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铁路路堑边坡滑塌分析与防治措施
作者：杨维东
来源：《科技创新与应用》2014年第07期
摘 要：某在建铁路路堑挡土墙在暴雨条件下发生位移，进而导致挡土墙以外边坡产生滑塌，对铁路工程建设及以后的安全运营造成了重大影响。我配合施工项目部在得知该滑塌产生后，于第一时间进行了现场勘查，对滑塌的基本形态有了初步了解，该滑塌体以黄褐色粉质黏土及灰黑色炭质页岩夹薄层砂岩为主，由于降雨导致边坡局部坍塌，然后层层牵引，最终形成牵引式工程滑塌。通过工程地质勘察对区域内地质构造、地层岩性、斜坡特征、滑塌发育特征和成因条件等进行了深入分析。在定性分析的基础上应用理正边坡稳定性分析软件对斜坡的稳定性作出了评价，指出斜坡处于基本稳定-临界稳定状态，降雨和挡土墙后反滤层排水不畅对边坡稳定性影响较大，是导致滑塌发生的主要因素。结合区内地质灾害发育特点和坡体结构特征，提出了桩板墙、框架锚杆梁和排水相结合的综合防治方案。 关键词：铁路；滑塌；稳定性分析；临界稳定状态；防治措施
2012年7月中下旬南方某地区连续降雨，7月底，该地区某在建铁路DK5+220～DK5+380段路堑左侧发现一条贯通的弧形裂缝，最大影响宽度约73m，裂缝宽0.3～0.7m，裂缝错台0.5～2.0m，后经现场量测，该段路堑挡土墙均发生位移，最大位移达0.95m。由于边坡开裂、雨水下渗，软化岩土体，导致边坡局部滑塌，挡土墙发生位移，最终形成牵引式工程滑塌。 1 区域工程地质概况 1.1 地形地貌
工点位于剥蚀丘陵区，地形起伏，自然坡度15°～20°，植被茂密，以灌木和松树为主。目前，该段路堑已全部开挖成型。 1.2 地层岩性
工点范围内表覆第四系全新统残坡积粉质黏土；下伏基岩为泥盆系上统炭质页岩夹薄层砂岩、石灰岩。地层岩性详述如下：
粉质黏土（Q4el+dl1）：丘坡表层均有分布，厚度1.1～9.5m，黄褐色，硬塑，土质不均匀，含大量砾石。
炭质页岩夹薄层砂岩（D3cSh+Ss）：灰黑色为主，局部褐黄色，页理发育，泥质胶结，局部夹薄层砂岩。全风化，层厚2～10m，岩体风化强烈呈土状；强风化，岩质极软，岩芯呈土夹碎石状。
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石灰岩（D3Ls）：青灰色、灰黑色，弱风化，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩质坚硬[1]。 1.3 地质构造
工点范围内未见对工程有重大影响的地质构造形迹。 1.4 水文地质条件概述
地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水。第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于粉质黏土和全风化炭质页岩夹薄层砂岩中，地下水位埋深6.4～12.8m，水量较小。基岩裂隙水主要赋存于泥盆系上统炭质页岩夹薄层砂岩及石灰岩节理裂隙中，水量较小。据取样分析， 水质对混凝土无侵蚀性。 2 滑塌基本特征及类别 2.1 滑塌地形地貌
工点位于剥蚀丘陵区，地形起伏，地面高程156.3～215.6m，相对高差30～60m，自然坡度15°～20°，山坡植被茂密，主要为灌木和松树。该段线路以挖方形式通过，线路中心最大挖方深度6.0m。该段路堑工程左侧设置C25片石混凝土挡土墙，墙高2.5～6.0m，墙厚0.83～1.97m，挡土墙以上设置一级边坡，边坡坡率为1：1.25，采用M7.5水泥砂浆砌片石拱形骨架防护。
2.2 滑塌空间形态及其类型与规模
通过现场调查、勘探，结合边坡变形情况，确认该段路堑左侧边坡变形破坏属于工程滑塌。该滑塌体周界清晰，呈明显的“弧形”形态特征，滑塌体后缘形成弧状贯通裂缝，裂缝宽0.3～0.7m，裂面陡直，裂缝深度2.0～3.5m。施工过程中，该段路堑略有拱起现象，挡土墙发生明显位移。滑塌体中部自然坡度15°～20°，未见明显的滑塌台阶及平台。滑塌体周界羽状剪切裂缝发育，裂缝宽约10～35cm，与滑塌周界向上斜交。滑塌体中部张裂缝发育，方向大致与主滑方向垂直，裂缝宽度5～20cm。总体来看，该段滑塌主轴方向大体与线路方向垂直，滑塌体组成成份为第四系残坡积粉质黏土和全风化炭质页岩夹薄层砂岩，根据现场地质测绘、调查、钻探、挖探，结合室内试验等方法基本查明了滑塌体的形态，滑塌体厚约8.0～11.0m，属中层滑塌[2]，滑面与水平面夹角为7～21°。由于坡面缓和、植被茂密、腐殖质覆盖层厚等原因，边坡在排水系统不够完善的情况下非常有利于大气降水入渗，目前，该滑塌体处于极限稳定状态，在外界条件发生变化的情况下，有进一步产生滑塌的可能（见图1）。 3 滑塌物质组成及结构特征 3.1 滑体
