成綿樂鐵路客運專線千佛山段膨脹土路塹滑坡淺析

陳 偉

(中鐵二院 成都地勘巖土工程有限責任公司，四川 成都 610031)

1 工程概況

成綿樂鐵路客運專線千佛山段膨脹土路塹地處綿陽市區西北角城郊，成綿樂鐵路客專線里程 DK33+237—DK33+860，全長 623 m。其中 DK33+237—DK33+320段全長83 m，路塹中心挖深8．0～9.6 m;DK33+320—DK33+860段全長540 m，路塹中心挖深1.0～4．0 m。

該段膨脹土路塹，屬下龍溪溝河谷地貌，線路位于下龍溪溝左側谷坡，地勢左高右低，地形起伏較小。地表覆土主要為第四系全新統沖積層()膨脹土，厚度較大，零星分布透鏡狀松軟土、卵石土等;下伏基巖為白堊系下統劍閣組(K1jn)泥巖夾砂巖，基巖巖體產狀平緩(N20°E/3°NW，傾向線路右側)，垂直節理發育。區內無斷裂、褶皺構造;地表水、地下水不發育。

2009年底該段路塹開始施工，至次年7月雨季后線路左側邊坡先后發生工程滑坡3處。經過施工整治和采取加強預防措施，到2010年下半年基本穩定了該段膨脹土路塹邊坡。

2 膨脹土主要特征

表1 膨脹土常規試驗統計

試驗指標顯示，該段膨脹土天然密度較大、天然含水率較低、孔隙比較小，屬低液限的中等壓縮性黏土，處于硬塑～堅硬狀，具有浸水膨脹較強烈、失水收縮較小的特點。其塑性指數、天然快剪凝聚力不大，表明其黏粒含量不高，比表面積不大，吸水能力不強，脹縮變形不大，這與該膨脹土樣判別結果為弱膨脹土結論相吻合［1］。該段膨脹土的抗剪強度指標隨含水量的增加而顯著降低，這可由其飽和快剪強度顯著比天然快剪強度低看出;其峰值強度明顯比殘余強度大，是由于在反復剪切過程中，隨剪切變形的發展，土粒排列轉向，呈平行于剪切面的定向排列，有利于水的滲入，致使剪切帶含水量急劇增高，呈現應變軟化性質，強度明顯降低［2］。

表2 膨脹土特殊試驗統計

表3 膨脹土樣判別試驗統計

3 邊坡及其擋護形式

膨脹土地區路基應嚴格控制邊坡高度，路塹邊坡高度不宜超過15 m，并應加強穩定邊坡措施［3］。路塹邊坡設計應遵循緩坡率、寬平臺、加固坡腳和適宜的坡面防護相結合的原則［4-5］。

段內路塹邊坡高度＜6 m時，設一級邊坡，邊坡坡率采用1∶1.5，不設邊坡平臺，采用在錨桿框架梁內噴播植草并間植低矮灌木護坡防護;邊坡高度6～10 m時，采用邊坡坡率為1∶1.75，邊坡平臺寬度1.5～2．0 m，一級邊坡防護同上，二級邊坡采用在人字形截水骨架內噴播植草并間植低矮灌木護坡防護。兩級邊坡段落在一級平臺靠邊坡側設置平臺截水溝。所有路塹邊坡塹頂外設置天溝，引排地表水和平臺截水溝水。

邊坡坡腳設置重力式擋土墻與樁間擋土墻，以加強擋護。

4 工程滑坡分布及特征

該段路塹膨脹土滑坡均發生于線路左側，平面分布見圖1。

圖1 工程滑坡分布示意

1)DK33+270—DK33+356段工程滑坡。該段路塹中心挖方 2．0 ～9.4 m。滑體厚 2．0 ～8．0 m，體積約3.2×104m3，為一小型中層滑坡。滑坡舌前緣局部土體出現富水現象。滑動主軸見圖2(a)。

2)DK33+356—DK33+430段工程滑坡。該段路塹中心挖方1.3～2.8 m，在第一段滑坡滑動后出現坍滑跡象，滑體由擋土墻墻頂剪出。滑體厚2．0～5．0 m，體積約0.8×104m3，為一小型淺層滑坡。滑動主軸見圖2(b)。

3)DK33+535—DK33+770段工程滑坡。該段路塹中心挖方 2．0 ～3.3 m。滑體厚 4．0 ～12．0 m，體積約8×104m3，為一中型中層滑坡。滑動主軸見圖2(c)。

上述3處滑坡具有相同特征:滑坡均發生在路塹左側45～100 m內，滑動方向均面向線路右側，滑坡前緣在坡腳(側溝)處或擋墻頂;滑體內地表出現一至多道走向大致平行線路的拉張裂縫，裂縫多為直立或向路基陡傾，寬2～30 cm，深1～2 m，滑體兩側地表出現多道寬約1～2 cm的不連續剪切裂縫，深10～30 cm，裂縫隨滑坡發展逐漸貫通滑體。裂縫以下滑面為弧形曲線。

