雷能忠，鐘瑜隆，陳三姍

(武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300)

鷹廈鐵路K339滑坡區(qū)工程地質(zhì)特征及治理

雷能忠，鐘瑜隆，陳三姍

(武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300)

文章在對鷹廈鐵路K339滑坡區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了滑坡形態(tài)、地形地貌、巖土類型與地層巖性、巖土力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)等工程地質(zhì)特征，并對滑坡形成條件與成因進(jìn)行探討。選擇了5個(gè)剖面，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算了正常工況和暴雨條件下的滑坡推力，其值均大于零，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；針對滑坡體的特征，提出了滑坡防治的工程措施和施工注意事項(xiàng)。

鷹廈鐵路；滑坡；工程地質(zhì)特征；滑坡推力；治理；福建省

0 引言

鷹廈鐵路于1954年動(dòng)工興建，1957年竣工通車，是福建省第一條出省鐵路通道。鷹廈鐵路北起江西省鷹潭市，南至福建省廈門市，全長694 km[1]。鷹廈鐵路初建為戰(zhàn)備線，線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低。其南段沿江修建，地勢險(xiǎn)要，北段崇山峻嶺坡陡彎急，受臺(tái)風(fēng)影響年降雨量大且集中，頻繁誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等各類地質(zhì)災(zāi)害，影響鐵路運(yùn)行安全。為治理鷹廈鐵路滑坡地質(zhì)災(zāi)害，相關(guān)部門開展了大量的巖土工程勘察工作，并獲得了豐富的地勘資料。

本次研究區(qū)為鷹廈線一典型路塹邊坡，位于鷹廈鐵路K339+150～+440處。此段塹坡2005年予以整治，初始拱形護(hù)坡，后又在拱圈內(nèi)填筑漿砌片石，近期在護(hù)坡上部采用框架錨桿加固；坡上設(shè)天溝，排水系統(tǒng)較完整。2010年4月至6月，因臺(tái)風(fēng)作用，福建省東北部山區(qū)持續(xù)特大暴雨，K339滑坡區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了一些變形破壞現(xiàn)象。滑坡頂部天溝下邊緣出現(xiàn)多處裂縫與錯(cuò)位，滑坡邊緣側(cè)溝表層受擠壓變形，使部分測溝蓋板鼓起上翹，錨桿鋼筋混凝土帽產(chǎn)生較大形態(tài)改變。

在本次研究工作中，首先采用路線工程地質(zhì)調(diào)查方法，采用槽探、井探、工程地質(zhì)鉆探相結(jié)合，同時(shí)結(jié)合各種原位測試和室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)技術(shù)，將詳細(xì)了解K339滑坡的工程地質(zhì)特征，分析滑坡產(chǎn)生的原因、規(guī)模，以及滑坡與下部巖層的接觸關(guān)系，并將對滑坡在各種工況下變形破壞的特征及其發(fā)展趨勢作出評述，根據(jù)其危害性提出切實(shí)可行的防治措施。

1 工程地質(zhì)特征

1.1 地形地貌與滑坡形態(tài)

滑坡為路塹邊坡，位于鷹廈鐵路K339+150～+440處，縱長290 m，橫向?qū)挾?0～80 m，相對最大高差50 m，滑坡下陡上緩，下部約40°，后緣30°。鷹廈鐵路從K339滑坡的坡腳部位通過，鐵路線左側(cè)為滑坡山體，右側(cè)為富屯溪，路塹邊坡高度為20～30 m。自然坡坡度約30°～40°，植被茂盛，松樹、杉樹密布于山坡上，見圖1。

圖1 K339滑坡地形示意圖Fig.1 Topographic sketch of landslide K339

圖2 側(cè)溝蓋板變形Fig.2 Cover plate deformation around side ditch

圖3 滑坡下部漿砌片石護(hù)坡整體外鼓Fig.3 Drum deformation of mortar rubbleat bottom of the landslide

