南陽蒲山電廠鐵路專用線滑坡處理淺析

□何 康 □任澤垠 □王守玉 (國務院南水北調辦公室稽察大隊；南陽市水利建筑勘測設計院；河南靈捷水利勘測設計研究有限公司)

0 引言

蒲山電廠位于南陽市蒲山鎮，距南陽市區約11km。該電廠1997年開工建設，裝機容量為兩臺125MW機組。蒲山電廠是河南省首家中美合作建設的公用電廠項目，也是河南省“九五”能源建設重點項目之一。

鐵路專用線滑坡處距廠區1.80km。樁號DK3+148～228m右側路塹邊坡坍塌發生在工程竣工以后，于1997年6月上旬塹坡局部出現開裂、下沉。經多次大暴雨后，其范圍劇增，性質突變，7月下旬塌滑最為嚴重，達到了極限。滑距0.50～1.10m，塹頂地面開裂，下沉寬度范圍達8.00m，坡面裂縫橫生，漿砌平臺，拱帶斷裂、下沉。坡腳擋墻及側溝均向鐵路線路推移約0.80m，局部路基地面隆起約0.50m，影響軌道的安全。2010年7月，由于連續強降雨，致使該段鐵路線西側邊坡再次出現較大的深層滑坡。該滑坡較為嚴重，形成多條裂縫，最大裂縫寬度達1m以上，并形成多級臺階；滑坡體較大，滑裂面較深，從現場可以看到，滑裂面已深入到鐵路線路基以下；滑坡體長度>100m、寬度25m，滑坡土體積10000m3，滑坡體時刻危及鐵路安全。

1 基本情況

1.1 地形地貌

該區為緩丘崗坡，地面標高165.60～167.80m，地形坡度0.35%～4.69%，由西北向東南緩傾，線路右側（W）匯水面積大，其地表徑流傾向路塹，此段路塹高度8.00m，坡度1：1.75，塹頂地面較低凹，易積水，漿砌片石拱帶護坡，其土坡面沖蝕嚴重。該路段屬于深挖方路段，1997年6-7月發生了一次滑坡，做了換土、護砌、排水處理。

1.2 地質條件

該地段為第四紀中更新統洪湖積粘土及砂粘土，屬超固結地層，中低壓縮性，具中等Ⅱ級脹縮特性，節理裂隙發育，立壁性極差。該地層開挖后將產生不可逆的卸荷膨脹變形，但膨脹土體本身具有可逆的濕脹、干縮效應，經多次脹、縮循環后，其膨脹量仍然保持一相對穩定值。故人工邊坡防水、保濕措施至關重要，設計與施工必須嚴格遵守膨脹土規范、規定要求，確保工程質量。

根據勘察資料，該膨脹土坍塌體厚度3～5m，屬水害導致的路塹邊坡淺層塌滑。其自由膨脹率Fs為44%～83%，其平均值為56.40%；膨脹力Pp為5kPa～63kPa，平均值為22.50kPa，收縮系數為0.23～0.45，平均值為0.37；內摩擦角φ=13°～14°，粘聚力C=79kPa～140kPa，其抗剪強度殘余值為11.50°，Cr′=11kPa。

1.3 水文地質條件

蒲山電廠和鐵路專用線所在區域屬亞熱帶內陸性季風氣候，四季分明，年均氣溫14.9℃，最低氣溫在2月份，為-10℃以上，最高氣溫在8月份，高達38℃～43℃，年平均降水量805.70mm，個別年份達1000mm，正常降水量為805～810mm，其濕度系數為0.83，屬降水多水帶。冬春季節少雨，夏秋季節多雨，有70%的降水量集中于夏秋之間，風向為東北風，地表徑流較強，大氣影響深度為3.50m，大氣影響急劇層深度為1.58m。

區域地下水埋藏無一定規律，屬粘土裂隙，孔隙水，均由大氣降水滲入補給，一般水位埋深2～8m，變化幅度2～2.50m，水量隨季節變化而變化，受大氣降水補給影響，由西向東徑流。

