路堑边坡滑坡病害原因分析及综合治理——以宁杭铁路瓦屋山站为案例

中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063

0 引言

在山区铁路建设中，由于隧道工程以及路堑工程需要对山体进行深开挖，由于施工周期长，很容易碰到雨季施工，容易诱发次生的工程地质灾害，最为显著的当属滑坡。导致滑坡产生的原因一般有内在条件和外部环境条件两个因素。内在条件主要包含工程所处地区的地形地貌、地层条件、地质构造等。岩土工程的复杂性很大程度体现在其工程力学行为上。作为多孔介质材料或岩石块体材料，其力学行为在不同应力环境下往往表现出不同的力学效应。对于铁路边坡工程而言，最核心的问题是稳定性问题。边坡稳定性影响因素较多，地下水及降雨、坡体剪应力状态、岩体结构面产状等对边坡稳定性均有显著影响［1-2］。

文章结合宁杭客专铁路瓦屋山站路堑边坡滑坡病害的情况，分析了实际工程中滑坡产生的原因并提出了相应的治理措施。

1 工程概况

1.1 地理位置和地形地貌

宁杭铁路瓦屋山站位于江苏省溧阳市西北部，路堑边坡滑坡工点范围里程段为DK67+162.5～DK67+412.5，全长250m，该段属二级阶地岗地区，低丘前缘，山体自然坡度约10°～15°，植被发育，辟为松林、竹林，其间长满低矮灌木。

1.2 工程地质

根据现场调查以及勘探显示，工点范围未发现重大不良地质以及特殊岩土，场地内地层从上至下依次为：

（1）Q4ml素填土：红褐色，松散，物质成分主要为粉质黏土，局部可见少量碎石，0.5m 范围内可见少量植物根系，层厚约0.4～2m。

（2）-1 Q3al粉质黏土：灰褐色、黄褐色，硬塑，含铁锰质结核，少量高岭土及砂粒，层厚约6～10m。

（3）-2 Q3al细圆砾土：褐黄色，饱和，中密，圆砾含量50～60%，含有少量粉土及高岭土，层厚约0.2～2.6m。

（4）-1 K2c 泥质砂岩：棕红色，全风化，原状结构大部分已被破坏，岩芯呈砂土状，层厚约1～5m。

（5）-2 K2c 泥质砂岩：棕红色，强风化，泥质胶结，原状结构已残余不清，岩芯主要为短柱状，少量为碎块状，层厚约0.5～5m。

（6）-3 K2c 泥质砂岩：棕红色，弱风化，结构为泥质砂状结构，构造为中厚层构造，岩芯较为完整，一般呈柱状，节长0.4～0.6m，节理裂隙一般发育，该层勘察期间未被揭穿。

1.3 气象、水文

工程所在区处亚热带季风气候，春夏秋冬四季明朗，气候干湿冷暖，年均降水量约为1149.7mm，较为充沛。根据勘察资料结果表明，该区域地下水赋存形式主要为两种，一为第四系孔隙潜水，二为构造裂隙水，去终孔隙潜水主要位于表层的硬塑粉质黏土、中密的细圆砾土以及基岩全风化中，而基岩风化裂隙以及成岩裂隙中主要为构造裂隙水。根据地质勘察结果，该地区地下水位在2.8～6.8m 之间，补给方式主要为大气降水。

1.4 原施工图设计及现场施做情况

（1）路基支挡：

根据原施工设计资料显示，DK67+162.5～+412.5 左侧及DK67+162.5～+262.5、DK67+337.5～+412.5右侧设C20片石混凝土重力式路堑挡土墙，墙高为3.0 到4.0m 之间，挡墙胸背坡率选取为1：0.3。

（2）路堑边坡防护

路堑边坡坡率1：1.5，墙顶以上边坡高度在4.2～7.4m之间。采用标号为M7.5 浆砌片石，拱形截水骨架内喷播植草、种植灌木对两侧路堑边坡进行防护。

（3）侧沟

侧沟形状为矩形，标号为C15 钢筋混凝土，参数为0.8m×0.6m×0.2m（深×宽×厚），外设2.0m 宽的侧沟平台，并采用浆砌片石封闭，厚度为0.3m，标号为M7.5。

