紅花村古滑坡加固設計研究及穩定性分析

蔣 恒

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

1 工程概況

1.1 工程簡介

紅花村滑坡位于某鐵路隧道進口端右側斜坡上，線路里程為D4K239+640～D4K239+770段，滑坡體呈長舌狀向南西向站布，滑坡軸長約370 m，寬70～230 m，厚5～30 m，體積約86×104m3，為一大型中層—厚層堆積層滑坡。代表斷面如圖1所示。

圖1 代表性橫斷面加固設計

1.2 地質概況

組成滑坡的物資成份為粉質黏土(局部為松潘黃土)、粗角礫土為主，石質成份為砂巖、炭質板巖，滑床下部為三疊系上統上統新都橋組(T3x)炭質板巖、砂巖，推測滑帶為土巖接觸帶附近。滑坡體自然橫坡20～45 °，局部稍陡，坡面大部分為荒地，植被較差，滑體前緣為岷江河谷階地，地形平緩，并有紅花村分布，部分民房分布于滑坡前緣地帶。從滑體的鉆孔資料分析，滑坡體上部為粉質黏土(成份以松潘黃土為主)，下部為粗角礫土，推測該滑坡發生于第四系早期，目前處于穩定狀態。

1.3 水文條件

測段內地表水主要為坡面雨水。地下水主要為炭質板巖、砂巖中的基巖裂隙水，對混凝土結構具有酸性侵蝕，環境作用等級為H1，該工點屬于嚴寒地區，混凝土耐久性按D2凍融環境考慮。地震動峰值加速度為0.30g。

1.4 氣象特征

本線成都至川主寺(黃勝關站)段位于四川省西北部，地形高差大，區域跨度大，氣候由四川盆地濕熱氣候帶的溫暖濕潤向溫暖帶、溫帶、寒溫帶、高山寒冷帶氣候的川西高原季風氣候區過度。年平均氣溫6～16.3 ℃，極端最高氣溫一般在31.3～36.7 ℃，極端最低氣溫一般在-5.3～-21.1 ℃。年平均降雨量484.1～1 215.1 mm。

2 古滑坡危害及病害情況

2.1 古滑坡危害

受地質力或自身重力的影響，經過復雜的造山及地質運動，山體某些部位的巖體沿地層中各種原生或次生弱面或直接切層滑動形成滑坡或堆積體。這種滑坡或堆積體再次經過漫長的地質年代到現在，其中有些已經達到了相對穩定的狀態。這就是山區工程建設中常遇到的一類特殊地質體——古滑坡[1]。根據劉傳正[2]、崔鵬[3]、黃潤秋等[4]及徐穎[5]等專家在古滑坡復活肇災場地調查顯示，古滑坡在地形地貌、巖層層序、滑帶、巖丘及其邊界等方面具有自身的獨特特征。在這種地質體上進行工程建造容易改變滑坡坡體內部的平衡和穩定，導致其復活起跳、組構裂解，造成災難性的后果。由殷躍平[6]教授主編的《中國典型滑坡》畫冊，王濤等[7]以及黃潤秋，許強等教授[8-10]撰寫的有關滑坡研究專著中收錄和分析的大量滑坡災害實例，其中有相當部分是古滑坡被擾動復活所致。因此，在進行大規模工程建設前，為維護其穩定性，首先得對古滑坡本身的穩定程度進行評估，并進行設計加固。

2.2 病害情況

某鐵路隧道進口紅花村滑坡位于高地震烈度區，從滑坡體的鉆孔資料分析，滑坡體上部為粉質黏土(成份以松潘黃土為主)，下部為粗角礫土。推測該滑坡發生于第四系早期，據現場調查:紅花村的部份民房在滑坡前緣已修建好多年，房屋完好，沒被滑坡毀壞過，從該滑體表部看，沒有滑動過的跡象，目前處于穩定狀態。但由于線路從古滑坡前緣地段通過，工程施工易引起古滑坡復活或局部坍塌、引起整個斜坡失穩滑動，對某鐵路隧道進口端的相關工程、路基工程及紅花村的部份分民房影響較大，為確保紅花村部份分民房及相關工程不受影響，需對該滑坡進行加固防護設計。

