山区铁路工程滑坡治理与探讨

山区铁路工程滑坡治理与探讨

石有权

中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司  云南昆明 650200

摘要：以某铁路车站滑坡工程为依托，介绍了车站滑坡的发生、发展过程，分析了其形成原因，并对其稳定性进行了检算，最后采取了永临结合的综合整治措施治理滑坡，整治效果良好，为今后山区铁路类似工程滑坡治理提供了借鉴和参考。

关键词：滑坡；形成原因；稳定性；整治

0 引言

山区铁路建设过程中，往往由于地质条件变化、施工工序不合理、降雨等因素影响，从而易造成边坡失稳。滑坡作为发生频率和成灾损失最大的地质灾害类型，占我国地质灾害总数的50～60%[1-2]，后期治理将大幅增加工程费用，同时影响建设工期。在滑坡治理措施上，主要采用清方减载、前缘反压、抗滑桩、微型桩、锚索框架、地表、地下截排水等综合措施治理，从而限制滑体移动，达到滑坡治理的目的。

本文以某铁路车站D2K92+364～+500右侧施工产生的中型岩质滑坡治理为背景，对毗邻高速公路等复杂条件下山区铁路的施工及滑坡治理，提出了因地制宜采用回填反压、微型桩加固为临时应急抢险措施，以抗滑桩、锚索框架梁分级稳定为永久加固措施，做到永临结合，在此基础上探讨了施工过程中如何减少或避免工程滑坡的问题。

1 工程概况

1.1 地形地貌

测区属侵蚀、剥蚀低中山河谷地貌，线路行进于羊地冲河两侧斜坡地带，地形起伏较大，地面高程2095～2240m，相对高差30～150m，自然横坡5º～30º，河谷区相对平缓，线路右侧堑顶上方毗邻楚大高速公路，见图1。

图1 工程区滑坡地形全貌

1.2 气象水文条件

测区平均年降水量为1500mm～1600mm，主要降水在每年的5月～10月,占全年降水量的85%左右，其它月份为少雨季节。年平均蒸发量为2300mm左右，3、4、5月份蒸发量最大，分别为412mm、441mm、260mm，年平均相对湿度为57%。地下水为第四系基岩裂隙水，靠大气降水补给，坡面在雨季有地下水出露。

1.3 地层岩性

测区地表覆盖第四系全新统<2-1>人工填土（Q4ml）块石土，滑坡堆积层<2-4>（Q4del）块石土，<6-3>坡残积（Q4dl+el）粉质黏土分布于沟槽两侧斜坡地带，下伏白垩系下统<12-1>普昌河组（K1p）薄至中厚层状泥岩夹砂岩，该地层局部存在差异风化，弱风化带（W2）内夹透镜状全风化（W4）和强风化（W3）。

1.4 地质构造

区域构造属南北向（经向）构造带和北西向（青藏滇歹字型）构造带复核部位。次级构造为拉唔村-禾甸街褶皱小区与邓川—向阳—弥渡遮断小区。该区域褶皱、断裂多呈南北向展布，局部转向北东和北西向的现象，褶皱多被破坏。受其影响测区内发育普棚复式向斜。

1.5 水文地质条件

地表水为羊地冲河河水，常年流水，流量受季节降雨影响较大。

地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。第四系孔隙水潜水主要赋存于河床内所覆盖第四系土层中，由大气降雨及河水补给，与河水有密切水力联系，地下水位面主要受河水控制，水量较丰富，沟槽内地下水位1～3m；基岩裂隙水赋存于基岩裂隙中，介质多为砂岩、泥质，水量较小，主要由地表水及壤中水下渗补给。

1.6地震及参数

根据《国家地震动参数区划图》（GB18306-2001）所示，测区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。

1.7原设计工程情况

设计边坡以强、弱风化泥岩夹砂岩为主，D2K92+340～+500右侧路堑坡脚设置4.0～6.0m高重力式挡土墙，墙顶以上第一级边坡坡比为1:1.25，边坡高度为10m，采用锚杆框架梁防护，框架梁节点间距为4m，锚杆长度为10m，墙顶以上第二级边坡坡比为1:1.5, 边坡高度为2.0～8.0m，采用浆砌片石人字型截水骨架内植物护坡防护。铁路上方有楚大高速公路通过，平面距离约103m，高差约40m，见图2。

