重载铁路黄土潜在滑动高边坡整治分析

田永铸

(中铁十二局集团第三工程有限公司， 太原 030024)

重载铁路黄土潜在滑动高边坡整治分析

田永铸

(中铁十二局集团第三工程有限公司， 太原 030024)

通过对某重载铁路黄土潜在滑动高边坡分析，结果表明：坡体临空面发育、坡体存在软弱结构面、地表黄土裂隙发育并严重切割坡体、以及连续强降雨雨水入渗是形成该坡体潜在滑动的主要原因；结合该潜在滑坡体的地形地貌特征、高边坡坡体岩性特性以及铁路线位高程设置等因素综合考虑，对潜在滑坡体坡顶的弃土采用清方减载措施，对清方后的坡面采用冲击碾压，在潜在滑坡周界设置截水沟加强潜在滑坡体的防排水，在线路附近的潜在滑坡体前缘设置抗滑桩和桩板墙抵抗剩余下滑力和土压力。经变形监测表明该潜在滑坡体加固效果良好，铁路运营安全。

黄土高边坡； 潜在滑坡体； 原因分析； 整治措施

1 概述

由于黄土本身的特性，如湿陷性、大孔隙、力学强度低等，黄土地区的山体常伴有滑坡等地质灾害发生，是造成工程损失的重要原因之一[1-6]。位于黄土边坡上的铁路工程建设应重视这一问题，及时发现滑坡问题，采取治理措施，避免造成工程损失。

山西某重载铁路工程DK 20+205～+385段横穿黄土丘陵地带，该段工程涉及1处桥梁工点和1处路基工点。该工程施工期内发现，工程左侧160 m至右侧120 m范围内发生山体变形，经现场踏勘发现，山体出现大量裂缝，大的裂缝主要为3道贯通裂缝，裂缝宽度最大为1.6 m，上下错台最大达到2.0 m，同时发育较多小裂缝及多处地面隆起，部分桥址区桩基部位地面隆起，具体位置如图1所示。

图1 李家塔滑坡地形地貌及滑坡治理方案图

为消除山体滑动形成滑坡给后续施工建设及工程运营造成安全隐患，避免经济损失，对该段工程目前存在的潜在滑坡灾害进行了专项治理。本文首先介绍了该段工程内的区域地质条件，并在此基础上结合勘查资料分析了潜在滑坡产生的原因；然后给出产生潜在滑坡的诱因，有针对性地给出了潜在滑坡治理的方案。经过近三年的山体变形监测，表明所用治理方案是恰当的，目前该区域内的山体边坡稳定，该段铁路工程运营良好。

2 潜在滑坡区概况

2.1 地形地貌

潜在滑坡体地处吕梁山西坡黄土丘陵区，地形起伏较大，高程912.93～1 002.8 m，相对高差40～80 m。工程所在位置为山前黄土缓坡地带，北侧为一河流，地形单倾，东南高西北低，表覆厚层黄土，发育4个大的深切黄土冲沟汇入河流，近河岸侧陡坎下部基岩裸露。平时河内及冲沟内无水。

2.2 地层岩性

结合地质调查、钻探等工作及区域地质资料，该区地层从新到老分布如下：

(5)第三系上新统(N2)：①粉质黏土：棕红色，坚硬～硬塑，可见黑色铁锰质颗粒，局部含姜石层；②粉土：黄褐色，潮湿，密实，土质不均；③中砂：黄褐色，潮湿，密实，主要以长石、石英为主，含少量砾石，一般粒径2～25 mm。

(6)三叠系下统刘家沟组(T1l)：①砂岩：灰白色，强～弱风化，砂状结构，中厚层状构造，主要由长石、石英组成，泥质胶结，局部含泥质条带，岩芯大部分呈短柱状；②泥岩：灰绿色、紫红色，全风化～弱风化，主要由黏土矿物组成，泥质结构，薄层状构造，节理裂隙发育；③泥质砂岩：暗紫红色、青灰色，强风化～弱风化，砂状结构，中厚层状构造，主要由石英、长石、云母等矿物组成，局部相变为薄层泥岩。