3 工程措施及穩定性分析

3.1 主要工程措施

結合工程地質資料，采用抗滑樁、錨索框架梁支擋體系，結合地表排水體系對滑坡體進行綜合治理。其設計治理工程措施如下，在對其進行穩定性效驗。

3.1.1 抗滑樁

某鐵路隧道進口紅花村滑坡共設103根抗滑樁，樁平面位置詳見圖2。1#～87#樁長邊平行于主軸，88#～103#樁長邊和7軸夾角18 °，樁身采用C40鋼筋混凝土灌筑，樁頂空樁采用C25片石混凝土回填，并保持順坡排水，以防形成積水坑。

圖2 某鐵路隧道進口紅花村滑坡整治工程平面設計

3.1.2 錨索與錨索框架梁

15#～22#及88#～103#抗滑樁樁頂預留2孔錨索，第一排錨索孔距樁頂2 m，第二排錨索孔距樁頂4 m。樁身澆筑時在預留錨索孔位置預埋φ130 mm鋼管。錨索孔施工完畢后孔口0.1 m用低標號水泥砂漿封孔，以免雨水入滲。

某鐵路隧道進口右側邊坡較陡，局部直立，為確保該邊坡的穩定，將該陡坎按1∶1.25分級刷坡(分級高度10 m，預留2 m寬平臺)后，于12#樁頂至23#樁頂邊坡設3 m間距錨索框架梁內植灌草護坡進行加固。錨索框架梁采用C35鋼筋混凝土澆筑，按正面圖每隔3～4框架設置伸縮縫及施工縫。錨索設計為壓力分散型錨索，鉆孔直徑φ110 mm，錨孔與水平面下傾角20 °，每孔錨索設計錨固段長10 m，分為兩個單元，錨索長20～25 m(不含1.5 m的張拉長度)，錨索均采用4束φ15.2 mm高強度、低松弛鋼無粘結絞線制作，設計錨固力300 kN，每孔錨索按設計預應力的15 %進行超張拉。錨索注漿采用M35水泥砂漿，注漿壓力不小于0.6 MPa，錨頭采用C40混凝土封閉。

3.1.3 擋土板

12#～23#及88#～103#抗滑樁樁后高出地面部份掛擋土板，從樁頂往下高度小于6 m擋土板按甲型板施做，高度大于6 m按乙型板施做，板后回填碎石土。

3.1.4 排水溝

沿坡面設縱橫向排水溝，縱向排水溝采用底寬0.6 m，溝深0.8 m，壁厚0.3 m的梯形C35混凝土溝，橫向排水溝采用底寬0.4 m，溝深0.6 m，壁厚0.2 m的梯形混凝土溝，排水溝出接入隧道頂部的截水天溝中及路基排水溝，整個坡面排水應形成一個完整的排水系統，施工時可根據天然溝槽具體情況適當調整水溝位置。

3.2 穩定性校驗

各地層主要物理力學參數取值如表1所示。

結合滑坡體的地層巖性、水文條件，氣象特征等地質勘察資料，分析其病害現狀及其發展規律后，采用剩余下滑力方法進行滑坡推力計算，錨固段地基為巖層，或上層為土層，下層為巖層，樁底為自由端，以3#主軸、5#主軸和7#主軸為控制斷面對淺層和深層滑面分別進行檢算。控制面為深層滑面，由于此工程處于高地震烈度區，直接計算有震工況，則深層滑面在有震工況下安全系數K=1.1時，滑坡設計推力分別為5 275 kN/m、5 719 kN/m、3 583 kN/m。因3#主軸與5#主軸滑坡推力較接近，本工程設計時以5#主軸和7#主軸為依據對滑坡進行抗滑設防。根據TB 10025-2006《鐵路路基支擋結構設計規范》的要求，對103根抗滑樁進行配筋計算。各樁所受滑坡推力如表2所示。

(1)第一排樁：以主軸5#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力1 200 kN/m，5#樁計算(適用1#～6#樁、12#～24#、23#樁配筋圖)，其配筋結果如表3、表4所示，代表設計如圖3、圖4。10#樁計算(適用7#～11#樁配筋圖)計算時適當加大推力為1 500 kN/m，20#樁計算預留了錨索孔(適用15#～23#樁配筋圖)。