图2 D2K92+340～+500右侧原设计代表性横断面

2 滑坡的发生、发展趋势及原因分析

2.1 滑坡的发生和发展趋势

该段路堑开挖至距设计路肩标高以上1.60m附近时，前缘出现较高临空面且未防护。施工单位例行巡视时发现堑坡顶向大里程方向有一条向外剪出10cm的裂缝，往上巡视发现滑坡后缓平台发育四条张拉裂缝，高速公路上发育4条裂缝，公路下面发育两条裂缝。施工单位随即上报建设单位，参建四方当日到达现场踏勘后同意先对其前缘临空面进行回填反压，同时立即安排对滑坡体进行变形监测，最初观测的高速公路观测点数据变化较快，到晚间位移量最大达每小时17mm，随后增加了应急抢险力度，加快了回填反压的速度。次日，观测数据趋于稳定，说明前缘反压起到了很好的抗滑效果，之后滑坡处于稳定状态。

2.2 滑坡特征

经勘探查明，滑坡位于D2K92+364～+500线路右侧17～135m范围，平面上呈树叶形，主轴长约145m，最宽为68m，滑坡体厚5～13m，最厚达16.7m，体积约7.4×10

4m3，为一中型岩质牵引式滑坡。该滑坡由Ⅰ、Ⅱ级两个滑体组成，地貌特征及其周界裂缝明显、清晰。滑体主要由强风化砂岩、泥岩组成，局部为泥化或全风化薄层泥岩、砂岩组成（产生蠕滑变形后滑体划分为<2-4>层块石土）。钻探揭示滑动面以上为强风化、局部弱风化薄层至中厚层紫红、棕黄色、灰绿色泥岩、砂岩，滑动带为泥化成土的薄层泥岩（厚度仅3mm）。其中Ⅰ级滑坡主轴长约96m，宽约68m，滑坡后部缓坡平台发育四条拉张裂缝，裂缝与线路夹角约60°，裂缝最长16m，最短4m，宽度为1～3mm，裂缝最大间距约13m。Ⅱ级滑坡主轴长约47.5m，宽约45m，滑坡体在高速公路路基面上发育4条裂缝，长度大约分别为8m、10m、18m、2m，间距1～4m，宽度1～2mm，可见深度最深5mm；公路下面发育2条裂缝，长度分别为16m、28m，可见最大宽度10cm，最大深度20cm。Ⅱ级滑坡前缘发育三条裂缝，长度分别为3m、6m、7m，可见最大宽度3mm，最大深度6mm，其剪出口位于强风化层中，滑面光滑。滑坡主轴与铁路和公路斜交，交角约60度，其在铁路右侧堑坡处与剪出面相交，并可见第一级与第二级堑坡间平台长约10m坍塌，第一级边坡下滑剪出后采取过浆砌片石嵌补，滑坡平面见图3。

图3 D2K92+340～+500右侧滑坡平面示意图

2.3 滑坡产生的原因分析

2.3.1 地质原因分析

该段地貌为斜坡地带，坡面冲沟发育，地表基岩出露较好，为白垩系下统普昌河组（K1p）泥岩夹砂岩，薄至中厚层状，多属软质岩，局部属极软岩，岩层风化碎裂，遇水易软化。

普棚向斜核部及北东翼，岩体受构造影响严重，岩体节理裂隙发育、破碎，完整性差，存在不易查清的隐伏软弱结构面。

路堑开挖后形成较高临空面为诱因，致使坡体前缘产生卸荷，在重力及近期雨水影响下，山坡上局部岩体沿隐伏软弱结构面蠕滑剪出，并向上牵引发生地表开裂、变形。

2.3.2施工原因分析

施工单位一次性放坡开挖路堑边坡，未执行分层开挖、分级防护原则，未及时施做边坡防护措施,在开挖至设计路基面以上1.6米位置时，将该段路堑挡墙基坑拉槽施工，未采取跳槽开挖、分段浇筑，不符合设计及相关施工规范的的要求。

3滑坡稳定性评价

3.1 滑面确定

根据地质勘探分析，路基边坡前缘形成临空面以后，泥岩夹砂岩强风化层与弱风化层接触带由于地表降水下渗影响，工程力学指标降低，引起破碎岩体沿接触面蠕滑变形，逐步发展形成滑坡。因而，泥岩夹砂岩强风化层与弱风化层接触带为本次滑坡滑动面，见图6。