2010年4月至6月連續(xù)特大暴雨，誘發(fā)了滑坡病害，具體表現(xiàn)為：

①K339+160～+320線路左側(cè)蓋板溝受擠變形，部分蓋板隆起上蹺，見圖2；

②K339+160～+350線路左側(cè)塹坡下部漿砌片石護(hù)坡整體外鼓約0.5～2 cm，見圖3；

③K339+160～+350線路左側(cè)塹坡的既有框架錨桿護(hù)坡框架梁變形，部分混泥土剝落，見圖4；

④K339+160～+440線路左側(cè)塹頂天溝下邊緣及塹坡多處出現(xiàn)裂縫、錯(cuò)落，見圖5。

K339滑坡所處區(qū)域地形為山地，中亞熱帶氣候，四季分明，冬天寒冷，夏天酷熱。區(qū)內(nèi)森林覆蓋率高，植被繁茂。區(qū)內(nèi)雨量豐富，降雨主要集中于4—9月臺(tái)風(fēng)活動(dòng)期。年平均降雨量平均達(dá)到1 430 mm，多年最大降雨量2 783.5 mm，最小降雨量875 mm，每年4—9月為雨季，其它時(shí)間為旱季[2]。年平均氣溫17.9℃～21.2℃，極端最高氣溫43.2℃，極端最低氣溫-10.3℃，無霜期平均長達(dá)247天以上。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造與地震作用

福建省區(qū)域地質(zhì)圖[3]顯示，區(qū)域上有SN向斷層通過，但區(qū)域內(nèi)山體均由變質(zhì)巖系組成，除了節(jié)理構(gòu)造及局部褶皺外，未見大的斷裂構(gòu)造，區(qū)域地質(zhì)基本穩(wěn)定。

圖4 既有框架梁變形Fig.4 Deformation of the old framed girder

圖5 塹頂天溝下邊緣裂縫Fig.5 Cracks along the lower edge ofgutter of top of cutting slope

圖6 坡體物質(zhì)結(jié)構(gòu)剖面圖(9—10剖面)Fig．6 Profilesofthelandslidematerialconstruction

根據(jù)GB18306—2001《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，K339滑坡場地的地震動(dòng)峰值加速度處于0.05 g與小于0.05 g交接處，以0.05 g計(jì)算，相應(yīng)于抗震設(shè)防烈度6度。綜合評定場地土的類型為中硬土，場地類別為Ⅱ類，特征周期Tg=0.35 s，特征周期分區(qū)為一區(qū)。

1.3 地層巖性

不同風(fēng)化程度巖石特征不盡相同。(1)全風(fēng)化云母石英片巖(見圖⑥中④1)：褐黃色、黃色，巖石風(fēng)化呈土狀，中壓縮性；巖石破碎，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面鐵染成黑色，原巖結(jié)構(gòu)已全部破壞，手捏即碎，手感黏滑；夾有石英巖脈，石英巖脈已風(fēng)化成石英角礫；此層頂板標(biāo)高42.40～90.10 m，層厚3.1～20.7 m。(2)強(qiáng)風(fēng)化云母石英片巖(見圖⑥中④2)：褐黃色及灰黑色，巖石嚴(yán)重風(fēng)化，但巖石結(jié)構(gòu)仍較完整，節(jié)理面呈黑色鐵染，基本保留原巖結(jié)構(gòu)，手可掰碎；夾有石英脈，但未見完整巖芯，僅有巖塊取出，強(qiáng)度較高；此層頂板標(biāo)高34.20～74.90 m。揭露厚度3.30～24.00 m。(3)弱風(fēng)化云母片巖(見圖⑥中④3)：綠泥綠簾石片巖，灰綠色、青灰色，巖芯呈柱狀，飽和狀態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度7.1～10.5 MPa；最大揭示厚度僅6.0 m。

1.4 巖土的物理力學(xué)指標(biāo)

主要巖土層的室內(nèi)試驗(yàn)成果見表1，原位測試成果見表2[4-5]所述。

表1 K339滑坡巖土的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

1.5 水文地質(zhì)

K339滑坡場地為山地地形，地表面大小沖溝十分發(fā)育，降雨先以面流向小沖溝，再向大沖溝匯聚，最后流入鐵路沿線的富屯溪。臺(tái)風(fēng)是影響該地區(qū)降雨量的重要因素。在4—9月臺(tái)風(fēng)季節(jié)，受地形阻擋，臺(tái)風(fēng)經(jīng)常帶來大暴雨，雨量大且集中。