2.3 特殊岩土

室内试验表明，该区域内新黄土具湿陷性，湿陷系数δs=0.015～0.079，根据《岩土工程勘察规范》[4]，该黄土场地为Ⅱ级(中等)自重湿陷性场地。此外，该区域内第三系上新统粉质黏土具有弱膨胀性。

2.4 水文地质特征

(1)地表水

潜在滑坡区大气降水多以线流、片流由坡体自高而下排泄，未见地表水体或溪沟水流，仅在滑坡前缘坡脚分布有一条小河流，平时河内无水。

(2)地下水

潜在滑坡区地下水主要为基岩裂隙水及第四系、第三系孔隙水，基岩裂隙水，赋存于砂岩、泥质砂岩裂隙中，地下水水位低于沟底河床，高程为917.00 m。经取样试验分析地下水具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级H1。

3 潜在滑坡特征及形成条件分析

3.1 潜在滑坡特征

3.1.1 潜在滑坡形态特征

潜在滑坡体东西向宽约220 m，南北向长约260 m。平面面积约为4万m2。该潜在滑坡整体形态清晰，轮廓明显。潜在滑坡后壁呈圈椅状，东西两侧边界明显，东南后侧为厚层施工弃土覆盖。潜在滑坡体被众多裂缝切割，土体整体破碎。该潜在滑坡主滑方向为315°，同时受局部基岩面变化及潜在滑坡周界存在多个临空面的影响，潜在滑坡体又表现为不同滑向的区域，依据现场调查及工程地质断面图、潜在滑坡基岩等高线图综合分析将潜在滑坡区分为5个区块，分别为Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区(见图1)，方向分别为：231°、306°、334°、31°、315°。

3.1.2 潜在滑体岩土特征

潜在滑坡地势总体东南高西北低，原地表冲沟发育，新老黄土土体破碎，垂直节理和裂隙发育，为地表水入渗的主要通道。潜在滑坡体物质主要为新黄土及老黄土，两侧及前缘厚度稍薄，土石界面东南高，北西低，整体倾向沟心方向，具顺层趋势。受地表水和地下水的影响，潜在滑坡体内老黄土含水量较高，一般为16.0%～24.2%，为相对软弱层，主要分布于坡体中下部，该层上部坡体易沿该层产生新的潜在滑坡。

3.1.3 滑床岩土特征

根据勘探揭露潜在滑坡体滑床岩性主要为三叠系刘家沟组(T1l)泥岩、泥质砂岩、砂岩，其次为第四系粉质黏土。在潜在滑坡体后部滑床岩性为粉质黏土，呈棕红色，土体较致密，含大量钙质结核；在潜在滑坡体中前部滑床岩性主要为泥岩、泥质砂岩、砂岩，节理裂隙发育，呈全风化～弱风化。

3.1.4 滑动面特征

潜在滑坡不同部位其潜在滑面形态和特征是不同的，经现场勘察及调查，潜在滑坡前缘剪出口较为明显，同时通过槽探开挖可见粉质黏土与基岩接触面有光滑面，并且有擦痕，在潜在滑坡体中部，钻探孔中土石界面处薄层粉质黏土中均可见充填黄土，土体明显扰动挤压；在潜在滑坡体后部，钻孔揭示新黄土与粉质黏土界面中粉质黏土有充填黄土。潜在滑坡体整体滑动界面顺层倾向沟心，埋深5～30.7 m，属深层潜在滑坡。

