雷曉俠

(中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島　266061)

1　工程概況

呂臨(呂梁—臨縣)支線鐵路位于山西省呂梁山地西側(cè)的黃土高原區(qū)。該黃土高原區(qū)覆蓋有厚層黃土，由于長期水流侵蝕和切割作用，形成以黃土梁、峁和深切沖溝為主的典型黃土丘陵地貌，地形起伏較大且凌亂破碎，區(qū)間存在多處滑坡、煤礦采空區(qū)及軟弱圍巖層，為不良地質(zhì)比較集中地段。呂臨支線鐵路途徑山西省呂梁市馮家會時以路基形式穿越既有不穩(wěn)定斜坡，如圖1所示。該段路基線路南北走向，長度387.46 m，位于呂臨支線鐵路高家坪湫水河特大橋與羊塌溝大橋之間，地形起伏較大，沖溝發(fā)育。既有不穩(wěn)定斜坡原地形呈東高西低斜坡狀，設(shè)計以半挖半填路基通過，路塹最大挖深9.81 m，路堤最大填高13.72 m，鐵路建設(shè)前為地方磚廠用地。此斜坡黃土具有濕陷性，濕陷系數(shù)δs=0.015～0.026，為Ⅱ級自重濕陷場地，其下層為泥巖、砂巖層，全～弱風(fēng)化，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀260°∠3°。地下水主要為第四系孔隙水，位于土石界面附近，具有明顯的上層滯水性質(zhì)，地下徑流大致由東向西，水量不大，水位埋深3.7～27.0 m，受季節(jié)變化，水位變化明顯。

圖1　斜坡變形段平面示意

既有不穩(wěn)定斜坡下半部分曾被人為大面積取土，原地貌斜坡前緣地面比目前地面高出5～18 m，測量估算斜坡前緣取土近20萬m3，部分山梁整體被挖除，線路右側(cè)原溝谷被回填平整，形成平臺。線路位置在平臺邊緣，上半部分出現(xiàn)多處裂縫，與原始斜坡相比發(fā)生了明顯改變，變形范圍350 m(縱向)×150 m(橫向)，如圖2所示。變形區(qū)按原地貌改變程度分為2個區(qū)塊，地貌未改變區(qū)為I區(qū)，填挖改變區(qū)為Ⅱ區(qū)(參見圖1)。

圖2　斜坡變形段剖面示意

2　斜坡變形研究與分析

2.1　地表監(jiān)控與量測

由于地表變形范圍較大，裂縫有逐漸發(fā)展趨勢，山體有產(chǎn)生大面積滑坡的可能性。根據(jù)斜坡變形和裂縫走向，在變形范圍及其周邊布置測點(diǎn)60個，選擇比較典型的7個斷面作為重點(diǎn)斷面，測點(diǎn)設(shè)置在南側(cè)羊塌溝橋頭穩(wěn)定巖體上，斜坡下游(西側(cè))三磧公路同時納入監(jiān)測控制網(wǎng)中。監(jiān)測頻率為1次/d。

監(jiān)測成果依據(jù)各斷面位移點(diǎn)方向統(tǒng)計，根據(jù)前后4個月的持續(xù)監(jiān)測，整體平面向下游位移，方向為296°，其中最大位移點(diǎn)位于前緣垮塌體上，平面位移54 mm，豎向高差18 mm，且隨著時間的推移數(shù)據(jù)變化速度逐漸減小。說明本段土體仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，斜坡體仍有向下游繼續(xù)滑動的趨勢。

Ⅰ區(qū)斜坡變形區(qū)軸線長約240 m，平均寬度約220 m，斜坡變形主軸方位為300°～310°，斜坡變形前緣、后緣及中部橫向裂縫明顯，變形區(qū)的運(yùn)動以水平位移為主，垂向位移不大，前緣、中部位移最大，前緣位移方向基本正交于臨空面，多處裂縫橫向貫通，屬拉張裂縫，寬度2～20 cm，長度9～100 m，個別裂縫具有錯臺現(xiàn)象，高差5～10 cm。受前緣卸載臨空面控制，該區(qū)域變形表現(xiàn)為牽引式蠕滑[1-3]，伴隨取土前緣陡邊坡的垮塌。

Ⅰ-1區(qū)處于變形區(qū)的后緣，裂縫發(fā)育短而窄，臺階不明顯；經(jīng)監(jiān)測，區(qū)內(nèi)最大位移在中部，兩側(cè)較小，位移方向277°，與地面最大坡度相近。

Ⅰ-2區(qū)為主變形區(qū)，地形相對平緩，該區(qū)域有多處拉張裂縫橫向貫通，寬度2～20 cm，最大長度達(dá)100 m，個別裂縫具有錯臺現(xiàn)象，高差5～10 cm。取土前緣邊坡垮塌嚴(yán)重，臨空面多級錯落。經(jīng)監(jiān)測，區(qū)內(nèi)最大位移在中部斷面處，越靠近前緣位移越大，位移方向300°～307°，受臨空面控制顯著。變形方向?qū)﹁F路路基十分不利。