滑坡場地巖土中的孔隙潛水主要賦存于上部第四系殘積、坡積層黏土、粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化云母片巖層中?？碧桨l(fā)現(xiàn)，坡殘積土中的孔隙水常常呈多層或透鏡狀出現(xiàn)，具備上層滯水性質(zhì)。潛水的水位變化幅度大，大氣降水是主要補(bǔ)給源。

裂隙水主要賦存于滑坡下部云母石英片巖巖石構(gòu)造裂隙、層間裂隙和風(fēng)化裂隙中，水量較小，但在基巖中的構(gòu)造破碎帶及巖層節(jié)理裂隙發(fā)育部位較豐富。裂隙水的補(bǔ)給和排泄都通過河流進(jìn)行。

2 滑坡變形破壞機(jī)制及穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡形成條件及原因

針對滑坡的發(fā)生、發(fā)展過程，結(jié)合地形地貌、地層巖性及水文地質(zhì)條件等方面的綜合分析，滑坡產(chǎn)生的主要原因有如下幾點(diǎn)：

(1)水的作用。K339滑坡所處地區(qū)為亞熱帶性山地氣候，每年4—9月臺(tái)風(fēng)季節(jié)，雨量大且集中，頻繁發(fā)生大暴雨。2010年4月至6月，多次臺(tái)風(fēng)經(jīng)過本區(qū)，鷹廈鐵路沿線連續(xù)大暴雨，雨水從坡面下滲進(jìn)入滑坡上部土層中，使得巖土迅速飽和，其抗剪強(qiáng)度大大降低，引起鷹廈鐵路沿線多處邊坡出現(xiàn)局部或整體滑移變形。

(2)人為活動(dòng)。K339滑坡為路塹邊坡，是修建鷹廈鐵路開挖形成的，由于支擋較遲，形成了一個(gè)長達(dá)250 m，高20～30 m臨空離散面，導(dǎo)致滑坡自然山體自重平衡受到破壞。線路右側(cè)緊鄰富屯溪早期建設(shè)了洋口水庫電站，水庫蓄放水形成的水位落差高達(dá)7～10 m，長年庫區(qū)水位漲落，對坡腳巖土層產(chǎn)生持續(xù)侵蝕破壞，加快了坡腳基巖風(fēng)化破壞，巖石軟化，誘發(fā)坡岸滑塌變形。

(3)巖土工程性質(zhì)。K339滑坡上部覆蓋層殘坡積粉質(zhì)黏土，土層結(jié)構(gòu)松散，孔隙度大，地下水發(fā)育，滑坡下部的全風(fēng)化云母片巖結(jié)構(gòu)破碎，整體性差；同時(shí)，風(fēng)化作用產(chǎn)生的云母、絹云母礦物力學(xué)性質(zhì)上具有天然滑膩狀，都大大降低了巖土之間的結(jié)合力。

2.2 穩(wěn)定性分析與評價(jià)

根據(jù)GB 50330—2002《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》要求，邊坡穩(wěn)定性評價(jià)一般應(yīng)包括邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的定性分析、邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算、邊坡穩(wěn)定性及其發(fā)展變化趨勢的綜合評價(jià)分析[6-7]。

邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)遵循的原則是，以定性分析為基礎(chǔ)，輔助以定量計(jì)算手段，進(jìn)行綜合評價(jià)。根據(jù)研究滑坡的地層巖性，巖土類型及其物理力學(xué)性質(zhì)，水文地質(zhì)，地質(zhì)作用等工程地質(zhì)條件，從已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，分析可能的破壞模式，并對其穩(wěn)定性發(fā)展趨勢做出估計(jì)，是邊坡穩(wěn)定性分析的主要內(nèi)容[8]。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該滑坡后緣裂縫位于天溝內(nèi)側(cè)，該裂縫長約20 m，寬1～2 cm，可見深度約0.5 m，調(diào)查時(shí)該裂縫已采用彩條布封蓋(見圖5)。線路左側(cè)側(cè)溝受擠壓變形，蓋板凸起，側(cè)溝以上漿砌片石護(hù)坡伸縮縫處鼓脹外擠，推測該滑坡其前緣出口位于線路左側(cè)側(cè)溝溝底。