2 滑坡变形特征

2012 年11 月8 日在路基工程初验中，发现 DK67+250～+380 左侧挡墙有外倾现象，外倾量约1cm，墙前侧沟平台隆起开裂，侧沟受挤压变形，边坡坡面及堑顶未见裂缝。2012 年12月10 日在路基工程静态验收中，提出了此段挡墙存在裂缝宽度超标情况，边坡坡面及堑顶未见裂缝。2013 年3 月30 日工务段日常维护过程中发现DK67+249.8～+375.2段路基堑顶出现裂缝，最大裂缝宽约25cm，挡墙外倾，外倾约4～7cm，侧沟受挤压变形，侧沟平台拱起开裂，由此确定该工点为滑坡病害。

2013 年3 月31 日对该病害进行详细的现场调查，根据现场调查结果，可将病害分为病害较轻微地段和病害较严重地段，具体情况如下。

2.1 病害较轻微地段

DK67+162.5～DK67+249.8 左侧、DK67+375.3～DK67+404.2左侧、DK67+162.5～DK67+404.2右侧，该三段为边坡浅层溜坍变形。变形特征主要为侧沟局部有挤压变形现象，侧沟平台局部有开裂拱起现象，裂缝宽约2～5mm，挡墙墙体局部有开裂现象，裂缝宽约2～3mm，边坡局部溜坍变形开裂。

2.2 病害较严重地段

DK67+249.8～DK67+375.3左侧，该段为边坡浅层滑坡。变形特征主要为主裂缝位于防护栅栏与天沟之间，距堑顶外侧最大距离约7m，主裂缝宽约10～25cm，错台最大约50cm。侧沟受挤压变形较严重，最窄处沟宽仅30cm；侧沟浆砌片石平台拱起开裂严重，裂缝宽5～15cm；挡墙外移约3～7cm，DK67 ＋286.3附近墙体开裂，裂缝宽约15mm。挡墙共设置两排泄水孔，其中底部一排部分可见排水现象，但顶部泄水孔均未见排水。

2.3 滑坡体情况总述

根据现场调查情况判断，病害较严重地段为边坡浅层滑坡。滑坡体范围为DK67 ＋249.8～＋375.3 左侧，主轴位于DK67＋290 附近，前缘位于侧沟底部。主裂缝位于堑顶外侧约7m处，在防护栅栏与天沟之间，主裂缝最大宽约25cm，错台最大约50cm，裂缝向大、小里程侧与天沟相交，延伸至路堑边坡。

3 滑坡原因分析

通过现场探查分析，滑坡产生的原因主要有两个方面

3.1 施工期降雨显著降低坡体结构面抗剪强度

自然形成的丘坡整体处于基本稳定状态，山体自然坡度与白垩系泥质砂岩层面基本平行。山坡上覆盖的冲洪积粉质黏土层以及圆砾层结构较为松散，且孔隙率较大。现场施工时正值7～9 月份，为当地雨季，因连续大范围的降雨，雨水沿路堑边坡坡面下渗至全风化泥质砂岩层面附近汇集，由于现场施做的部分排水孔失效，导致雨水无法有效排出边坡外，加之坡体表面植被清除，遇到降雨，雨水经松散的粉质黏土层以及圆砾层下渗至相对隔水的全风化泥质砂岩层间，形成饱水的软弱结构面，在水体的不断侵蚀和软化作用下，岩体结构面抗剪强度显著降低，斜坡体沿软弱结构面产生向外剪切滑移变形。

3.2 路堑切坡开挖对边坡应力环境的影响

路堑开挖区域处于边坡剪应力集中区，下部的路堑切坡开挖形成了临空面，改变了斜坡原始应力状态。雨季开挖如果现场处理不当，坡脚剪应力集中区容易出现剪切屈服，顺着岩体结构面产生渐进式剪切滑移破坏。

4 滑坡稳定性分析与计算

4.1 计算参数选择

根据对原始滑坡体的反算值、室内土工试验以及经验值，选取土体内摩擦角为7.5°，黏聚力为4.5kPa。采用综合c、Φ法，滑坡推力计算安全系数选取为1.15，计算滑坡体的稳定系数。

