鷹廈鐵路K308+620滑坡穩定性分析與治理

羅金洪

中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070

1 工程概況

1.1 地形地貌

鷹廈鐵路K308+500—K308+740 段右側滑坡位于福建省沙縣龍江車站南端。滑坡區屬于低山河谷侵蝕地貌區，地形起伏較大，自然坡度 20°～35°［1］。山體植被較發育。該滑坡兩側沖溝發育，小里程側沖溝位于龍江車站附近，走向160°，大里程側沖溝位于洋口仔村附近，走向224°。滑坡工點平面見圖1。

圖1 滑坡工點平面

1.2 地質條件

1.2.1 地層巖性

滑坡區出露地層主要為：①第四系坡殘積粉質黏土。褐黃、褐紅色，稍濕～濕，可塑，厚1.0～3.0 m。②白堊系沙縣組砂礫巖，厚1.0～2.0 m。③震旦系黃潭組云母石英片巖，全～弱風化，原巖為粉砂巖、泥質砂巖。全風化層厚1.5～13.6 m，強風化層厚2.6～18.5 m，中風化層厚1.9～5.2 m。

1.2.2 地質構造

滑坡區位于閩西南凹陷帶的東北部，鄰近閩西北隆起帶。以NE、NNE向構造為主，其次為NW 向構造。滑坡區無斷層通過，在滑坡區NE側1 km處發育馬鋪-茅坪正斷層，走向 40°～60°，傾向 NW，傾角 60°～80°。滑坡區西北側1.5 km 處發育涌溪-仙洲斷層，走向40°～65°，傾向NW，傾角70°～80°，其性質為先壓后張扭。

在龍江車站北側沖溝量得一組傾向臨空側的產狀120°～132°∠25°～40°不利結構面。該結構面為控制滑坡的主滑面。

1.3 氣象、水文條件

1.3.1 氣象

滑坡區為亞熱帶季風氣候，氣候溫和濕潤，日照充足，夏季較長，年平均氣溫19.6 ℃，極端最高氣溫40.1 ℃，極端最低氣溫-7.1 ℃。雨量充沛，年平均降雨量1 662 mm，降雨多集中在3 月—7 月，春季陰雨連綿，6月和7月多暴雨。

2016年6月13日至26日連續14 d普降暴雨，降雨量達到 669 mm，其中6 月 14 日24 h 降雨量191 mm，6月18日24 h降雨量164 mm，暴雨量級達百年一遇。

1.3.2 水文

區內地表水系主要為滑坡坡腳的沙溪河，河寬200 m，流向NE55°。水量較大，受季節影響明顯。滑坡區地下水極為豐富，集中在全～強風化云母石英片巖中。地下水主要受大氣降水、基巖裂隙水和遠處斷層水補給，地下水流向與山坡傾向基本吻合，在坡腳開挖探槽時和龍江車站沖溝附近均有地下水出露。

2 滑坡形態及成因分析

2.1 滑坡空間形態

根據裂縫的展布情況、滑坡嚴重程度，將該滑坡分成兩個區：①Ⅰ區，里程為K308+500—K308+625；②Ⅱ區，里程為K308+625—K308+740。參見圖1。Ⅰ區滑坡體橫向寬125 m，縱向長約110 m，平面面積1.2 萬m2，滑坡后緣標高約148.0 m，前緣剪出口位于路基左側的路堤，標高約96.0m。Ⅱ區滑坡體橫向寬115 m，縱向長10～25 m。

滑坡災害發展較快，自 6 月 21 日 16：00 至 24 日18：00滑坡位移837 mm，平均每日位移271.5 mm。自6月20日20：30至23日9：30鐵軌最大位移達370 mm，平均每日位移約145.6 mm。隨時可能產生更大規模的山體滑坡，嚴重危及鐵路行車安全。

2.2 滑坡變形破壞情況及成因分析

2.2.1 滑坡周界

1）滑坡前緣剪出口。該滑坡前緣有三道剪出口。第一道剪出口位于車站1道和2道鐵軌之間，1 道鐵軌明顯隆起扭曲，向河側位移20～50 cm，變形范圍為K308+540—K308+600，長60 m，2 道鐵軌變形相對較小。第二道剪出口位于2道和3道鐵軌之間，6月23日3 道鐵軌明顯隆起扭曲，向河側位移10～30 cm，變形范圍為 K308+550—K308+600，長 50 m；6 月 25 日 3 道鐵軌明顯向河側位移，鐵軌扭曲成麻花狀。6 月21 日至6 月26 日鐵軌沉陷50 cm，向河側累計水平位移1.1 m。第三道剪出口位于向河側路堤路基面下3.5 m處，坡面出現溜坍，滲水量大。