根據(jù)鉆探資料分析，該滑坡的滑動(dòng)面大部位于全風(fēng)化云母石英片巖巖層中，主滑面傾角30°左右。根據(jù)滑坡的變形跡象和滑動(dòng)分析，該滑坡體的原深度為8～15 m，滑體體積約12×104m3，為一中型滑坡。

滑坡推力及滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的計(jì)算是邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的主要內(nèi)容。目前，在滑坡推力計(jì)算方法方面有很多種方法可供選擇，如瑞典條分法、畢肖普法、傳遞系數(shù)法、分塊極限平衡法，以及簡布法等[6-7]。另外，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[8]，也可以用圓弧滑動(dòng)法、平面滑動(dòng)法及折線滑動(dòng)法。

本次研究使用折線滑動(dòng)法對K339滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。按《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10025—2006)的相關(guān)規(guī)定[9]，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力。

滑坡推力計(jì)算公式，如下：

Ei=KsWisinαi-Wicosαitanφi-cili+ψiEi-1

(1)

式中，Ei為第i個(gè)條塊末端的滑坡推力(kN/m)；Ks為安全系數(shù)，可采用1.05～1.25[8]；Wi為第i塊滑體的重力(kN/m)；Ei-1為第i-1塊滑坡推力(kN/m)；αi為第i塊滑動(dòng)面傾角(°)；αi-1為第i-1塊滑動(dòng)面傾角(°)；φi為第i塊滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角(°)；ci為第i塊滑動(dòng)面黏聚力(kPa)；li為第i塊滑動(dòng)面長度(m)；ψi為傳遞系數(shù)。

傳遞系數(shù)公式，如下：

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(2)

當(dāng)最后一條塊剩余下滑力小于等于零時(shí)，可判斷為滑坡巖土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)最后一條塊剩余下滑力大于零時(shí)說明滑坡巖土體不穩(wěn)定，所確定的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面為潛在滑動(dòng)面，計(jì)算得到的En推力值可作為設(shè)計(jì)滑坡治理支擋結(jié)構(gòu)所承受的推力。

根據(jù)工勘資料所提供的滑坡的特征，并采用公式(1)，考慮正常工況和暴雨工況，分別利用天然狀態(tài)和水飽和狀態(tài)兩種參數(shù)，對圖1中1—2、3—6、7—8、9—10、11—12號(hào)剖面進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，結(jié)果見表3。從表3可以看出，無論是正常工況還是暴雨工況，全部5個(gè)剖面中的滑動(dòng)面都處于潛在滑動(dòng)狀態(tài)，其中9—10號(hào)剖面兩種工況下的滑坡推力在5個(gè)剖面中都是最大的，這與9—10號(hào)剖面相對坡度較大有緊密聯(lián)系。

3 滑坡工程治理措施

依據(jù)工程地質(zhì)勘察獲得的數(shù)據(jù)資料綜合分析，結(jié)合支擋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和已有支擋工程，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，在滑坡的不同部位，分別采用抗滑樁、錨桿框架梁和預(yù)應(yīng)力錨索框架梁三種支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行邊坡支護(hù)[9-16]。

3.1 抗滑樁

在K339+168～+440左側(cè)距線路中心約13 m處設(shè)第一排C35鋼筋砼抗滑樁，樁間距6 m，根據(jù)滑坡推力設(shè)計(jì)樁型。在K339+150～+200左側(cè)距線路中心約84 m處設(shè)第二排抗滑樁，樁間距6 m?？够瑯妒┕?yīng)跳樁間隔施工基坑，同時(shí)護(hù)壁要及時(shí)跟進(jìn)。及時(shí)連續(xù)且不間斷澆灌抗滑樁樁身混凝土，不能形成次生軟弱截面。樁身混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C35。根據(jù)水質(zhì)分析報(bào)告，本段地下水對混凝土有酸性及二氧化硫侵蝕，所有砌體及圬工均需采取防侵蝕性措施。