Ⅱ區(qū)為開挖回填平臺，場地平坦，區(qū)域內(nèi)普遍分布人工填土，厚度不等。Ⅱ區(qū)整體變形不大，但局部地段邊坡垮塌(Ⅱ-1區(qū))，斜坡變形主軸方位為310°，裂縫具有明顯的錯臺現(xiàn)象，寬度10～30 cm，高差30～50 cm，裂縫基本貫通。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，后部裂縫范圍、寬度仍在進(jìn)一步的加大。

經(jīng)監(jiān)測，除Ⅱ-1區(qū)各點(diǎn)外其余點(diǎn)平面、高程變化均不大，整體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但邊緣邊坡垮塌現(xiàn)象明顯，其上加載可能出現(xiàn)整體失穩(wěn)[4-5]，需采取支擋及防護(hù)措施。

2.2　水位監(jiān)測

斜坡變形區(qū)無地表水或溪溝水流。在斜坡變形范圍共布置水位監(jiān)測孔47個，對水位進(jìn)行定期監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析，該區(qū)域地下水主要活動于土石、新老黃土接觸帶上，受泥巖、老黃土等隔水層的控制，水位處于土石界面處。根據(jù)當(dāng)年11月至次年3月監(jiān)測數(shù)據(jù)，水位呈逐漸降低趨勢，對應(yīng)土石界面處滑動帶厚度減少，變形速度減緩。

隨著雨季的來臨，降雨入滲的持續(xù)補(bǔ)給，土體軟化、增重，斜坡地面裂縫進(jìn)一步增加、開張甚至貫通，該斜坡最終可能產(chǎn)生滑移[6]。因此，雨季斜坡變形加重，對線路危害極大。

2.3　地質(zhì)補(bǔ)勘及分析

經(jīng)對斜坡變形區(qū)進(jìn)行補(bǔ)勘鉆探及芯樣分析，變形體基底巖性主要為二疊系上統(tǒng)泥巖、砂巖，紫紅色夾灰白色，全～強(qiáng)風(fēng)化，黏性較好，透水性差。

Ⅰ區(qū)斜坡變形區(qū)土石分界東部、南部高，南部邊界及東部后緣基巖出露，基巖為泥巖，紫紅色，全～強(qiáng)風(fēng)化。斜坡變形體表覆新黃土，土質(zhì)不均，具濕陷性，黃土陷穴發(fā)育，形成地表水匯集與下滲的主要通道。在土石分界處約2～8 m厚的飽和黃土層為斜坡變形的活動帶，含水率為19.7%～23.9%，天然重度20 kN/m3。

Ⅱ區(qū)在土石分界處分布約1～6 m厚的飽和土層，含水率為21.7%～22%，天然重度20.2 kN/m3。

根據(jù)勘探揭示，斜坡變形最深處位于土石界面的黃土飽和帶[7]。

2.4　總體變形分析

取土區(qū)處于單面緩傾黃土坡前緣，西鄰湫水河。地勢東高西低，下伏基巖面略陡于地面坡度，具有山越高黃土越薄的特點(diǎn)。隨著前緣厚層黃土的挖除，形成取土臨空面，打破了山坡土體的原有應(yīng)力平衡，在取土臨空面附近卸荷裂隙開張且呈弧形，造成斜坡前緣人工取土邊坡垮塌。

在黃土坡體逐漸形成卸荷裂縫，相應(yīng)加大了坡體范圍的降雨入滲強(qiáng)度。隨著降雨入滲量增加，引起斜坡土體重量的增加，造成土石界面附近黃土的飽和度增加，土石界面工程性質(zhì)降低，土體沿土石界面順層蠕變、卸荷裂縫逐漸增加擴(kuò)展，在地面多個部位形成貫通裂縫。

綜上所述，從地表監(jiān)控、水位監(jiān)測、地質(zhì)補(bǔ)勘等多方面證明本段斜坡地形的變動情況與趨勢，前期地方取土是導(dǎo)致該段路基段山坡變形的直接原因。若不及時治理，斜坡會隨著降雨入滲的持續(xù)補(bǔ)給，土體軟化、增重，裂縫將進(jìn)一步增加、開張甚至貫通，最終可能產(chǎn)生滑移[6]。

3　治理措施

經(jīng)深入調(diào)查，補(bǔ)充勘探和監(jiān)測分析，斜坡變形的主要原因為坡腳取土引起牽引式拉裂變形，故采用清方減載加支擋防護(hù)措施[8-10]進(jìn)行處理，如圖3所示。施工順序：清方減載→處理裂縫、陷穴→布置監(jiān)測設(shè)備→施作地表排水設(shè)施→施工第1排抗滑樁(斜坡上部)→施作排水盲溝→施作第2排抗滑樁(樁板墻)，樁板墻掛板填土(與路基填筑同步)。