2 滑坡機理分析

該段地層巖性主要為第四系中更新統沖洪積粘土混鈣質結核，顏色姜黃、棕黃、黃棕色，土中含有鐵錳質結核和鈣質結核，含鈣質結核為5%～10%。土體發育有網狀微裂縫，裂面具蠟狀光澤，裂隙中充填有少量灰綠色薄膜。根據提供的地質勘察資料，鐵路兩側邊坡土質均具有一定脹縮性。通過10組脹縮試驗指標統計，其自由膨脹率平均值為δet=53.70%，無荷膨脹率平均值為δe=2.40%，膨脹力Ρe=33.49kPa，伸縮率δv=15.13%，縮限18.10%，收縮系數λs=0.37，脹縮等級Ⅱ級。

鐵路開挖后，兩側邊坡臨空，直接承受大氣風化作用。受降雨、蒸發、溫度、地下水位升降等外力作用，影響邊坡土體結構和濕度，引起土體發生脹縮變形。根據探坑資料顯示，兩側邊坡自開挖坡面向內側可劃分為強風化層、弱風化層和微風化層三種形態。其影響規律是由表及里，由強到弱。膨脹土的多裂隙性使水容易滲入邊坡土體，引起膨脹、崩解，同時也加大了土體表面蒸發面積，促使水分蒸發，產生收縮開裂，溫度加速土中水分的轉移。降雨入滲使水的稠度變化，直接影響土體的抗剪強度。土體經過反復干縮濕脹變化，其抗剪強度隨時間劇烈衰減，邊坡土體也隨之連續變形而破壞，促使滑動體沿滑動面產生滑動。

3 滑坡處理設計

3.1 處理范圍

蒲山電廠鐵路線在灤崗村東邊進廠一帶為切崗深挖方段，岸坡高度在8～10m之間，兩邊邊坡較高，堆土高度大，該區段土質為膨脹性土。鐵路經過十幾年的運行，挖方段均有不同程度的滑坡現象。經挖探槽觀察，滑動面上下層土質有明顯區別。上層為沖洪積粘土，顏色為褐黃色，硬塑狀態，中密，稍濕。含鐵錳結核，網狀裂隙發育，閉合、短小；下層為沖洪積粘土混鈣質結核，為姜黃、棕黃、黃棕色，含鐵錳結核，含鈣質結核為5%～10%，直徑0.20～3.00cm。硬塑狀態，稍濕，密實。土體裂隙發育，沿裂面充填灰綠色薄膜，裂面光滑，具蠟質光澤。滑動面深淺不一，屬于深層滑動，滑坡體已使鐵路路基受到影響，排水溝受擠壓嚴重變形，路基發生輕微偏移，滑坡深度在2.50m。

本次滑坡體范圍為樁號0+000～0+102，治理范圍為樁號0－040～0+122，總長 162m。

3.2 方案比選

一般常用的滑坡處理措施有：削坡減載、綜合排水、工程支擋、草皮護坡。

本次擬定3種治理方案進行比較，即換土、加筋土、抗滑樁拱護坡，方案比較見表1。

表1 滑坡治理方案比較表

以上各種型式均采用明溝截流排水和漿砌石護坡，下面比較時不再敘述。①方案一換土。將邊坡上的滑體完全清除，清至滑動面以下，換以無膨脹粘土，控制土中最優含水量，分層（層厚15～20cm）夯實回填至設計標準斷面。換土時根據挖方高度，對填方以上的岸坡適量削方減載，坡頂以上削坡坡比1:2.00。回填土干密度≥16kN/m。該方案施工簡單，但挖填方量大，且填土施工質量不易保證，滑坡治理不徹底，對于深層大滑坡不太適應。②方案二加筋土。利用土工材料～土工格柵與土的高摩擦力、高咬合力，達到穩定土坡的目的。在岸坡土體內埋置6層筋材，層距70cm，筋材長度360～520cm，坡頂以上岸坡不再回填。該方案挖方量、填方量都很大，占用土地較多，優點是施工簡單，但對于深層大滑坡不很適合。③方案三抗滑樁拱形骨架護坡。采用鋼筋混凝土抗滑樁拱，拱圈矢跨比1/3（凈矢高2.00m），拱圈厚50cm，底部支承于抗滑樁上，樁徑1.00m，間距6.00m。該方案占地少，造價低，但施工較復雜，但對于深層大滑坡，能夠治理徹底。