根据铁路工程设计技术手册中规定，当Kf 值大于1.5 时，可认为是边坡是稳定的［3］。根据本工程的变形滑动特征分别选取主滑面附近的三个断面（DK67+260、+290、+320），进行稳定性分析计算，得到稳定系数分别为0.95、0.90 和0.97，由此可知滑动体处于为不稳定状态，为防止其继续滑动，需及时采取治理措施。

4.2 滑坡推力计算

滑坡前缘选取为侧沟平台上面的剪出口，后缘选取为DK67+290 断面附近的主裂缝，采用传递系数法［4］计算出剩余推力Ea 为272kN/m。

5 滑坡治理措施及施工效果

5.1 滑坡治理措施

根据稳定性及剩余推力计算结果，滑坡整治方案采用加强支挡以及加强防排水措施相结合的方案。

（1）路基支挡结构

①抗滑桩

DK67+162.5～DK67+404.2 左侧，DK67+162.5～+262.5、DK67+337.5～+404.2右侧坡脚路堑挡墙墙顶平台处设16m长、截面尺寸为2.25m×2.0m 的方形截面抗滑桩，桩间距5.0m，采用C35 钢筋混凝土对桩身进行现浇。

②重力式路堑挡墙

DK67+262.5～DK67+337.5右侧设3.5m高重力式路堑挡墙加固，胸背坡率设计为1：0.3。挡墙墙身采用标号为C25 混凝土浇筑，前后与既有挡墙顺接。

③框架梁锚杆：

对DK67+240～+380 段左侧路堑边坡采用框架锚杆防护。锚杆孔径选取为110mm，孔深为12.2m，间距长宽均为3.0m，与水平面的夹角为15°，采用HRB400级Φ25mm的2根钢筋制作。采用的锚杆孔内注浆方式为一次注浆，孔底返浆法灌注M40 水泥砂浆。框架梁为C35 钢筋混凝土，肋宽0.3m，肋厚0.3m，全埋入坡面内。

（2）防排水设计

DK67+162.5～DK67+404.2 两侧边坡及挡墙上各设一排排水斜孔，与水平面的夹角为5°，DK67+240～+380 左侧边坡及挡墙上长度为15m，其余地段排水斜孔长度10m。挡墙地段应注意避开抗滑桩，排水斜孔间距5m，滑坡地段排水斜孔应穿透滑动面；边坡坡面排水斜孔间距7.2m，结合主骨架位置设置。DK67+249.8～DK67+375.3 段左侧侧沟及侧沟平台拆除重砌；DK67+262.5～+337.5 段右侧侧沟平台拆除重砌。DK67+162.5～DK67+404.2两侧边坡堑顶与天沟之间用C25混凝土封闭，厚0.2m。天沟与堑顶镶边、天沟与防护栅栏间地面应平整，使地表水能顺利排入天沟和坡面排水槽，避免积水。既有挡墙段进行清查，疏通泄水孔。

（3）其它

DK67+249.8～DK67+375.3 左侧挡墙破损处应修复；DK67+249.8～DK67+375.3左侧浅层滑坡段堑顶裂缝应灌水泥浆后采用2：8 灰土封闭。原设计堑顶外侧新填土及堆土应全部清除。

5.2 滑坡治理效果

经过综合整治，竣工五年多的时间里，多次经受了雨季的考验，未再出现滑坡及其他病害迹象，边坡整体处于稳定状态。说明本滑坡采用强支挡与综合排水的工程处理措施是合理的，达到了消除滑坡隐患的目的。

6 结语

本文通过对宁杭铁路瓦屋山站路堑边坡滑坡病害原因分析以及综合治理，得出以下结论：

（1）根据现场调查得出，滑坡的诱因主要为内在因素以及外在因素，内在因素为丘坡自然坡度与基岩层面倾角近乎平行以及地层结构，外在因素为连续降雨以及工程切坡产生未支护的临空面。

（2）根据该工点三个代表性横断面的滑坡稳定性分析计算得出，该滑坡稳定性系数较低，处于不稳定状态，且剩余滑坡推力相对较大，因此需要加强支挡防护，及时整治病害。

（3）根据长时间的观测以及调查，采用强支挡以及加强防排水的措施后，边坡整体处于安全、稳定状态。