潜在滑坡Ⅰ区滑面前段主要为粉质黏土的顶面，后段在新老黄土中；潜在滑坡Ⅱ区滑面主要为粉质黏土的顶面，部分前段为土石界面；潜在滑坡Ⅲ区滑面主要为土石界面，后缘段在土层中；潜在滑坡Ⅳ区滑面主要在土层中，前段为土石界面；潜在滑面Ⅴ区滑面主要为土石界面。从以上总结可以看出，潜在滑坡体滑面主要为粉质黏土与新老黄土分界面以及土石界面。

3.2 潜在滑坡形成条件分析

结合现场踏勘及详细的地质勘查成果，总结潜在滑坡体的变形原因如下：

(1)复杂的地形地质条件以及隐蔽的软弱结构面是潜在滑坡发生的内在原因。

(2)潜在滑坡区位于沟河三级阶地，地势高，临空面发育。河流下切作用强烈，沿河一、三级堆积阶地发育明显，二级阶地(基岩阶地)发育较弱，三级阶地(高程985 m)与河床(高程915 m)之间高差达70 m，与一级阶地(高程929 m)之间高差达56 m。三级阶地顺河断续分布，受地表水流侵蚀的影响，冲沟极为发育，在潜在滑坡区周围分布了4条大的冲沟，将潜在滑坡体分割成不同的小单元，形成众多临空面，且相对高差较大，易发生滑坡重力地质现象。

(3)潜在滑坡区地层软弱，特殊岩土发育。定测期间以及后续的钻探均表明，潜在滑坡区上覆的新老黄土孔隙大，具有湿陷性，且垂直节理发育，是良好的地表水下渗潜蚀的介质。第三系粉质黏土厚度不大，相对隔水，下伏基岩顶部的泥岩是良好的隔水层，但由于粉质黏土、泥岩本身含有的亲水矿物的特性，具弱膨胀性，在水的浸润下极易软化，强度降低，容易形成软弱带或滑面。

(4)地层结构复杂，结构面众多，软弱带具隐蔽性。根据勘察新老黄土与粉质黏土界面、土石分界面与下伏基岩产状呈基本一致的形态，倾角很小但均倾向于河流，略带顺层。根据区域地壳活动，以及从沉积的地层层序、厚度以及阶地发育情况可以判断，潜在滑坡所属区域内第三系与三叠系、第三系与第四系中更新统之间为地壳抬升沉积间断期，存在两次古老的侵蚀剥蚀面，恰好形成了潜在滑坡范围内第三系粉质黏土的顶面与底面，雨水入渗后成为潜在滑坡体内隐蔽的软弱带或滑面。

(5)连续几年降雨入渗量增大，浸润了土体及软弱结构面，诱发了坡体变形。根据当地2001～2010年各月降雨量统计表明：自2007年以后本区年降雨量较前期明显有所增大，降雨多集中于雨季(6～9月)，超过全年降雨量的50%。2007～2009年降雨量较大，尤其最大降雨量发生在2009年8月达188.7 mm。降雨量近几年的不断增大，地表入渗量也相应增大。降雨入渗后，土体容重增大，浸润软化土体中的结构面，尤其是潜在滑坡区位于河流的南侧属于阴坡不利蒸发地段，加之新老黄土属于良好的入渗介质，促使粉质粘土及泥岩遇水软化形成软弱部位。因此，降雨入渗量的增大促使了坡体变形的发生。

3.3 潜在滑坡形成原因总结

综上所述，线路经过的黄土峁梁区，地形地貌、岩性特征、地层结构均属于地质条件极为复杂地段，其临空面发育，岩性软弱，结构面复杂，在特定条件下容易产生土体失稳等不良地质现象，在连续几年降雨量增大的不利条件下，因该范围冲沟发育，雨水容易下渗，而降雨入渗浸润使土体容重增大，形成软弱面引起土体强度降低，破坏了自然平衡条件，是引发坡体潜在滑动的根本原因。

