建设重点项目之一。

铁路专用线滑坡处距厂区1.80km。桩号DK3+148～228m右侧路堑边坡坍塌发生在工程竣工以后，于1997年6月上旬堑坡局部出现开裂、下沉。经多次大暴雨后，其范围剧增，性质突变，7月下旬塌滑最为严重，达到了极限。滑距0.50～1.10m，堑顶地面开裂，下沉宽度范围达8.00m，坡面裂缝横生，浆砌平台，拱带断裂、下沉。坡脚挡墙及侧沟均向铁路线路推移约0.80m，局部路基地面隆起约0.50m，影响轨道的安全。2010年7月，由于连续强降雨，致使该段铁路线西侧边坡再次出现较大的深层滑坡。该滑坡较为严重，形成多条裂缝，最大裂缝宽度达1m以上，并形成多级台阶；滑坡体较大，滑裂面较深，从现场可以看到，滑裂面已深入到铁路线路基以下；滑坡体长度>100m、宽度25m，滑坡土体积10000m3，滑坡体时刻危及铁路安全。

1 基本情况

1.1 地形地貌

该区为缓丘岗坡，地面标高165.60～167.80m，地形坡度0.35%～4.69%，由西北向东南缓倾，线路右侧（W）汇水面积大，其地表径流倾向路堑，此段路堑高度8.00m，坡度1：1.75，堑顶地面较低凹，易积水，浆砌片石拱带护坡，其土坡面冲蚀严重。该路段属于深挖方路段，1997年6-7月发生了一次滑坡，做了换土、护砌、排水处理。

1.2 地质条件

该地段为第四纪中更新统洪湖积粘土及砂粘土，属超固结地层，中低压缩性，具中等Ⅱ级胀缩特性，节理裂隙发育，立壁性极差。该地层开挖后将产生不可逆的卸荷膨胀变形，但膨胀土体本身具有可逆的湿胀、干缩效应，经多次胀、缩循环后，其膨胀量仍然保持一相对稳定值。故人工边坡防水、保湿措施至关重要，设计与施工必须严格遵守膨胀土规范、规定要求，确保工程质量。

根据勘察资料，该膨胀土坍塌体厚度3～5m，属水害导致的路堑边坡浅层塌滑。其自由膨胀率Fs为44%～83%，其平均值为56.40%；膨胀力Pp为5kPa～63kPa，平均值为22.50kPa，收缩系数为0.23～0.45，平均值为0.37；内摩擦角φ=13°～14°，粘聚力C=79kPa～140kPa，其抗剪强度残余值为11.50°，Cr′=11kPa。

1.3 水文地质条件

蒲山电厂和铁路专用线所在区域属亚热带内陆性季风气候，四季分明，年均气温14.9℃，最低气温在2月份，为-10℃以上，最高气温在8月份，高达38℃～43℃，年平均降水量805.70mm，个别年份达1000mm，正常降水量为805～810mm，其湿度系数为0.83，属降水多水带。冬春季节少雨，夏秋季节多雨，有70%的降水量集中于夏秋之间，风向为东北风，地表径流较强，大气影响深度为3.50m，大气影响急剧层深度为1.58m。

区域地下水埋藏无一定规律，属粘土裂隙，孔隙水，均由大气降水渗入补给，一般水位埋深2～8m，变化幅度2～2.50m，水量随季节变化而变化，受大气降水补给影响，由西向东径流。

2 滑坡机理分析

该段地层岩性主要为第四系中更新统冲洪积粘土混钙质结核，颜色姜黄、棕黄、黄棕色，土中含有铁锰质结核和钙质结核，含钙质结核为5%～10%。土体发育有网状微裂缝，裂面具蜡状光泽，裂隙中充填有少量灰绿色薄膜。根据提供的地质勘察资料，铁路两侧边坡土质均具有一定胀缩性。通过10组胀缩试验指标统计，其自由膨胀率平均值为δet=53.70%，无荷膨胀率平均值为δe=2.40%，膨胀力Ρe=33.49kPa，伸缩率δv=15.13%，缩限18.10%，收缩系数λs=0.37，胀缩等级Ⅱ级。