(2)第二排樁：28#樁計算(適用24#～29#樁配筋圖、55#、63#)以主軸7#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力1500 kN/m；31#樁計算(適用30#～48#樁配筋圖)以主軸5#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力2 000 kN/m。

(3)第三排樁：50#樁計算(適用49#、50#、72#、74#樁)與54#樁計算(適用51#～54#)以主軸7#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力均為800 kN/m；56#樁計算(適用56#～62#樁)與66#樁計算(適用65#～71#樁)以主軸5#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力1 400 kN/m。

(4)第四排樁：73#樁計算(適用72#～74#樁)以主軸7#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力610 kN/m；80#樁計算(適用76#～84#樁)與85#樁計算(適用85#～87#樁)以主軸5#斷面計算滑坡推力為設計依據，分擔滑坡推力1 200 kN/m。

4 治理效果

施工步驟主要為：首先，施工坡面截排水措施，然后，從下至上分排施工抗滑樁，再施工洞門右側錨索框架梁，最后施工洞門及隧道工程。其中，抗滑樁施工采用人工開挖，抗滑樁間隔一樁開挖，確保施工安全，抗滑樁樁樁井基巖面以上開挖采用加強型混凝土鎖口和護壁，嚴防樁壁土質及破碎強風化巖石在挖孔過程中坍塌，基巖面以下采用普通型護壁。進入遇到中風化巖層時，采用空壓風鉆與淺眼爆破掘進組合的掘進方式。樁孔土石方采用電動卷揚機提升出渣，不同地層渣土人工轉運分開堆放收集，機械裝運至臨時渣場備用做路基填料。完成鋼筋籠制安報監理驗收后進行樁身混凝土澆注。紅花村滑坡位抗滑樁施工直接制約著某鐵路隧道進口的開工，施工任務量大，工期緊，工作面條件有限，出渣后必須及時運走，同時要兼顧12#～23#樁頂邊坡的預應力錨索框架梁的施工。該段103根抗滑樁分為2個循環開挖，第一循環開挖奇數樁號，第二循環開挖偶數樁號，保證同一排、同一軸上樁間隔開挖(圖5)。

表1 巖土物理力學參數

表2 各樁所受滑坡推力

表3 5#樁豎向受拉鋼筋布置

表4 5#樁箍筋布置

圖3 代表樁豎向主筋布置(單位:m)

圖4 代表樁箍筋布置(單位:cm)

圖5 抗滑樁施工

為防止修建大型便道中造成滑坡或邊坡塌方，因該段抗滑樁施工不允許建施工便道。施工中采用溜槽溜滑挖基土；鋼筋運輸采用卷場機通過溜槽內將鋼筋往上拉，通過轉運至需要位置；樁基混凝土采用輸送泵泵送混凝土接力形式，將混凝土直接泵送樁孔內。同時，采用全站儀和測斜儀對其表面和深部位移進行監控量測，判定滑坡的穩定狀態。

以上工程完成后，經監控量測，滑坡處于穩定狀態，有效遏制災害發生(圖6)。

圖6 施工完成效果

5 結束語

該隧道于2014年完工，從監控量測資料顯示，治理后的紅花村滑坡處于穩定狀態，未對隧道工程造成不利影響。

(1)本工程針對紅花村滑坡治理工程共設四排，103根抗滑樁，在最不利條件，有震工況下取三個主截面進行滑坡推力設計計算，再以深層滑坡為控制面，根據其抗滑樁數量，分別計算每個截面的推力，進行配筋設計，保證治理效果的良好實施。

(2)滑坡推力計算以3#主軸、5#主軸和7#主軸為控制斷面分別對淺層和深層滑面分別進行檢算，當存在兩主軸計算結果接近時，可根據工程計算原則進行取舍，本工程最終采用5#主軸和7#主軸對滑坡進行抗滑設防。

(3)對紅花村古滑坡進行治理，結合工程地質資料，對其安全風險進行評估后，重點設計計算了其防護方式，采用抗滑樁、錨索框架梁支擋體系，結合地表排水體系對滑坡體進行綜合治理，驗證了處理方式的合理性，取得了良好的社會經濟效益，可供類似工程參考。