4 潜在滑坡整治

4.1 整治思路

本段线路内潜在滑坡体以新黄土为主，地表裂缝发育，潜在滑坡体被裂缝切割破碎，针对变形坡体破碎、裂缝封堵措施实施困难，同时考虑到在坡体后缘堆填施工弃土是产生坡体变形滑动的因素，故本段潜在滑坡整治措施以清方减载为主，辅以支挡抗滑、加强地表防排水措施。

4.2 下滑力计算

综合分析潜在滑坡区地形图和工程地质纵断面，对于潜在滑坡主轴滑面及前缘临空断面进行稳定性分析，稳定性分析采用勘察资料推荐的潜在滑面力学指标c=2 kPa，φ=8°，抗滑安全系数K=1.25。在对潜在滑坡体后缘进行清方减载后再计算抗滑支挡结构的下滑力，并与支挡结构的土压力结果进行比较，取计算力中的大值。

4. 3 潜在滑坡整治措施

综合考虑引起潜在滑坡体滑动的地形地貌等因素，以及通过对潜在滑坡体下滑力的计算结果，采取如下整治措施。

(1)清方减载

将引起潜在滑坡体滑动的施工弃土清除。结合坡体地形地貌条件、潜在滑面高程、潜在滑坡主滑方向与线路走向的关系、路肩高程等工程实际情况，同时考虑到弃土高程与路肩高程基本相同，故确定清方高程至路肩设计高程。通过以上大幅的清方减载，可有效的减小潜在滑坡的剩余下滑力，防止坡体局部产生越顶的可能性，降低了坡体进一步滑动的风险，如图2所示。

图2 清方减载代表性断面

(2)加强防排水措施

地下水和地表水历来是引起滑坡的主要原因。为了避免地表水下渗至滑面，引起潜在滑面土体强度的降低，软化滑动面土层，首先对潜在滑坡体清方后的表面进行冲击碾压，人工加速土体密实过程，消除地表产生的裂缝，防止地表水的下渗；在潜在滑坡体外侧5 m的边界处设置梯形排水沟，同时在潜在滑坡体中上部设置一横向排水沟，并与周边排水沟组成通畅的地表排水系统，保证潜在滑坡体的地面水能够及时的排到坡体外侧，坡体外侧的地表水不进入潜在滑坡体。

(3)增设抗滑桩(桩板墙)支挡结构

在清方减载加强防排水的基础上，对清方减载后尚有剩余下滑力的地段布设抗滑桩(桩板墙)进行抗滑支挡，并在大桥末墩和台尾设置钢筋混凝土围护桩。由于该潜在滑坡前缘较宽，中部较窄，且线路从潜在滑坡中部穿过，将抗滑桩布设在潜在滑坡中部下滑段前缘。这样做既有效对潜在滑坡体进行抗滑，又能够减少抗滑桩的布设根数，便于施工，并节省投资。

抗滑桩分两大类：① 路基工点抗滑桩设置为桩板墙结构，设置在路基右侧，共设12根抗滑桩，该结构可兼具收坡及抗滑的作用；② 桥梁工点抗滑桩属埋入式抗滑桩，共16根，布设在桥梁范围大里程桥台外侧。所有抗滑桩桩间距6.0 m，桩截面尺寸2.5 m×3 m，如图2、图3所示。

图3 桥梁墩台埋式抗滑桩

(4)桥梁墩台加强措施

增设桥梁墩台围护桩：考虑到潜在滑坡体滑动对大桥末墩及台尾基础的影响，于大桥末墩及台尾桥梁承台基础外侧3 m(净距)，设置钢筋混凝土围护桩，桩径1.25 m，桩长23～25 m，桩间距1.8～1.85 m，围护桩顶采用1.5 m(宽)×1.0 m(高)冠梁连接， 如图4所示。

