鹰厦铁路K308+620滑坡稳定性分析与治理

罗金洪

中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070

1 工程概况

1.1 地形地貌

鹰厦铁路K308+500—K308+740 段右侧滑坡位于福建省沙县龙江车站南端。滑坡区属于低山河谷侵蚀地貌区，地形起伏较大，自然坡度 20°～35°［1］。山体植被较发育。该滑坡两侧冲沟发育，小里程侧冲沟位于龙江车站附近，走向160°，大里程侧冲沟位于洋口仔村附近，走向224°。滑坡工点平面见图1。

图1 滑坡工点平面

1.2 地质条件

1.2.1 地层岩性

滑坡区出露地层主要为：①第四系坡残积粉质黏土。褐黄、褐红色，稍湿～湿，可塑，厚1.0～3.0 m。②白垩系沙县组砂砾岩，厚1.0～2.0 m。③震旦系黄潭组云母石英片岩，全～弱风化，原岩为粉砂岩、泥质砂岩。全风化层厚1.5～13.6 m，强风化层厚2.6～18.5 m，中风化层厚1.9～5.2 m。

1.2.2 地质构造

滑坡区位于闽西南凹陷带的东北部，邻近闽西北隆起带。以NE、NNE向构造为主，其次为NW 向构造。滑坡区无断层通过，在滑坡区NE侧1 km处发育马铺-茅坪正断层，走向 40°～60°，倾向 NW，倾角 60°～80°。滑坡区西北侧1.5 km 处发育涌溪-仙洲断层，走向40°～65°，倾向NW，倾角70°～80°，其性质为先压后张扭。

在龙江车站北侧冲沟量得一组倾向临空侧的产状120°～132°∠25°～40°不利结构面。该结构面为控制滑坡的主滑面。

1.3 气象、水文条件

1.3.1 气象

滑坡区为亚热带季风气候，气候温和湿润，日照充足，夏季较长，年平均气温19.6 ℃，极端最高气温40.1 ℃，极端最低气温-7.1 ℃。雨量充沛，年平均降雨量1 662 mm，降雨多集中在3 月—7 月，春季阴雨连绵，6月和7月多暴雨。

2016年6月13日至26日连续14 d普降暴雨，降雨量达到 669 mm，其中6 月 14 日24 h 降雨量191 mm，6月18日24 h降雨量164 mm，暴雨量级达百年一遇。

1.3.2 水文

区内地表水系主要为滑坡坡脚的沙溪河，河宽200 m，流向NE55°。水量较大，受季节影响明显。滑坡区地下水极为丰富，集中在全～强风化云母石英片岩中。地下水主要受大气降水、基岩裂隙水和远处断层水补给，地下水流向与山坡倾向基本吻合，在坡脚开挖探槽时和龙江车站冲沟附近均有地下水出露。

2 滑坡形态及成因分析

2.1 滑坡空间形态

根据裂缝的展布情况、滑坡严重程度，将该滑坡分成两个区：①Ⅰ区，里程为K308+500—K308+625；②Ⅱ区，里程为K308+625—K308+740。参见图1。Ⅰ区滑坡体横向宽125 m，纵向长约110 m，平面面积1.2 万m2，滑坡后缘标高约148.0 m，前缘剪出口位于路基左侧的路堤，标高约96.0m。Ⅱ区滑坡体横向宽115 m，纵向长10～25 m。

滑坡灾害发展较快，自 6 月 21 日 16：00 至 24 日18：00滑坡位移837 mm，平均每日位移271.5 mm。自6月20日20：30至23日9：30铁轨最大位移达370 mm，平均每日位移约145.6 mm。随时可能产生更大规模的山体滑坡，严重危及铁路行车安全。

2.2 滑坡变形破坏情况及成因分析

2.2.1 滑坡周界

1）滑坡前缘剪出口。该滑坡前缘有三道剪出口。第一道剪出口位于车站1道和2道铁轨之间，1 道铁轨明显隆起扭曲，向河侧位移20～50 cm，变形范围为K308+540—K308+600，长60 m，2 道铁轨变形相对较小。第二道剪出口位于2道和3道铁轨之间，6月23日3 道铁轨明显隆起扭曲，向河侧位移10～30 cm，变形范围为 K308+550—K308+600，长 50 m；6 月 25 日 3 道铁轨明显向河侧位移，铁轨扭曲成麻花状。6 月21 日至6 月26 日铁轨沉陷50 cm，向河侧累计水平位移1.1 m。第三道剪出口位于向河侧路堤路基面下3.5 m处，坡面出现溜坍，渗水量大。

