新建铁路古岩堆体滑坡成因分析及整治措施

2018-05-09李庆海

四川建筑 2018年2期

谢刚, 李庆海, 刘锐

(中铁二院工程集团有限责任公司土木建筑设计三院，四川成都 610031)

岩堆体是岩体在自然条件等因素的影响下产生崩塌、错落，久而久之在陡峻山坡上或坡脚下形成的疏松楔形堆积体[1]。岩堆作为山区不良地质现象，须查明固有性质，即岩堆的规模、结构、物质组成、基床坡度变化等，同时还须查明周围环境条件对其稳定性影响，确定其稳定程度[2]。李永金[3]建议在初、定测及补定测各阶段采用如物探、挖探、钻探等手段进行综合勘察。熊冰[4]认为岩堆体虽自然情况下大多稳定，但对外界影响较为敏感，建议采用施工简单、抗滑能力强的锚固桩作为预加固措施。

本文依托新建铁路工程，结合对滑坡成因的分析，采取临时措施及对主体结构的整治措施，为类似线路通过古岩堆的设计及施工提供经验，具有重要的现实意义。

1 工程概况

1.1 地形地貌

该段总体地形呈左高右低的斜坡地貌，左侧为陡崖，右侧为白布江，由危岩落石崩积形成的古岩堆，呈上陡下缓型(自然横坡20～45°)，靠近陡崖附近陡峻，往白布江(线路右侧)逐渐变缓。滑坡工点平面示意见图1。

图1 滑坡工点平面示意

1.2 地层岩性

本段上覆第四系滑坡堆积粉质黏土夹碎块石、坡崩积粉质黏土、块石土、碎石土、角砾土等，下伏基岩为二叠系上统龙潭组页岩、砂岩夹煤层、夜郎组第一段～第二段灰岩，各层岩土特征如下：

<2>粉质黏土：褐色，硬塑状，含砂岩质碎石角砾约15 %，厚5～12 m。

<7-1>粉质黏土：黄褐，硬塑状，含约20 %的灰岩、砂岩质碎石角砾，厚2～15 m。

<7-3>角砾土：褐黄，稍密，含约60 %砂岩质、灰岩质碎石角砾和部分块石，厚10～30 m。

<7-4>碎石土：褐灰，稍密。碎石角砾约占60 %，质以灰岩、砂岩为主，余为黏性土充填，厚10～30 m。

<7-5>块石土：灰色，稍密。块石约占60 %，石质主要为灰岩，部分粉砂岩，余为黏性土和碎石角砾等。厚10～30 m不等。

<15-2>灰岩夹泥灰岩：灰色，隐晶质结构，钙质胶结，地表出露弱风化带，岩石完整坚硬，质坚性脆。

钻孔SZ-fq-8揭示代表性断面示意(图2)。

图2 古岩堆滑坡地层代表性断面

1.3 气象水文条件

地表水不发育，地下水对混凝土具有硫酸盐侵蚀性、酸性侵蚀性和CO2侵蚀性，侵蚀性等级为H1。地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。

1.4 原设计

(1)根据现场踏勘、初定测、现场核对及同当地居民沟通等，判定古岩堆在新建铁路前符合文献[5]稳定岩堆判定标准。

(2)该段为桥隧直连，其中DK348+622.3～DK348+700段为隧道明洞段，DK348+470～DK348+622.3段为桥梁范围。

(3)为保证线路安全，接长60 m单压式明洞和16 m双耳墙明洞。明洞段及暗洞段靠山侧设置9根锚固桩。隧道基底采用C20混凝土换填。平、纵断面图及代表性横断面见图3～图5。

1.5 施工、滑坡情况简介

大桥各墩台基础、墩身、明洞段抗滑桩及土钉墙完成施工，隧道明洞结构未施工。

2013年11月17日该段右侧土体发生滑动，产生裂缝最宽处约1.2 m。裂缝长度及平面位置见图1，现场照片见图6、图7。

图3 桥隧直连平面

图4 桥隧直连纵断面示意

图5 DK348+685隧道明洞横断面

图6 明洞段左侧竣工照片

图7 明洞段右侧现场裂缝

2 滑坡变形特征

DK348+620～DK348+675线路右侧土体发生滑动，滑坡体平面上呈椭圆形，见图1。主轴方向长约75 m，宽约70 m，滑坡周界明显，滑体内裂缝多见，裂缝宽度0.2～1.2 m，可见深度约0.4～0.8 m，裂缝贯通性好。滑坡体前缘呈舌状凸出，其前缘因滑动受阻而隆起形成滑坡鼓丘，上隆起高度达20 cm。钻孔SZ-fq-8揭示：滑动带为软塑状粉质黏土，厚度0.20～0.80 m，滑动面倾角约30°，滑床以下为碎块石土夹粉质黏土以及灰岩，滑坡属于浅层小型滑坡，主轴横断面见图8。

图8 滑坡主轴横断面

3 工程滑坡产生及原因分析

3.1 施工现状

滑坡后缘弃碴量达到18 700 m3，位于线路右侧10 m左右，堆高约1.5～3 m。观察发现，挖掘机215/225型号(重达22 t/23 t)、载重40 t的运渣车及30 t的汽车吊等车辆在后缘施工便道上来回碾压。左侧抗滑桩及桥墩台施工过程中废弃水(泥水、生活用水等)未引入排水沟中，从后缘往白布江方向散流漫排。

