膨脹土（巖）地區(qū)鐵路路塹順層滑坡原因分析及治理方案研究

韓 健

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

膨脹土（巖）是一種高塑性黏土，黏粒成分主要由蒙脫石、伊利石等親水礦物組成。土體隨環(huán)境的干濕變化，具有吸水膨脹、軟化、崩解和失水收縮、開裂、硬結(jié)現(xiàn)象，以及反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定。

順向坡是指坡面走向、傾向與巖層走向、傾向一致或接近一致的層狀結(jié)構(gòu)的斜坡，包括自然順層斜坡和人工開挖順層邊坡。斜坡巖體沿巖層層面、軟弱夾層面或?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)面剪切滑移而形成順層滑坡是其主要的變形破壞方式。

文章以某既有鐵路為例，簡(jiǎn)要介紹其中一處路塹滑坡病害發(fā)育情況，對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并研究切實(shí)可行的治理方案。

1 工程概況

某膨脹土（巖）地區(qū)既有鐵路已開通運(yùn)營(yíng)近10年，因施工質(zhì)量不到位及養(yǎng)護(hù)不善等，出現(xiàn)了多處路基病害，威脅著鐵路運(yùn)營(yíng)安全。其中某一路塹滑坡段路基長(zhǎng)約300m，該段路塹左側(cè)共2級(jí)邊坡，最大邊高度約20m，滑坡體體積約5萬(wàn)m3。

1.1 地形地貌

該段屬于剝蝕丘陵區(qū)，地形起伏，自然坡度為20～30°，相對(duì)高差為20～30m。

1.2 地層巖性

地表覆蓋第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土（Qel+dl1），4棕紅色、褐黃色，層厚1～4m，硬塑，Ⅱ級(jí)普通土，σ0=150kPa。

下伏基巖為下第三系漸-始新統(tǒng)泥巖（E2+3Ms）：紫紅色、灰白色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層-中層狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟，局部夾粉砂巖薄層。全風(fēng)化，層厚1～6m，Ⅲ級(jí)硬土，σ0=200kPa；強(qiáng)風(fēng)化，層厚2～4m，節(jié)理裂隙很發(fā)育，Ⅳ級(jí)軟石，σ0=250kPa；弱風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，Ⅳ級(jí)軟石，σ0=400kPa。遇水極易軟化、崩解，承載力急劇降低。泥巖主要節(jié)理產(chǎn)狀為314°∠87°，41°∠86°，呈“X”形節(jié)理，組合產(chǎn)狀對(duì)邊坡穩(wěn)定不利，節(jié)理間距為0.4～0.6m。

1.3 不良地質(zhì)及特殊巖土

該段不良地質(zhì)主要為順層，巖層層理產(chǎn)狀為5°∠16°，巖層走向與線路走向夾角為2°。巖層傾向線路右側(cè)，左側(cè)路塹邊坡形成順層，層面c=3kPa，φ=16°。

特殊巖土主要為膨脹土，由粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化泥巖組成，主要分布于山坡表層，層厚1～4m，紅褐色夾雜灰白色、黃褐色團(tuán)塊，土體裂隙較發(fā)育，見擦痕及光面。膨脹土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 膨脹土主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)《鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程》（TB 10038—2012）中膨脹土（巖）的主要判定指標(biāo)，判定該段膨脹土具有弱膨脹性。

1.4 水文地質(zhì)及地震參數(shù)

地下水主要為基巖裂隙水，主要賦存于泥巖中，由大氣降水補(bǔ)給，水量較小。地下水位埋深較大，勘察期間未見地下水露頭。地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g，相當(dāng)于地震基本烈度小于六度，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

1.5 氣象條件

項(xiàng)目地處亞熱帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫在14～22℃，年平均降水量為1237～1510mm。雨水多集中在4～8月，其降水量占年總量的51%。

2 滑坡現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況及原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

2019年7月6日—14日當(dāng)?shù)剡B續(xù)暴雨、大暴雨后，該段路塹邊坡發(fā)生了變形滑塌，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)繪及勘探后得到滑坡應(yīng)急測(cè)繪正射影像，如圖1所示。

圖1 滑坡應(yīng)急測(cè)繪正射影像

邊坡平臺(tái)排水溝及塹頂截水溝多處淤積、堵塞，排水不暢，排水溝外側(cè)溝壁擠壓破壞嚴(yán)重。一級(jí)邊坡明顯變形，發(fā)育多條弧形裂縫，裂縫寬3～35cm，錯(cuò)距10～40cm，裂縫延伸長(zhǎng)度16～20m，裂縫后壁傾向線路，傾角約85°。路塹擋墻整體發(fā)生擠出、位移，墻頂平臺(tái)上發(fā)育有2條擠壓鼓脹裂縫，裂縫平行于線路。現(xiàn)場(chǎng)邊坡裂縫及損毀情況如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)邊坡裂縫及損毀情況