3.2 岩土体物理力学参数

3.3 计算方法[4]及计算工况

3.3.1 计算方法

滑坡稳定性分析和推力计算根据规范采用传递系数法，计算软件采用本院自主研发的《边坡稳定性分析》软件，该软件可进行边坡稳定性分析和滑坡剩余下滑力计算，再利用《抗滑桩》软件，可进行抗滑桩配筋设计，生成抗滑桩结构设计图。

3.3.2 计算工况

根据本工点地形、地貌、工程地质、水文地质、周边环境等因素，按照《铁路路基设计规范》规定的稳定性分析要求，铁路路基稳定性分析工况分为两种即一般工况和地震工况，考虑到本工点施工时间为雨季，故参考《公路路基设计规范》的稳定性分析工况，本工点增加第三种工况即暴雨或连续降雨状态下的工况进行同步分析，三种工况如下：

工况一：一般工况，边坡处于天然状态下的工况。

工况二：地震工况，边坡处于地震等荷载作用下的工况。

工况三：暴雨或连续降雨工况，边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况。地表水下渗引起岩土体重度增加和力学指标降低。

3.4稳定性分析评价

根据上述确定的计算参数[3]和工况，对滑坡主轴断面进行各种工况条件下的稳定性分析和剩余下滑力计算，整体稳定性计算结果见表2（分级检算、越顶检算情况在此未列表）。

根据稳定性分析结果，在天然状态下滑坡体的稳定性系数为1.06，处于欠稳定状态；在地震工况下，考虑地震力的影响，滑坡体的稳定性系数为0.87，处于失稳状态；在暴雨或连续降雨工况下，由于地表水下渗造成岩土体重度增加和力学指标降低，滑坡体的稳定性系数为0.99，处于极限平衡状态，存在蠕变、拉裂、滑移的风险，与现场情况吻合。

目前，滑坡前缘剪出口已部分剪出，后缘在楚大高速公路左幅路基面上已形成拉裂缝，侧向裂缝还未完全贯通，地表中部有横向裂缝，滑坡有进一步发展的趋势，存在整体失稳的可能性，对楚大高速公路运营安全也有较大影响，需采取整治措施。

4 滑坡整治工程措施

根据滑坡现状考虑高速公路运营安全等因素，工程措施经多方案比选论证并经参建各方同意后分为两步整治:第一步，进行应急处置[5]，防止滑坡进一步发展，确保高速公路不中断行车且运营安全；第二步，根据补勘查明的地质条件进行永久性加固。临时措施与永久措施要做到永临结合，合理布置，统筹兼顾。

4.1 应急抢险加固措施

（1）对D2K92+360～D2K92+480段已经开挖路堑进行回填土反压，直至滑坡稳定，本项工作已经进行。

（2）根据现场裂缝分布情况，结合地形初步判识滑体厚度，在高速公路下方设置一排微型桩[6]，确保高速公路运营安全。微型桩具有桩位布置灵活、适应性强、施工设备简单、施工速度快、无需开挖、对滑体扰动小的特点，微型桩加固里程范围为D2K92+336～D2K92+401，长65m，每个微型桩单元由9根钻孔桩组成一个组合结构，上部由钢筋混凝土顶板联接。微型桩组合结构间距（中-中）均为3.5m，共设19个微型桩单元，微型桩桩长（垂直高度）为20m。钻孔桩孔径为150mm，孔内放置3根φ32mmHRB400钢筋构成束筋，入孔后灌注水泥浆，见图4。

图4 微型桩组合结构示意

4.2 永久加固措施

（1）D2K92+348～D2K92+474右侧长126m，于路堑坡脚、第一级边坡平台、滑坡前缘、中后部各设置一排抗滑桩，共计39根，用于分级、分台治理Ⅰ级、Ⅱ级滑坡，防止滑动和滑体越顶剪出。桩截面分别为1.5×1.75m～2.0×3.0m，桩间距（中-中）为6.0～7.0m，桩长12.0m～23.0m，见图5、图6。

（2）D2K92+370～D2K92+490右侧，长120m，坡脚墙顶以上第一级边坡，设锚杆框架梁护坡，锚杆长度为12.0m，钻孔直径为φ110mm。

（3）D2K92+374～D2K92+467右侧长93m，墙顶以上第二级边坡，D2K92+340～D2K92+400右侧长60m，楚大高速公路旁微型桩下方，采用锚索框架梁加固，与抗滑桩共同作用，确保滑坡稳定。锚索节点间距为3.0m～4.0m，锚索长度为20～27m，钻孔直径为φ130mm，孔内灌注M35纯水泥浆，注浆压力为0.6～0.8MPa。