3.2 錨桿框架梁

在K339+210～+440左側(cè)塹坡下部(抗滑樁以下)既有漿砌片石護(hù)坡采用錨桿框架梁進(jìn)行加固防護(hù)，錨桿長9 m，錨桿縱向間距5.5～5.8 m，橫向垂高3.0 m，框架梁截面尺寸300 mm×300 mm。錨桿采用兩根直徑25 mm的HRB335螺紋鋼制作，計(jì)算得到錨桿水平面角度為15°～20°；在錨頭部位，使用彎鉤與框架梁主筋焊接或綁扎牢固，支架與錨桿全部采用焊接連接增加強(qiáng)度；錨桿桿身每隔1.5 m設(shè)一個(gè)對中支架，采用直徑12 mm鋼筋制作。錨桿外露彎折20 cm，使用厚度為5 mm的C30混凝土圈閉。沿線路方向，每隔14～22 m設(shè)置伸縮縫于框架橫梁中部，寬度為2 mm，伸縮縫內(nèi)填塞瀝青麻筋?？蚣芨駜?nèi)采用植灌草坡面防護(hù)。

3.3 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁

K339+195～+440左側(cè)路塹邊坡上部采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進(jìn)行加固，錨索長22～26 m，錨索間距4.0 m×4.0 m，框架梁截面尺寸500 mm×500 mm。錨索沿線路方向每4.0 m設(shè)置一處，計(jì)算出錨固段長度為6.0～8.0 m，伸入中等—弱風(fēng)化云母片巖巖層中，現(xiàn)場施工可根據(jù)巖層情況適當(dāng)調(diào)整錨索自由段長度，一般保持在8.0～10.0 m，錨索水平夾角為15°～20°，計(jì)算得到的錨索單孔設(shè)計(jì)錨固力≤400 kN。

表3 K339滑坡推力計(jì)算結(jié)果表

量單位：kN/m

3.4 既有排水工程的修復(fù)

在K339+150～+440修復(fù)既有破損天溝和側(cè)溝，同時(shí)在K339+210左側(cè)30 m處泉眼設(shè)置仰斜排水孔，引流地下水。

4 結(jié)論

(1)K339段滑坡為一中型路塹滑坡，滑體為殘坡積粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化云母片巖，結(jié)構(gòu)松散，孔隙大，工程地質(zhì)條件差；臺(tái)風(fēng)季節(jié)產(chǎn)生的暴雨是引發(fā)滑坡變形破壞的主要原因。

(2)正常工況和暴雨工況下5個(gè)典型剖面滑坡推力計(jì)算結(jié)果表明，滑坡已經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行治理。

(3)根據(jù)滑坡特征，結(jié)合支擋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和已有支擋工程，在滑坡的不同部位，分別采用抗滑樁、錨桿框架梁和預(yù)應(yīng)力錨索框架梁三種支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行邊坡支護(hù)，同時(shí)修復(fù)既有護(hù)坡工程。

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The engineering geological characteristics and the treatment of landslide at K339 of Yingxia Railway

LEI Nengzhong，CHUNG Lelung，CHEN Sanshan

(DepartmentofCivilEngineeringandArchitecture,WuyiUniversity,Fujian354300,China)

Based on engineering geological exploration this paper describes the landslide’s topography and geomorphology, geotechnical type and lithologies, mechanical properties and hydrogeological characteristics at landslide K339 of Yingxia railway and the forming condition and genesis of the landslide are discussed. Five sections are selected and the landslide thrust force is calculated by transfer coefficient method under both normal and torrential conditions with the average value > zero. Thus the landslide body is unstable. According to the landslide characteristics, some treatment ways are put forward to prevent and control the possible landslide disaster.

Yingxia railway; landslide; Engineering geological characteristics; Treatment; the landslide thrust force; Treatment; Fujian province

2015-06-15； 改回日期： 2015-09-29； 責(zé)任編輯： 王傳泰

福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：2014Y0040)、福建省南平市重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：N2013X01-1)聯(lián)合資助。

雷能忠(1969—)，男，教授，博士，主要從事工程地質(zhì)災(zāi)害防治與國土資源勘查的教學(xué)與研究工作。通信地址：福建省武夷山市武夷大道16號(hào)，武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院；郵政編碼：354300；E-mail： nzhlei@126.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2015.04.022

P642，U212.22

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