铁路开挖后，两侧边坡临空，直接承受大气风化作用。受降雨、蒸发、温度、地下水位升降等外力作用，影响边坡土体结构和湿度，引起土体发生胀缩变形。根据探坑资料显示，两侧边坡自开挖坡面向内侧可划分为强风化层、弱风化层和微风化层三种形态。其影响规律是由表及里，由强到弱。膨胀土的多裂隙性使水容易渗入边坡土体，引起膨胀、崩解，同时也加大了土体表面蒸发面积，促使水分蒸发，产生收缩开裂，温度加速土中水分的转移。降雨入渗使水的稠度变化，直接影响土体的抗剪强度。土体经过反复干缩湿胀变化，其抗剪强度随时间剧烈衰减，边坡土体也随之连续变形而破坏，促使滑动体沿滑动面产生滑动。

3 滑坡处理设计

3.1 处理范围

蒲山电厂铁路线在滦岗村东边进厂一带为切岗深挖方段，岸坡高度在8～10m之间，两边边坡较高，堆土高度大，该区段土质为膨胀性土。铁路经过十几年的运行，挖方段均有不同程度的滑坡现象。经挖探槽观察，滑动面上下层土质有明显区别。上层为冲洪积粘土，颜色为褐黄色，硬塑状态，中密，稍湿。含铁锰结核，网状裂隙发育，闭合、短小；下层为冲洪积粘土混钙质结核，为姜黄、棕黄、黄棕色，含铁锰结核，含钙质结核为5%～10%，直径0.20～3.00cm。硬塑状态，稍湿，密实。土体裂隙发育，沿裂面充填灰绿色薄膜，裂面光滑，具蜡质光泽。滑动面深浅不一，属于深层滑动，滑坡体已使铁路路基受到影响，排水沟受挤压严重变形，路基发生轻微偏移，滑坡深度在2.50m。

本次滑坡体范围为桩号0+000～0+102，治理范围为桩号0－040～0+122，总长 162m。

3.2 方案比选

一般常用的滑坡处理措施有：削坡减载、综合排水、工程支挡、草皮护坡。

本次拟定3种治理方案进行比较，即换土、加筋土、抗滑桩拱护坡，方案比较见表1。

表1 滑坡治理方案比较表

以上各种型式均采用明沟截流排水和浆砌石护坡，下面比较时不再叙述。①方案一换土。将边坡上的滑体完全清除，清至滑动面以下，换以无膨胀粘土，控制土中最优含水量，分层（层厚15～20cm）夯实回填至设计标准断面。换土时根据挖方高度，对填方以上的岸坡适量削方减载，坡顶以上削坡坡比1:2.00。回填土干密度≥16kN/m。该方案施工简单，但挖填方量大，且填土施工质量不易保证，滑坡治理不彻底，对于深层大滑坡不太适应。②方案二加筋土。利用土工材料～土工格栅与土的高摩擦力、高咬合力，达到稳定土坡的目的。在岸坡土体内埋置6层筋材，层距70cm，筋材长度360～520cm，坡顶以上岸坡不再回填。该方案挖方量、填方量都很大，占用土地较多，优点是施工简单，但对于深层大滑坡不很适合。③方案三抗滑桩拱形骨架护坡。采用钢筋混凝土抗滑桩拱，拱圈矢跨比1/3（净矢高2.00m），拱圈厚50cm，底部支承于抗滑桩上，桩径1.00m，间距6.00m。该方案占地少，造价低，但施工较复杂，但对于深层大滑坡，能够治理彻底。