3.2 工程滑坡形成原因分析

现场勘查发现出现裂缝区域自然横坡陡峭，40～45°左右。上覆土层为<7-1>粉质黏土及<7-5>块石土，下覆<15-2-W2>灰岩夹泥灰岩。据文献[6]粉质黏土渗透系数很小，取值5×10-6～8×10-5cm/s。施工废弃水散流漫排下渗，长时间浸泡导致粉质黏土力学参数指标大幅度降低，如承载力降低、重度增大、土体内部尤其是滑动面土层抗剪强度降低，加之桥隧弃碴堆砌在岩堆后缘及施工车辆在后缘活动，相当于增大了下滑力(土体自重及车辆加载)的同时抗滑力又减小了，从而引发土层溜坍。

4 稳定性分析

4.1 滑面确定

通过DK348+644.00右侧48 m处钻孔深度53.30 m、DK348+602.00右侧175 m处钻孔深度47.20 m、DK348+574.00右侧270 m处钻孔深度27.60 m等干钻孔，查明土层软弱结构面深度、厚度等。参考TB 10035-2006《铁路特殊路基设计规范》和TB 10025-2006《铁路路基支挡结构设计规范》，根据文献[7]，路基工程施工后岩堆体的整体稳定一般稳定系数不小于1.25，大型岩堆的稳定系数不小于1.05～1.15。

4.2 计算岩土参数

根据钻探取芯室内试验结果(天然黏聚力C及摩擦角φ)，采用瑞典条分法(表1)分析岩堆体稳定性，通过极限平衡状态法反算并分析滑动面综合摩擦角φ，并采用折线滑面法计算各横断面(含主轴断面)在极限平衡状态下的出口推力。

表1 瑞典条分法计算参数

根据室内试验结果，岩土层参数见表2。

表2 各土层参数

表3 各断面计算结果表 kN

4.3 稳定性计算结果及评价

DK348+659主轴断面，采用C=16 kPa、φ=20°计算其最小安全系数为Fs=1.117 6(基本稳定状态)。可看出上述结果同前期踏勘、定测等手段判定该古岩堆处于稳定状态是一致的。

裂缝出现后，根据现场资料分析并绘制出各断面折线滑裂面，采用表1(折线滑面法计算时安全系数取0.9)及表2岩土层参数，反算出DK348+659主轴断面极限平衡状态下黏聚力C=5 kPa时摩擦角φ=19.513°。

采用表2参数，其中滑裂面起点左侧土层综合参数采用C=5 kPa，φ=19.513°，按规范要求，折线滑面法计算推力采用的安全系数采用1.1(基本稳定状态)，计算剩余下滑力见下表3。

可以看出其中DK348+630断面出口推力最大，为638.3 kN。

5 滑坡整治措施及效果

5.1 整治方案

首先做好隔、防排水措施，对隧道明洞段基底进行挖除换填。然后在滑坡前缘附近，沿与滑坡主轴垂直方向设置抗滑桩；考虑隧道明洞段结构稳定性，在其正下方设置抗滑桩(图9)；为确保4～8#桥墩的结构安全，在其右侧附近设置抗滑桩。

图9 DK348+640断面抗滑桩加固

5.2 主要工程措施

(1)临时工程。黏土夯填地表裂缝，并用彩条布将滑坡体全部遮盖；将后缘弃碴运至指定弃土场位置。

(2)支挡工程。①确保4～8#桥墩结构安全，于4～8#桥墩右侧附近，沿线路方向设置三根为一组的抗滑桩(1～15#桩)，桩长为16～18 m，截面尺寸为2.0 m(高)×1.5 m(宽)，桩间距(中～中)6 m，桩短边与线路方向平行；②隧道明洞段右侧附近，沿线路方向设置一排抗滑桩(16～26#桩)，桩长为18～28 m，截面尺寸为2.0 m(高)×1.5 m(宽)～3.0 m(高)×2.0 m(宽)，桩间距(中～中)6 m，桩短边与线路方向平行；③滑坡前缘附近，沿与滑坡主轴垂直方向，设置一排抗滑桩(27～38#桩)，桩长18～26 m，截面尺寸为2.0 m(高)×1.5 m(宽)～3.0 m(高)×2.0 m(宽)，桩间距(中～中)6 m，桩短边与线路方向成18°夹角。

(3)基底工程。明洞段仰拱基础挖除换填C20混凝土，右侧临时开挖坡率采用1∶1。

(4)排水工程。明洞外往小里程方向设置一道M7.5浆砌片石梯形排水沟，排水沟在明洞结束处折向山下，顺滑坡边界外侧设置；沟壁厚0.3 m，截面尺寸为0.6 m(深)×0.4 m(宽)。

(5)变形观测。①桥梁0#、6#墩及DK348+660三处右侧3 m，设置C15钢筋混凝土预制边桩，长1.5 m，截面尺寸0.15 m×0.15 m，埋入深度1.4 m。②桥梁0#、6#墩、DK348+660三处右侧10 m及滑坡前缘抗滑桩外2 m设置测斜管，入岩应超过2 m。

整治工程平面布置见图10。