2）滑坡后缘裂缝。该滑坡后缘有三道裂缝，裂缝总体走向NE30°～40°。第一道后缘裂缝高出路基面20～22 m，可见深度0.5～0.8 m，缝宽5～10 cm，裂缝走向NE30°。第二道后缘裂缝高出路基面28～30 m，裂缝长40 m，下错0.2 m，可见深度0.5～1.0 m，缝宽5～15 cm，裂缝走向NE40°。第三道后缘裂缝高出路基面40～45 m，裂缝长30 m，下错1.0 m，可见深度0.5～0.8 m，缝宽20～40 cm，裂缝走向NE35°。

3）滑坡侧界及其他裂缝。滑坡大里程端侧界裂缝位于K308+625附近，裸露的基岩崩落、掉块；K308+600 附近浆砌片石外鼓开裂。滑坡小里程端侧界裂缝位于龙江车站附近，K308+560、K308+540 处站台、栅栏、矮墙错断；K308+540 处站台混凝土面错断；K308+570处坡面吊沟开裂错位，坡脚边沟积水严重。

2.2.2 滑动面

该滑坡沿顺倾向结构面（120°～132°∠25°～40°）滑动，主滑面在全风化和强风化分界面处，滑动方向121°，主滑面倾角22°，滑面为折线型。

2.2.3 滑坡规模

根据滑坡的变形迹象及对滑动面的分析，滑动后刷方前滑面深约12.0 m，滑体体积为14.0 万m3。滑坡发生后，现场采取了刷方减载应急措施。刷方后滑面深约8.5 m，滑体体积为10.5 万m3，属中层中型滑坡。

2.2.4 滑坡成因分析

综合考虑滑坡区地形地貌、工程地质水文地质条件、滑坡空间形态、滑坡规模、人类活动的扰动、气象气候等因素［2-3］，判断该滑坡破坏模式为多道前缘剪出口、多道后缘裂缝、沿顺倾向结构面的滑动。由于边坡土体松动、坡体裂缝张开，地表雨水更易下渗并软化滑带土，使其力学强度大大降低，滑面可能会向深部发展，边坡极易整体滑动。以下从内因和外因两个方面对滑坡成因进行分析。

1）滑坡体内部致灾因素：①地质构造。边坡岩土体结构面倾向与边坡坡向一致，为滑坡形成提供了有利条件。②地层岩性。边坡岩体为云母石英片岩，极易风化，岩性软弱，强度低。③地下水。滑坡区地下水补给充分，在地下水的长期浸润下风化后的云母石英片岩力学强度降低，促使滑坡发生。

2）外界诱发因素：①人类活动的扰动。滑坡路堑边坡为开挖原始山体形成，路堑长约240 m，高30～50 m，开挖时未对路堑边坡采取支挡加固和防护措施，致使路堑边坡长期遭受日晒雨淋，加速了岩体风化、裂隙张开，雨水渗入导致路堑边坡岩体强度降低，加上长期的列车行驶振动，破坏了岩体原有应力平衡。②气象气候因素。经受百年一遇暴雨时，大量地表水下渗，地下水位急剧升高，不仅软化了滑动面岩土体，而且增加了滑体静水和动水压力。

3 滑坡稳定性分析

根据滑坡发生时实测断面数据、滑坡空间形态分布、变形破坏程度、变形速率等情况，推演滑坡发生的各种可能滑动形式，反算单个或组合滑体在各滑动面的力学参数。通过多次模拟反算，结合滑坡勘察取样室内试验结果，确定滑面力学参数。

根据GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》，采用传递系数法对滑坡的稳定系数进行计算。

3.1 指标反算

根据滑坡破坏形态、裂缝分布特征，刷方减载前滑坡稳定系数取0.9。通过试验得到岩土参数，见表1。

表1 牵引段和主滑段岩土参数

反算得到刷方前K308+547、K308+565、K308+585断面处原地形滑动带岩土内摩擦角分别为12.0°、12.3°、12.7°。不同断面处地面轮廓、滑面倾角、滑体大小不同。为确保工程安全，考虑最不利情况滑动带岩土内摩擦角取12.0°。

3.2 稳定性评价

经反演计算，滑坡Ⅰ区刷方后K308+547、K308+565、K308+585 断面处正常工况下边坡稳定系数分别为1.06、1.04、1.01；暴雨工况下边坡稳定系数分别为1.01、0.99、0.97。暴雨工况下边坡稳定系数小于1.00，因此判定Ⅰ区刷方后边坡处于不稳定状态。