2）滑坡后緣裂縫。該滑坡后緣有三道裂縫，裂縫總體走向NE30°～40°。第一道后緣裂縫高出路基面20～22 m，可見深度0.5～0.8 m，縫寬5～10 cm，裂縫走向NE30°。第二道后緣裂縫高出路基面28～30 m，裂縫長40 m，下錯0.2 m，可見深度0.5～1.0 m，縫寬5～15 cm，裂縫走向NE40°。第三道后緣裂縫高出路基面40～45 m，裂縫長30 m，下錯1.0 m，可見深度0.5～0.8 m，縫寬20～40 cm，裂縫走向NE35°。

3）滑坡側界及其他裂縫。滑坡大里程端側界裂縫位于K308+625附近，裸露的基巖崩落、掉塊；K308+600 附近漿砌片石外鼓開裂。滑坡小里程端側界裂縫位于龍江車站附近，K308+560、K308+540 處站臺、柵欄、矮墻錯斷；K308+540 處站臺混凝土面錯斷；K308+570處坡面吊溝開裂錯位，坡腳邊溝積水嚴重。

2.2.2 滑動面

該滑坡沿順傾向結構面（120°～132°∠25°～40°）滑動，主滑面在全風化和強風化分界面處，滑動方向121°，主滑面傾角22°，滑面為折線型。

2.2.3 滑坡規模

根據滑坡的變形跡象及對滑動面的分析，滑動后刷方前滑面深約12.0 m，滑體體積為14.0 萬m3。滑坡發生后，現場采取了刷方減載應急措施。刷方后滑面深約8.5 m，滑體體積為10.5 萬m3，屬中層中型滑坡。

2.2.4 滑坡成因分析

綜合考慮滑坡區地形地貌、工程地質水文地質條件、滑坡空間形態、滑坡規模、人類活動的擾動、氣象氣候等因素［2-3］，判斷該滑坡破壞模式為多道前緣剪出口、多道后緣裂縫、沿順傾向結構面的滑動。由于邊坡土體松動、坡體裂縫張開，地表雨水更易下滲并軟化滑帶土，使其力學強度大大降低，滑面可能會向深部發展，邊坡極易整體滑動。以下從內因和外因兩個方面對滑坡成因進行分析。

1）滑坡體內部致災因素：①地質構造。邊坡巖土體結構面傾向與邊坡坡向一致，為滑坡形成提供了有利條件。②地層巖性。邊坡巖體為云母石英片巖，極易風化，巖性軟弱，強度低。③地下水。滑坡區地下水補給充分，在地下水的長期浸潤下風化后的云母石英片巖力學強度降低，促使滑坡發生。

2）外界誘發因素：①人類活動的擾動。滑坡路塹邊坡為開挖原始山體形成，路塹長約240 m，高30～50 m，開挖時未對路塹邊坡采取支擋加固和防護措施，致使路塹邊坡長期遭受日曬雨淋，加速了巖體風化、裂隙張開，雨水滲入導致路塹邊坡巖體強度降低，加上長期的列車行駛振動，破壞了巖體原有應力平衡。②氣象氣候因素。經受百年一遇暴雨時，大量地表水下滲，地下水位急劇升高，不僅軟化了滑動面巖土體，而且增加了滑體靜水和動水壓力。

3 滑坡穩定性分析

根據滑坡發生時實測斷面數據、滑坡空間形態分布、變形破壞程度、變形速率等情況，推演滑坡發生的各種可能滑動形式，反算單個或組合滑體在各滑動面的力學參數。通過多次模擬反算，結合滑坡勘察取樣室內試驗結果，確定滑面力學參數。

根據GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》，采用傳遞系數法對滑坡的穩定系數進行計算。

3.1 指標反算

根據滑坡破壞形態、裂縫分布特征，刷方減載前滑坡穩定系數取0.9。通過試驗得到巖土參數，見表1。

表1 牽引段和主滑段巖土參數

反算得到刷方前K308+547、K308+565、K308+585斷面處原地形滑動帶巖土內摩擦角分別為12.0°、12.3°、12.7°。不同斷面處地面輪廓、滑面傾角、滑體大小不同。為確保工程安全，考慮最不利情況滑動帶巖土內摩擦角取12.0°。

3.2 穩定性評價

經反演計算，滑坡Ⅰ區刷方后K308+547、K308+565、K308+585 斷面處正常工況下邊坡穩定系數分別為1.06、1.04、1.01；暴雨工況下邊坡穩定系數分別為1.01、0.99、0.97。暴雨工況下邊坡穩定系數小于1.00，因此判定Ⅰ區刷方后邊坡處于不穩定狀態。

同理計算，對滑坡Ⅱ區刷方后K308+643、K308+666、K308+697 斷面處正常工況下邊坡穩定系數均為1.11；暴雨工況下邊坡穩定系數均為1.08。雖然暴雨工況下邊坡穩定系數大于1.00，但小于1.15，因此判定Ⅱ區刷方后邊坡也處于欠穩定狀態。滑坡Ⅰ區、Ⅱ區刷方后均需加固治理。

