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(zé)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(qū)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(cè)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(tǒng)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(tǒng)劍閣組(K1jn)泥巖夾砂巖，基巖巖體產(chǎn)狀平緩(N20°E/3°NW，傾向線路右側(cè))，垂直節(jié)理發(fā)育。區(qū)內(nèi)無斷裂、褶皺構(gòu)造;地表水、地下水不發(fā)育。

2009年底該段路塹開始施工，至次年7月雨季后線路左側(cè)邊坡先后發(fā)生工程滑坡3處。經(jīng)過施工整治和采取加強預(yù)防措施，到2010年下半年基本穩(wěn)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(guī)試驗統(tǒng)計

試驗指標(biāo)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(shù)、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(jié)果為弱膨脹土結(jié)論相吻合［1］。該段膨脹土的抗剪強度指標(biāo)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(fù)剪切過程中，隨剪切變形的發(fā)展，土粒排列轉(zhuǎn)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(xiàn)應(yīng)變軟化性質(zhì)，強度明顯降低［2］。

表2 膨脹土特殊試驗統(tǒng)計

表3 膨脹土樣判別試驗統(tǒng)計

3 邊坡及其擋護形式

膨脹土地區(qū)路基應(yīng)嚴(yán)格控制邊坡高度，路塹邊坡高度不宜超過15 m，并應(yīng)加強穩(wěn)定邊坡措施［3］。路塹邊坡設(shè)計應(yīng)遵循緩坡率、寬平臺、加固坡腳和適宜的坡面防護相結(jié)合的原則［4-5］。

段內(nèi)路塹邊坡高度＜6 m時，設(shè)一級邊坡，邊坡坡率采用1∶1.5，不設(shè)邊坡平臺，采用在錨桿框架梁內(nèi)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(nèi)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(cè)設(shè)置平臺截水溝。所有路塹邊坡塹頂外設(shè)置天溝，引排地表水和平臺截水溝水。

邊坡坡腳設(shè)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(fā)生于線路左側(cè)，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?；w厚 2．0 ～8．0 m，體積約3.2×104m3，為一小型中層滑坡?；律嗲熬壘植客馏w出現(xiàn)富水現(xiàn)象?；瑒又鬏S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(xiàn)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?；瑒又鬏S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?；w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(fā)生在路塹左側(cè)45～100 m內(nèi)，滑動方向均面向線路右側(cè)，滑坡前緣在坡腳(側(cè)溝)處或擋墻頂;滑體內(nèi)地表出現(xiàn)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(cè)地表出現(xiàn)多道寬約1～2 cm的不連續(xù)剪切裂縫，深10～30 cm，裂縫隨滑坡發(fā)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(fā)生在雨季連續(xù)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(chǎn)生側(cè)向水壓力，這是滑坡產(chǎn)生的水平推動力。

2)膨脹土的特性是其主要內(nèi)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(nèi)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(chǎn)生的膨脹力使土體易在下伏土石界面與前緣坡腳形成應(yīng)力集中，而導(dǎo)致剪裂隙的產(chǎn)生及不斷擴大，最終形成聯(lián)通的滑動面?；骐S著含水量增高，呈現(xiàn)軟化性質(zhì)，強度明顯降低。最終在側(cè)向水壓力的推動下產(chǎn)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(cè)溝)處或擋墻頂處剪出。

4)目前，膨脹土路塹的設(shè)計邊坡均比當(dāng)?shù)刈匀贿吰露福@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(wěn)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(xiàn)，這是其產(chǎn)生坍滑的一個重要外因。

5.2 工程滑坡整治淺析

滑坡發(fā)生初期治理措施的關(guān)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(tǒng)，防止地表水進入滑坡范圍;②對滑坡范圍內(nèi)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(shè)縱向、橫向排水管排出路塹積水。

變更設(shè)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(shè)路塹錨固樁，防止滑坡進一步發(fā)展;②分別在滑坡與潛在滑坡范圍外增設(shè)環(huán)形截水溝;③在潛在滑坡場坪范圍內(nèi)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(shè)置支撐滲溝;⑤在滑體中埋設(shè)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(chǎn)生新的滑坡，采取增設(shè)二級抗滑樁擋墻措施穩(wěn)定邊坡。

在滑坡治理過程中遵循先減載后加固、先兩側(cè)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(yīng)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(cè)和二級平臺上地表滑動變形小的抗滑樁，且在樁身達到設(shè)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(huán)開挖，每一循環(huán)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(shè)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(wěn)定。

6 結(jié)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(biāo)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(fù)脹縮變形的特點，導(dǎo)致了邊坡開挖后不穩(wěn)。該段滑坡均發(fā)生于雨季長時間降雨后線路左側(cè)百米以內(nèi)，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(fā)展趨勢，其規(guī)模為淺層～中層的中小型土層滑坡?；鲁霈F(xiàn)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(fā)展。因此膨脹土地區(qū)應(yīng)避免深長路塹，避開雨季，選擇旱季施工，并應(yīng)加強穩(wěn)定邊坡措施。此外，施工過程中不應(yīng)大面積、長時期裸露，施工應(yīng)遵循分級、跳槽開挖的原則，施工間隔和雨季期間應(yīng)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(xiàn)工程滑坡。

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

［2］蔣爵光．鐵路工程地質(zhì)學(xué)［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(shè)計規(guī)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(qū)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(shù)［J］．鐵道建筑，2008(9):64-65．