图4 桥梁基础围护加固

桥梁墩台基础加强：考虑到围护桩并不能使滑动过的破碎土层恢复到天然状态下的承载能力，尤其是末墩和台尾处在滑坡体的中下部，土层很破碎，已经丧失原有承载能力，故对墩台桩基础进行加强。为满足刚度及桩身受力要求，将末墩基础由8根1 m直径桩调整为8根1.25 m直径桩，桩长由27 m调整为33 m，相应承台由5 m×10.4 m×2 m调整为7.5 m×12.7 m×2.5 m；台尾基础由9根1 m桩基调整为9根1.25 m桩，桩长由27 m调整为28 m，相应承台由8.4 m×8.8 m×2 m调整为9.1 m×9.1 m×2.5 m。

5 潜在滑坡变形监测

潜在滑坡变形监测项目主要包括地表变形监测、深部位移监测。潜在滑坡整治施工完成后，在坡体的如下位置布置了监测系统，以确保铁路安全。

(1)潜在滑坡主要滑动方向；

(2)重要的铁路工程结构物，如李家塔大桥的12号桥墩和台尾，路基桩板墙；

(3)潜在滑坡的前缘，中部，后缘等影响坡体稳定的重要部位；

(4)潜在滑坡地质剖面界限处，如土石界限，潜在滑动面等。

监测过程中采用射线网法建立了观测网。在潜在滑坡外侧稳定坡上设置A、B两个置镜点，每个置镜点覆盖滑坡设置4～5个观测断面，观测断面相交处为观测桩。采用水准仪、经纬仪或全站仪测量，监测边坡水平、垂直位移等变形状态。

此外，还在潜在滑坡沿土石分界面等潜在滑动面处开展了深部位移监测。通过埋设测斜管，测斜管内安装双向测斜传感器，精确测量了岩土层内部水平位移。

目前该潜在滑坡体整治完成至今已将近3年时间，目前铁路已经开通运营，经过对各观测点位的长时间观测，整个坡体范围均未出现变形及位移，线路状况良好。

6 结束语

(1)该段线路经过地质条件复杂的黄土峁梁区，地表沟壑节理发育，黄土地层软弱，是诱发潜在滑坡灾害的内在原因。在连续几年降雨量增大的不利条件下，遇水下渗，进一步引起土体强度降低，破坏了自然平衡条件，是形成潜在滑坡体的根本原因。

(2)潜在滑坡整治首先通过弃土清方处理，有效地减小了变形坡体的下滑力，防止了局部产生越顶的可能性，降低了潜在滑坡体进一步滑动的风险；其次，加强了疏排水设施，减小遇水入渗引起的土体强度降低，保证土体有足够的强度抵抗下滑变形；最后，采用在关键部位增设抗滑桩、加强原有工程基础的方式，有效阻止了潜在滑坡体的进一步蠕动，并且保证了原有工程的稳定性。

(3)经过近3年的变形潜在滑坡体变形监测，结果表明：目前该潜在滑坡体并未出现进一步变形，铁路运营状况良好。

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Control Analysis on Loess High Slope with Potential Landslide of Heavy Haul Railway

TIAN Yongzhu

(The 3th Engineering Co.,Ltd. of China Railway 12th Bureau Group，Taiyuan 030024， China)

Through the analysis on loess high slope with potential slide of a heavy haul railway, the results show that: the development of slope free face, weak structural surface of slope, surface loess fracture development and severely cut slope as well as continuous heavy rainfall infiltration is the main reason for potential slope slide; combining with the terrain features of potential landslide , high slope lithologic characteristics and railway line elevation setting, on the crest of a potential landslide , then impact rolling is adopted for the slope and drainage ditch is set at potential landslide perimeter to strengthen the waterproof and drainage of potential landslide, anti-slide pile and pile plate wall are set in the line near the leading edge of a potential landslide to resist soil pressure and sliding force. The deformation monitoring shows that the potential landslide reinforcement effect is good, railway operations are safe.

high loess slope; potential landslide; cause analysis; control measures

2016-04-08

田永铸(1974-)，男，高级工程师。

1674—8247(2016)03—0082—05

U239.4

A