经综合比较，选用方案三，即抗滑桩拱形骨架护坡方案。

3.3 滑动推力计算

根据探坑资料显示，本段边坡滑动基本上是深层滑动，滑动面形状是介于圆弧型和直线型之间近似圆弧自由平滑形滑面。

3.3.1 基本假定

①平行滑动方向上取1.00m宽的土条作为计算的基本断面，其两侧摩阻力不计；②滑坡划分若干计算段，每一计算段系整体滑动；③每一计算段的滑动面为直线，整个滑动面在断面上为折线；④滑坡推力方向平行于滑动面；⑤滑坡推力应力分布图形为矩形。

3.3.2 计算公式

滑坡体处于极限平衡状态时滑坡推力，可由滑动块体的静力平衡方程得出。分段计算滑块的剩余下滑力，通过滑块间下滑力传递，求出最末块体的剩余下滑力，即整个滑体的滑坡推力。具体计算公式如下：

式中：E—滑动块体的推力；W—滑动块体的重量，kN；α—滑动面的倾角，°；ψ—滑动面土体的内摩擦角，°；C—滑动面土体的粘聚力，kPa；L—滑动面的长度，m；ω—滑动块体之间的传递系数；K—安全系数。其中:ωi=cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）·tgψi。

3.3.3 计算参数的选用

①C、ψ值：计算公式中C、ψ值比较敏感，取值的微小不同均能造成推力计算的较大差别。本次计算采用提供的地质参数，其中：C=13.00kPa，ψ=12.70°。②安全系数K：参考已建类似工程，安全系数K取为1.20。

3.3.4 计算结果

经过计算，滑坡推力为：E=85.80kN/m。

3.4 详细处理措施

针对膨胀土遇水膨胀、失水收缩的特点，采用以抗滑桩拱支挡为主，同时考虑卸荷、排水、换土、护坡等综合工程措施。典型断面见图1。

图1 滑坡处理典型断面图

卸荷：按照距坡底5.00m高设宽1.50m的平台，平台以下以1:2.50的坡度进行削坡卸荷，以上1:2的坡度进行削坡卸荷。排水：在平台内侧设截水沟拦截坡水，截水沟临坡侧为顶宽30cm、底宽80cm、高100cm的Mu60M7.50浆砌石边墙，临平台侧为30cm厚Mu60M7.50浆砌石衬砌。临坡面设φ8排水孔，以汇集坡内渗水。平台上下侧浆砌石护坡每隔5m设φ10排水孔一个，交错布置。上侧排水孔后设反滤土工布及少量反滤砂砾石，下侧排水孔后设反滤土工布及50cm厚砂砾石渗水层，排水孔及渗水层的坡度均为1%。

支挡：根据滑动面的分布，在距坡底1.00m高范围内设一贴坡拱，拱圈厚0.50m，高为4.30m，其中深入滑动面以下部分≥1.00m。拱片曲率半径为3.25m，中心角134.76°；拱跨6.00m，矢高2.00m，在拱脚设C20钢筋混凝土抗滑桩，桩径1m，桩深9.50m。

换土：拱片基础开挖后，在距拱背底部0.50m处以1:1.00的坡度与滑动面相接，清除滑坡土，回填“三七”灰土，回填相对密实度≥0.92。

护坡：为控制土中含水量和防止膨胀应力作用下形成风化软弱层，对坡面进行护砌。护砌高度6.80～8.40m，护砌采用Mu60M7.50浆砌石护坡，厚30cm，护坡下铺设15cm厚粗砂碎石垫层及反滤土工布一层。

4 工程预算

工程预算总投资为224.35万元，其中建筑工程187.75万元，施工临时工程9.65万元，独立费用26.95万元。主体工程总工程量为土方开挖7332.50m3，土方回填6190.80m3，混凝土377.30m3，砌体 1129.60m3，模板 1468m2，钢筋制安 25.70t，钻孔266m，抗滑桩208.90m3。主体工程主要材料用量为水泥335.70t，柴油 1093kg，汽油 412kg，碎石 2053m3，砂 774m3，块石1220m3，钢筋26.55t。总工时数量为6.83万个。