同理计算，对滑坡Ⅱ区刷方后K308+643、K308+666、K308+697 断面处正常工况下边坡稳定系数均为1.11；暴雨工况下边坡稳定系数均为1.08。虽然暴雨工况下边坡稳定系数大于1.00，但小于1.15，因此判定Ⅱ区刷方后边坡也处于欠稳定状态。滑坡Ⅰ区、Ⅱ区刷方后均需加固治理。

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3.3 滑坡推力计算

根据反算结果和以往设计经验，稳定系数取1.20，计算得到暴雨工况下剩余水平下滑力，据其确定锚固工程所需抗滑力，见表2、表3。

表2 Ⅰ区剩余水平下滑力和锚固工程抗滑力计算结果 kN·m-1

表3 Ⅱ区剩余水平下滑力和锚固工程抗滑力计算结果 kN·m-1

4 滑坡治理

4.1 滑坡治理原则

①安全可靠。找准滑坡原因，分清主次，措施得当。②技术可行。选择在现有施工水平能够实现的方案。③经济合理。通过方案比选，选出经济合理的优化方案。④治早治小。对局部变形先行加固，限制其发展。⑤因地制宜。尽量就地取材，尽可能采用新型治理技术。⑥施工简便且干扰小。尽量不影响既有线的正常运行。

4.2 滑坡治理方案比选

基于对滑坡稳定性的分析，参考同类工程治理经验［4-5］，充分考虑对滑坡已经部分采取刷方减载应急措施，结合滑坡治理原则，提出三种治理方案。方案Ⅰ：坡脚多排竖向钢花管注浆+坡面多排预应力锚索框架梁锚固+坡体内设仰斜式排水孔。方案Ⅱ：边坡刷方减载+框架锚杆。方案Ⅲ：双排抗滑桩+框架锚杆。各方案优缺点对比见表4。综合考虑，确定采用方案Ⅰ。

表4 各方案优缺点对比

4.3 滑坡治理方案

1）Ⅰ区

①坡面采用12～15 排4φ15.2 预应力锚索框架，锚索长22.0～28.0 m，框架竖肋沿线路方向间距3.0 m，框架梁截面尺寸为0.5 m（厚）×0.6 m（宽），框架内采用三维网植草。②坡脚设3 排竖向钢花管注浆。钢花管采用φ89 厚4.5 mm 无缝钢管，长12.0 m，排距1.5 m，沿线路方向间距2.0 m。③由于河流长期冲刷和水位频繁升降，K308+510—K308+540 段靠河侧路堤可能坍塌，因此在该段设2排竖向钢花管注浆。钢花管采用φ89 厚4.5 mm 无缝钢管，长14.0 m，排距1.5 m，沿线路方向间距2.0 m。④在一级坡脚平面以上 2.0、5.0、13.0、25.0 m 处各设 1 排仰斜式排水孔，孔深22.0～32.0 m，仰孔向上翘5°，采用φ110 钻孔内塞φ80 软式透水管，沿线路方向间距3.0 m。⑤刷方后堑顶外5.0 m 处设一道截水天沟，截排堑顶雨水，各级平台设截水沟，坡脚设侧沟。

2）Ⅱ区

①从标高127.0 m 开始，坡面设4φ15.2 预应力锚索框架，锚索长22.0～26.0 m，框架竖肋沿线路方向间距3.0 m，框架竖肋截面尺寸为0.4 m（厚）×0.5 m（宽），横梁截面尺寸为0.2 m（厚）×0.5 m（宽），框架内喷草籽。②修复堑顶既有截水沟，同时在距既有水沟外10.0 m处新设一道截水沟。

4.4 滑坡监测

监测滑坡水平位移、地下水位。监测期限为一年。监测频率：施工前1 次，施工期间5 次，竣工后1次。监测断面为K308+565、K308+697。

4.5 滑坡治理效果

通过多排竖向钢花管注浆“固脚”和多排预应力锚索框架梁锚固“强腰”，快速控制了滑坡岩体变形的进一步发展，增强了滑坡岩体的安全稳定性。仰斜式排水孔、截水沟等排水设施将岩土体内积水排出，并快速引排地表水，提高了边坡岩土体物理力学强度。

5 结语

综合考虑滑坡区地形地貌、工程地质水文地质条件、滑坡致灾原因、破坏模式等，通过比较选择“坡脚多排竖向钢花管注浆+坡面多排预应力锚索框架梁锚固+坡体内设仰斜式排水孔”的固脚强腰治理方案。

经综合治理后，经历多个雨季考验，滑坡一直处于稳定状态，达到了预期效果。