經綜合比較，選用方案三，即抗滑樁拱形骨架護坡方案。

3.3 滑動推力計算

根據探坑資料顯示，本段邊坡滑動基本上是深層滑動，滑動面形狀是介于圓弧型和直線型之間近似圓弧自由平滑形滑面。

3.3.1 基本假定

①平行滑動方向上取1.00m寬的土條作為計算的基本斷面，其兩側摩阻力不計；②滑坡劃分若干計算段，每一計算段系整體滑動；③每一計算段的滑動面為直線，整個滑動面在斷面上為折線；④滑坡推力方向平行于滑動面；⑤滑坡推力應力分布圖形為矩形。

3.3.2 計算公式

滑坡體處于極限平衡狀態時滑坡推力，可由滑動塊體的靜力平衡方程得出。分段計算滑塊的剩余下滑力，通過滑塊間下滑力傳遞，求出最末塊體的剩余下滑力，即整個滑體的滑坡推力。具體計算公式如下：

式中：E—滑動塊體的推力；W—滑動塊體的重量，kN；α—滑動面的傾角，°；ψ—滑動面土體的內摩擦角，°；C—滑動面土體的粘聚力，kPa；L—滑動面的長度，m；ω—滑動塊體之間的傳遞系數；K—安全系數。其中:ωi=cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）·tgψi。

3.3.3 計算參數的選用

①C、ψ值：計算公式中C、ψ值比較敏感，取值的微小不同均能造成推力計算的較大差別。本次計算采用提供的地質參數，其中：C=13.00kPa，ψ=12.70°。②安全系數K：參考已建類似工程，安全系數K取為1.20。

3.3.4 計算結果

經過計算，滑坡推力為：E=85.80kN/m。

3.4 詳細處理措施

針對膨脹土遇水膨脹、失水收縮的特點，采用以抗滑樁拱支擋為主，同時考慮卸荷、排水、換土、護坡等綜合工程措施。典型斷面見圖1。

圖1 滑坡處理典型斷面圖

卸荷：按照距坡底5.00m高設寬1.50m的平臺，平臺以下以1:2.50的坡度進行削坡卸荷，以上1:2的坡度進行削坡卸荷。排水：在平臺內側設截水溝攔截坡水，截水溝臨坡側為頂寬30cm、底寬80cm、高100cm的Mu60M7.50漿砌石邊墻，臨平臺側為30cm厚Mu60M7.50漿砌石襯砌。臨坡面設φ8排水孔，以匯集坡內滲水。平臺上下側漿砌石護坡每隔5m設φ10排水孔一個，交錯布置。上側排水孔后設反濾土工布及少量反濾砂礫石，下側排水孔后設反濾土工布及50cm厚砂礫石滲水層，排水孔及滲水層的坡度均為1%。

支擋：根據滑動面的分布，在距坡底1.00m高范圍內設一貼坡拱，拱圈厚0.50m，高為4.30m，其中深入滑動面以下部分≥1.00m。拱片曲率半徑為3.25m，中心角134.76°；拱跨6.00m，矢高2.00m，在拱腳設C20鋼筋混凝土抗滑樁，樁徑1m，樁深9.50m。

換土：拱片基礎開挖后，在距拱背底部0.50m處以1:1.00的坡度與滑動面相接，清除滑坡土，回填“三七”灰土，回填相對密實度≥0.92。

護坡：為控制土中含水量和防止膨脹應力作用下形成風化軟弱層，對坡面進行護砌。護砌高度6.80～8.40m，護砌采用Mu60M7.50漿砌石護坡，厚30cm，護坡下鋪設15cm厚粗砂碎石墊層及反濾土工布一層。

4 工程預算

工程預算總投資為224.35萬元，其中建筑工程187.75萬元，施工臨時工程9.65萬元，獨立費用26.95萬元。主體工程總工程量為土方開挖7332.50m3，土方回填6190.80m3，混凝土377.30m3，砌體 1129.60m3，模板 1468m2，鋼筋制安 25.70t，鉆孔266m，抗滑樁208.90m3。主體工程主要材料用量為水泥335.70t，柴油 1093kg，汽油 412kg，碎石 2053m3，砂 774m3，塊石1220m3，鋼筋26.55t。總工時數量為6.83萬個。

5 結語

建于膨脹土地區的工程構筑物極易發生滑坡等地質災害，且往往對工程造成嚴重的不良后果。膨脹土地區的滑坡，一般是在多種因素綜合作用下形成，對于其處理，應根據實際情況，采用綜合治理方案，而在工程初期，應做好提前預防措施。