2.2 原因分析

2019年7月6日—14日當(dāng)?shù)卦馐芏噍啅?qiáng)降雨襲擊，出現(xiàn)近年持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的連續(xù)暴雨、大暴雨天氣，最大日降水量為105.9mm。邊坡平臺(tái)排水溝及塹頂截水溝淤積、堵塞，排水不暢，降水大量下滲。表層粉質(zhì)黏土及全、強(qiáng)風(fēng)化泥巖在長(zhǎng)期、大量的降雨入滲情況下，其含水率增大，自重增大，抗剪強(qiáng)度降低，自穩(wěn)性變差，引發(fā)變形滑塌。

滑坡發(fā)生后，鐵路公司組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位以及工務(wù)段等多方進(jìn)行了病害整治責(zé)任分析會(huì)。根據(jù)勘查滑坡段現(xiàn)場(chǎng)破檢結(jié)果，會(huì)議研究后明確：施工單位未按設(shè)計(jì)圖紙施作路基段防護(hù)工程，支擋防護(hù)不到位，施工質(zhì)量差，是發(fā)生邊坡滑坡的主要原因。

3 滑坡治理方案建議

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)路基病害情況，從支擋加固、邊坡防護(hù)及路基排水等方面綜合考慮，及時(shí)采取針對(duì)性的措施進(jìn)行整治，以保障鐵路運(yùn)營(yíng)安全。滑坡段治理措施橫斷面如圖3所示。

圖3 滑坡段治理措施橫斷面

3.1 支擋加固

根據(jù)滑坡原因分析，此次滑坡病害除了連續(xù)強(qiáng)降雨的直接因素，施工質(zhì)量差以及未按原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行加固防護(hù)是滑坡產(chǎn)生的主要原因。因此，此滑坡病害的治理措施主要從加強(qiáng)支擋防止再次發(fā)生滑坡的角度入手。

為避免滑坡體繼續(xù)發(fā)展，在滑坡體后緣設(shè)置一排抗滑樁。采用鋼筋混凝土澆筑，樁身尺寸為2.0m×2.25m（寬×厚），樁間距為6.0m，樁長(zhǎng)12～14m；樁后插鋼筋混凝土預(yù)制板，間隔或分層開挖樁前滑坡體并拆除損毀擋土墻；樁前平臺(tái)寬度不小于5m，采用錨桿加固等措施加強(qiáng)樁前剩余土體的整體穩(wěn)定性。

3.2 邊坡防護(hù)

為有效隔防雨水，減弱膨脹土的干縮濕脹效應(yīng)，增強(qiáng)邊坡土體的穩(wěn)定性，結(jié)合淺層破壞情況，該段路塹邊坡采用帶截水槽的錨桿框架梁內(nèi)空心磚客土植草防護(hù)。框架梁采用鋼筋混凝土澆筑，樁頂以上二級(jí)邊坡錨桿長(zhǎng)度為12.0m，樁前邊坡錨桿長(zhǎng)度為6m，邊坡坡率在1∶1.75～1∶2。

3.3 路基排水

由于表層粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化泥巖具弱膨脹性，泥巖遇水極易軟化、崩解，因此加強(qiáng)排水措施設(shè)置，確保排水暢通，減少水對(duì)路基的影響，是整治膨脹土（巖）路基病害、保證路基穩(wěn)定的關(guān)鍵。

立即截排地表水及坡面積水，對(duì)所有裂縫采用黏土夯填封閉，避免雨水沖刷邊坡和下滲到膨脹土中。塹頂外根據(jù)地形設(shè)置天溝，邊坡設(shè)置仰斜排水孔等地下排水措施，并及時(shí)疏通淤積、堵塞的排水溝，修復(fù)已損壞的側(cè)溝，保證排水通暢。

4 結(jié)束語(yǔ)

滑坡穩(wěn)定性主要受其內(nèi)部因素（地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層巖性）控制，同時(shí)又受外部因素（降雨及人類工程活動(dòng)）影響。干濕循環(huán)導(dǎo)致膨脹土（巖）強(qiáng)度衰減以及順層邊坡易沿軟弱層面滑動(dòng)的受力特點(diǎn)是膨脹土（巖）地區(qū)順層滑坡病害頻發(fā)的主要內(nèi)因，水是促使滑坡發(fā)生和發(fā)展的主要外因，加強(qiáng)路基防排水是保證邊坡穩(wěn)定、整治膨脹土路基病害的關(guān)鍵所在。對(duì)滑坡體清方減重、設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)（抗滑樁），可以有效改善滑體的力學(xué)平衡條件，是滑坡治理中廣泛采用的工程措施。