圖2 路塹滑坡主軸特征

5 滑坡成因與整治措施

5.1 滑坡成因

1)該段膨脹土坍滑均發生在雨季連續降雨時期，地表水浸潤地表，沿裂隙下滲軟化、膨脹土體，并在深部匯集，遇泥巖阻隔，對土體產生側向水壓力，這是滑坡產生的水平推動力。

2)膨脹土的特性是其主要內因，雨季后，該段弱膨脹土吸水顯著膨脹、軟化、崩解，抗剪強度驟降，凝聚力C、內摩擦角φ明顯降低(按飽和快剪與天然快剪比較)。由于吸水產生的膨脹力使土體易在下伏土石界面與前緣坡腳形成應力集中，而導致剪裂隙的產生及不斷擴大，最終形成聯通的滑動面。滑面隨著含水量增高，呈現軟化性質，強度明顯降低。最終在側向水壓力的推動下產生滑坡。

3)該段地形均為左高右低，地表坡度雖然不大，但其下伏土石界面坡度較陡，普遍大于地表自然坡度，達到15°～35°。使滑體易沿土石界面滑動后再由邊坡前緣坡腳(側溝)處或擋墻頂處剪出。

4)目前，膨脹土路塹的設計邊坡均比當地自然邊坡陡，這是該段邊坡變形的基本條件，因此膨脹土路塹邊坡必須采用擋護工程來穩定。由于路塹開挖，坡面淺層土體成為大氣影響帶，使得脹縮性、裂隙性、軟化特性得以體現，這是其產生坍滑的一個重要外因。

5.2 工程滑坡整治淺析

滑坡發生初期治理措施的關鍵是控制好地表水，對已坍滑的段落采取了以下臨時措施:①立即完善滑坡周邊臨時和永久排水系統，防止地表水進入滑坡范圍;②對滑坡范圍內的裂縫、裂隙采用黏土封填，防止地表水沿裂縫、裂隙滲入滑體;③對滑坡坡面進行順坡處理，避免形成積水坑;④采取有效、持久的遮蓋措施，防止雨水進入滑體;⑤對該段路基已開挖部分采取反壓回填，回填前在路基上埋設縱向、橫向排水管排出路塹積水。

變更設計后采取措施的重點是滑坡的抗滑處理，主要有:①在一級邊坡平臺與二級邊坡平臺上均增設路塹錨固樁，防止滑坡進一步發展;②分別在滑坡與潛在滑坡范圍外增設環形截水溝;③在潛在滑坡場坪范圍內噴播植草并間植低矮灌木護坡防護;④路塹墻頂一級邊坡設置支撐滲溝;⑤在滑體中埋設多個深層泄水孔;⑥對于DK33+480—DK33+535段未施工路塹，施工后雨季有可能產生新的滑坡，采取增設二級抗滑樁擋墻措施穩定邊坡。

在滑坡治理過程中遵循先減載后加固、先兩側后中間、先上部后下部的施工順序與隔樁開挖的施工原則。即在治理滑坡時應盡量減少滑體上的荷載，而不能在滑體上增加附加荷載;施工時先施工兩側和二級平臺上地表滑動變形小的抗滑樁，且在樁身達到設計強度并受力后再施工一級平臺上的抗滑樁;抗滑樁施工時必須采取隔樁開挖，確保工程安全，且開挖后必須及時施作鋼筋混凝土護壁，待混凝土強度滿足安全要求后才能進行下一循環開挖，每一循環開挖長度以不坍孔為原則。同時，加強對滑體的觀測，在一級與二級邊坡平臺及滑坡范圍周邊建筑物設置觀測點，定期進行觀測，雨季時增加觀測頻率。

以上措施的實施確保了千佛山段膨脹土路塹邊坡的長久穩定。

6 結論

綜上所述，千佛山段弱膨脹土路塹具有浸水膨脹較強烈、失水收縮較小、脹縮變形不大、抗剪強度指標隨含水量的增加而顯著降低、峰值強度明顯比殘余強度大、能往復脹縮變形的特點，導致了邊坡開挖后不穩。該段滑坡均發生于雨季長時間降雨后線路左側百米以內，由前緣坡腳或擋土墻頂剪出，滑體上可見縱向拉張裂縫，具有牽引式滑坡發展趨勢，其規模為淺層～中層的中小型土層滑坡。滑坡出現后，立即采取了防滲保濕、截水排水、支擋支撐、反壓填土等工程措施，避免滑坡進一步發展。因此膨脹土地區應避免深長路塹，避開雨季，選擇旱季施工，并應加強穩定邊坡措施。此外，施工過程中不應大面積、長時期裸露，施工應遵循分級、跳槽開挖的原則，施工間隔和雨季期間應對開挖坡面進行遮蓋、完善坡面地表排水措施，防止施工期間出現工程滑坡。

［1］工程地質手冊編委會．工程地質手冊(第四版)［M］．北京:中國建筑工業出版社，2006．

［2］蔣爵光．鐵路工程地質學［M］．北京:中國鐵道出版社，1991．

［3］中華人民共和國鐵道部．TB10035—2006 鐵路特殊路基設計規范［S］．北京:中國鐵道出版社，2006．

［4］杜紅偉，謝玉輝，張弛．南陽地區中弱膨脹土的試驗研究［J］．鐵道建筑，2010(8):107-109．

［5］黃書華，謝達文．鐵路路基病害整治技術［J］．鐵道建筑，2008(9):64-65．