（4）对滑坡体内裂缝采用粘土夯填密实，对公路路面裂缝采用沥青灌缝处理，防止雨水下渗软化滑体、泥化滑面。按照平面布置图在滑坡周界外和滑坡体内各设置一条截水沟，拦截坡面雨水，减少地表水流入滑体内，并使滑体范围内的地表水迅速排出滑体。本项措施要求在应急抢险期间及早择机实施，以利于滑坡稳定。

图5 D2K92+340～+500右侧滑坡治理工程平面布置图

图6 D2K92+340～+500右侧滑坡治理工程主轴断面图

5 滑坡工程监测及整治效果评价

根据滑坡观测网布置图，该滑坡体和高速公路共布置了17个监测点，进行滑坡加固过程中和工程完工后的变形监测，用于评判滑坡体和高速公路的稳定状态、指导现场施工、预测发展趋势和工后防治效果检验。

整治工程完成后，根据监测数据分析，滑坡在蠕滑变形阶段采用回填反压、微型桩应急措施防止滑坡进一步发展，确保高速公路安全通行是合理的。工后位移变形量的70%在工程完工后一个月内完成，一年后滑坡位移停止，边坡处于稳定状态，铁路运营至今未发现病害，整治效果良好，表明本设计采用的抗滑桩、锚杆（索）框架梁永久措施分级、分台治理滑坡是成功的。

6．结语

（1）从现场调查和地质补勘资料分析，该滑坡为一中型岩质滑坡，滑坡的产生主要为前缘路堑开挖形成较高临空面，且防护不及时，在重力、卸荷作用及近期雨水影响下，山坡上局部岩体沿隐伏软弱结构面蠕滑剪出，向上牵引发生地表开裂、变形。在灾害发生的初期，由于发现及时，处置得当，果断采取了有效的应急措施，及时阻止了滑坡的进一步发展，保障了高速公路的稳定和安全通行。实际表明，在应急抢险阶段，采用回填反压和施工快捷的微型桩对中小型滑坡进行初步整治，加强滑坡体截排水工作，待滑坡基本稳定后再采用抗滑桩、锚索框架梁等措施进行彻底整治是行之有效的。

（2）山区铁路地质条件复杂，岩体受构造影响严重，节理裂隙发育，岩体破碎，完整性差，可能存在不易查清的隐伏软弱结构面，给工程开挖带来隐患。施工期间，地质人员应加强现场巡视、检查，着重检查地质变化、软弱夹层、不利结构面、隐伏结构面、残存结构面，分析对其工程的不利影响，积极采用有效补强措施，减少地质灾害的发生。

（3）路堑上方分布有道路、房屋、铁塔等重要结构物、建筑物时，除加强稳定性分析和风险评估外，还应加强施工中的巡视和坡体变形监测，用以指导施工。

（4）施工单位应加强施工管理，严格执行有关操作规程，按设计文件和规范要求作业，杜绝施工不当导致的工程滑坡，减少工程费用增加和由此引起的工期延误。

（5）大气降水对土体的浸湿、饱和、下渗软化作用，降低了岩土体物理力学指标，常常促使路基边坡、山坡坡体稳定性降低，容易产生滑坡等病害。当滑坡病害发生时，应加强滑坡体的裂缝填补和截排水工作，将可能停滞在滑坡范围以内的水迅速排除出去，并防止滑坡范围以外的地面水流入滑坡范围内。

（6）滑坡稳定性监测是一项重要工作，涵盖施工安全监测和防治效果监测，用以指导工程实施、调整施工进度、研判发展趋势和评估整治效果。

参考文献 ：

［1］肖进,重大滑坡灾害应急处置理论与实践[D].成都:成都理工大学,2009

［2］裴振伟,吴昊等.滑坡地质灾害应急处置技术研究进展[J].防灾减灾工程学报2021-41(6)

［3］苏自约 ，岩土锚固技术手册[M]  北京 人民交通出版社 2004

［4］铁道部第一勘测设计院,铁路工程技术手册-路基[M] 北京.中国铁道出版社1992

［5］刘传正.重大土法地质灾害应急处置的基本问题[J]自然灾害学报,2006,15(3)

［6］张蕊,微型桩在昆玉河线小型滑坡中应用[J]路基工程总第203期