Si基諧振式光學微腔陀螺的核心敏感元件為一無源的微米級諧振腔,代替了光纖環結構,極大的減小了陀螺的體積,并提高了穩定性,在小型化、集成化上具有獨特的優勢,成為各國航天、國防等研究機構的研究熱點,是慣性導航技術微型化、集成化的關鍵器件[1-7]。

3.3 滑坡推力計算

根據反算結果和以往設計經驗，穩定系數取1.20，計算得到暴雨工況下剩余水平下滑力，據其確定錨固工程所需抗滑力，見表2、表3。

表2 Ⅰ區剩余水平下滑力和錨固工程抗滑力計算結果 kN·m-1

表3 Ⅱ區剩余水平下滑力和錨固工程抗滑力計算結果 kN·m-1

4 滑坡治理

4.1 滑坡治理原則

①安全可靠。找準滑坡原因，分清主次，措施得當。②技術可行。選擇在現有施工水平能夠實現的方案。③經濟合理。通過方案比選，選出經濟合理的優化方案。④治早治小。對局部變形先行加固，限制其發展。⑤因地制宜。盡量就地取材，盡可能采用新型治理技術。⑥施工簡便且干擾小。盡量不影響既有線的正常運行。

4.2 滑坡治理方案比選

基于對滑坡穩定性的分析，參考同類工程治理經驗［4-5］，充分考慮對滑坡已經部分采取刷方減載應急措施，結合滑坡治理原則，提出三種治理方案。方案Ⅰ：坡腳多排豎向鋼花管注漿+坡面多排預應力錨索框架梁錨固+坡體內設仰斜式排水孔。方案Ⅱ：邊坡刷方減載+框架錨桿。方案Ⅲ：雙排抗滑樁+框架錨桿。各方案優缺點對比見表4。綜合考慮，確定采用方案Ⅰ。

表4 各方案優缺點對比

4.3 滑坡治理方案

1）Ⅰ區

①坡面采用12～15 排4φ15.2 預應力錨索框架，錨索長22.0～28.0 m，框架豎肋沿線路方向間距3.0 m，框架梁截面尺寸為0.5 m（厚）×0.6 m（寬），框架內采用三維網植草。②坡腳設3 排豎向鋼花管注漿。鋼花管采用φ89 厚4.5 mm 無縫鋼管，長12.0 m，排距1.5 m，沿線路方向間距2.0 m。③由于河流長期沖刷和水位頻繁升降，K308+510—K308+540 段靠河側路堤可能坍塌，因此在該段設2排豎向鋼花管注漿。鋼花管采用φ89 厚4.5 mm 無縫鋼管，長14.0 m，排距1.5 m，沿線路方向間距2.0 m。④在一級坡腳平面以上 2.0、5.0、13.0、25.0 m 處各設 1 排仰斜式排水孔，孔深22.0～32.0 m，仰孔向上翹5°，采用φ110 鉆孔內塞φ80 軟式透水管，沿線路方向間距3.0 m。⑤刷方后塹頂外5.0 m 處設一道截水天溝，截排塹頂雨水，各級平臺設截水溝，坡腳設側溝。

2）Ⅱ區

①從標高127.0 m 開始，坡面設4φ15.2 預應力錨索框架，錨索長22.0～26.0 m，框架豎肋沿線路方向間距3.0 m，框架豎肋截面尺寸為0.4 m（厚）×0.5 m（寬），橫梁截面尺寸為0.2 m（厚）×0.5 m（寬），框架內噴草籽。②修復塹頂既有截水溝，同時在距既有水溝外10.0 m處新設一道截水溝。

4.4 滑坡監測

監測滑坡水平位移、地下水位。監測期限為一年。監測頻率：施工前1 次，施工期間5 次，竣工后1次。監測斷面為K308+565、K308+697。

4.5 滑坡治理效果

通過多排豎向鋼花管注漿“固腳”和多排預應力錨索框架梁錨固“強腰”，快速控制了滑坡巖體變形的進一步發展，增強了滑坡巖體的安全穩定性。仰斜式排水孔、截水溝等排水設施將巖土體內積水排出，并快速引排地表水，提高了邊坡巖土體物理力學強度。

5 結語

綜合考慮滑坡區地形地貌、工程地質水文地質條件、滑坡致災原因、破壞模式等，通過比較選擇“坡腳多排豎向鋼花管注漿+坡面多排預應力錨索框架梁錨固+坡體內設仰斜式排水孔”的固腳強腰治理方案。

經綜合治理后，經歷多個雨季考驗，滑坡一直處于穩定狀態，達到了預期效果。