圖3　治理措施

3.1　清方減載

坡體上部減載，減少自重。從斜坡Ⅰ區(qū)取土區(qū)陡壁后緣起(第1排抗滑樁樁頂位置)預(yù)留15 m寬平臺，沿主軸方向?qū)區(qū)斜坡減載，減載縱坡坡度25%。清方表面及15 m寬平臺植草，同時夯填斜坡體及以外 20 m 范圍的陷穴及裂縫。陷穴處理頂部0.5 m采用三七灰土封閉。

3.2　抗滑樁支擋

為防止斜坡從I區(qū)山梁挖除前緣滑出，在取土區(qū)陡壁后緣設(shè)置1排抗滑樁。由于路堤右側(cè)坡腳仍然在陡坡及Ⅱ區(qū)坡體上，根據(jù)Ⅱ區(qū)剩余下滑力情況在右側(cè)坡腳設(shè)置1排樁板墻(抗滑樁)，參見圖3。

在改MDK56+786—改MDK56+891左側(cè)斜坡取土區(qū)陡壁后緣垂直主軸方向設(shè)置1排埋入式抗滑樁，樁截面尺寸2.5 m×3.5 m，樁間距5.0 m，樁長18～28 m，共24根；在改MDK56+716—改MDK56+954線路右側(cè)17～35 m設(shè)置1排樁板墻(抗滑樁)，樁截面尺寸2.0 m×3.0 m，樁間距6～9 m，樁長12～26 m，共40根。樁身采用C30鋼筋混凝土澆筑，受力鋼筋采用HRB400級，其它鋼筋采用HRB335級。

樁間擋土板采用后置方式，采用C30鋼筋混凝土預(yù)制矩形塊，在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度70%后進(jìn)行掛板。在樁板墻墻后設(shè)置0.3 m厚袋裝砂加碎石反濾層。

樁孔開挖設(shè)置C20鋼筋混凝土鎖扣，樁井設(shè)置護(hù)壁，分節(jié)開挖與支護(hù)。樁身四角各布置1根直徑 50 mm PVC管，便于進(jìn)行樁身混凝土無損檢測。

埋入式抗滑樁樁頂位于地面以下0.5 m，樁頂至地面樁孔內(nèi)采用三七灰土分層回填，小型機(jī)械夯實(shí)。

3.3　排水措施

在斜坡中部設(shè)置橫向排水溝，周圍設(shè)置環(huán)向排水溝，共同組成通暢的地表排水系統(tǒng)，保證斜坡的地面水能夠及時排到斜坡外側(cè)，采用M7.5漿砌片石梯形排水溝，厚度0.35 m，尺寸0.6 m×0.6 m，溝壁邊坡坡率1∶1，下設(shè)0.3 m厚三七灰土墊層。

在改MDK56+773—改MDK56+877線路左側(cè)26 m 處設(shè)置暗溝，將地下水排至改MDK56+773附近，通過橫向引水管將水引至擋水板底部，再通過預(yù)埋管道排出路基本體外。暗溝每隔30 m設(shè)檢查井1道。

3.4　斜坡監(jiān)測

采用淺層及深部位移觀測，共布置測線7條，25個淺層測點(diǎn)，深部位移監(jiān)測采用自動測斜管，布置在Ⅰ,Ⅱ區(qū)測線上。

斜坡外側(cè)的地表水不進(jìn)入斜坡。在改MDK56+773—改MDK56+877左側(cè)路堤坡腳設(shè)排水盲溝[11-12]，引排土石界面地下水。

該不穩(wěn)定斜坡變形經(jīng)過治理及現(xiàn)場監(jiān)控，如期完成了路基填筑工程，保證了總體工期，經(jīng)后期持續(xù)監(jiān)測與分析，路基穩(wěn)定無變形，滿足設(shè)計要求。

4　結(jié)論與建議

1)黃土丘陵區(qū)域邊坡易于變形失穩(wěn)，地形陡峭、地下水、強(qiáng)降雨、人工活動等均為影響因素，對坡體穩(wěn)定性影響較大，設(shè)計與施工時應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，及時防治。

2)抗滑樁支擋與排水綜合治理為防范坡體失穩(wěn)的有效措施，地形特殊或存在變形隱患的土質(zhì)邊坡可采用。

3)設(shè)計選線應(yīng)多方案比選，盡可能避開滑坡等不良地質(zhì)或存在變形隱患的地段，對已納入建設(shè)規(guī)劃的用地應(yīng)加強(qiáng)管理，避免人為活動造成山體失穩(wěn)或滑坡。

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