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该滑塌滑体成分以黄褐色粉质黏土及黄褐色、灰黑色炭质页岩夹薄层砂岩为主，滑动带土体含水率明显增加，土体有扰动迹象。 3.2 滑带土
根据钻孔揭示，该滑塌滑带土以灰黑色炭质页岩夹薄层砂岩为主，滑面与水平面夹角为7～21°，滑面自南向北倾，滑带厚0.5～1.0m。 3.3 滑床
该滑塌的滑床以黄褐色、灰黑色炭质页岩夹薄层砂岩为主[3]。 4 路堑边坡滑塌原因
经现场调查，线路左侧路堑边坡发生变形破坏，根据边坡变形破坏形成机理、发展过程、形状、规模大小和变形破坏特点等，该段路堑变形破坏可划分为中层牵引式工程滑塌。 该段边坡开挖成型后，由于该段一级边坡以上山体坡面缓和，加上路堑范围内数十座坟墓迁移至该段边坡以上山体，场地经平整后，在降雨条件下，雨水极易下渗，导致岩土体含水量增大、抗剪强度降低，加上挡土墙后反滤层排水效果较差，在降雨条件下挡土墙后岩土体含水率增大，并处于饱和状态，增大岩土体对挡土墙的土压力，最终导致DK5+220～DK5+380段挡土墙开裂并发生位移。从破坏形式来看，首先一级边坡以上山体出现裂缝，逐步垂直向下发展并加深变宽，牵引上部边坡出现裂缝，最终产生了牵引式工程滑塌。目前，滑塌体处于极限稳定状态，滑塌体后缘陡直，在内外地质营力条件变化时，有继续扩大向后牵引发展的趋势。 5 斜坡稳定性分析评价 5.1 计算方法
由于该滑塌主要发生于灰黑色炭质页岩夹薄层砂岩中，其物质成分较为均匀，滑面接近圆弧形，采用理正边坡稳定性分析软件的瑞典圆弧法计算[4]。主轴断面（如图1）作为计算对象，按正常状况和暴雨状况（饱和状态）两种情况计算。 5.2 参数选取
滑带土参数的选取主要依靠：①室内测试结果统计分析（饱和残余剪）；②恢复滑塌的原始地形线进行反演计算（反演分析时滑塌体安全系数K=1.0）。经综合分析选取计算参数为：c=10.0kPa，φ=9.0°。 5.3 计算结果及分析
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通过采用理正边坡稳定性分析软件的瑞典圆弧法计算，该滑塌在天然状态下稳定性系数K=1.05，说明在天然状态下该滑塌普遍处于基本稳定-临界稳定状态，在不利条件下稳定性差，容易发生失稳，并可引发后缘及周边坡体的进一步失稳。 6 工程防治措施
目前该滑塌对路堑边坡造成了重大影响，挡土墙在滑塌作用下发生了位移，潜在滑塌体有进一步扩大的趋势，为了有效消除和避免该工程滑塌的进一步发展，保障铁路运营安全，充分考虑潜在滑塌体的成因及区域地形情况对该滑塌的影响，尽量保持和改善山体自然环境，合理布置支挡工程和排水格局，使防治工程方案既安全可靠又经济合理。结合区内滑塌发育特点和坡体结构特征，采用桩板墙、框架锚杆梁和排水相结合的综合防治措施，工程布置断面结构见图2[5]。 6.1 临时措施 （1）夯实坡面裂缝。 （2）开挖临时截水天沟。
（3）坡脚回填反压：变形体坡脚设计回填反压土，回填反压土顶部设计向外4%排水坡，反压土采用路堑边坡清方土体。填筑反压平台时，应拆除既有挡墙，严禁一次性全部拆除既有挡墙，应分段拆除，分段回填，每一分段长度不得超过15m。 6.2 桩板墙工程
对段内发生滑塌的边坡坡脚设置抗滑桩。桩间距均为5m，桩身采用C30钢筋混凝土，桩截面采用2.0x2.5～2.0x3.0m，桩长11m～20m，共设置32根桩。 6.3 各级边坡防护工程
桩板墙以上一级边坡采用预应力锚索框架梁内铺六边形空心砖防护，边坡坡率1：1.75，框架梁采用C30混凝土浇注，间距4.0m，采用0.5mx0.5m正方形截面，框架节点处采用预应力锚索锚固，锚索长22.0～25.00m，锚固段10m，锚孔直径为110mm，孔内灌注M30水泥砂浆。 7 结束语
7.1 该滑塌在现场勘察中，先后采用了工程地质测绘、钻探、挖探、原位测试及采取滑带、滑床及滑体岩土样进行室内测试等手段，查明了滑塌的地质条件及各滑塌的物质组成、结构特点。
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7.2 研究分析了滑塌形成的内在和外在因素，指出该滑塌主要受地形陡坡、排水、强降雨等综合因素的影响。分析表明强降雨、挡土墙后反滤层排水不畅是该工程滑塌形成的主要因素。
7.3 研究提出以支挡、排水为主的综合防治方案：①边坡坡脚设置抗滑桩防范其整体失稳；②采用框架锚杆梁加固滑塌后缘及周边坡体；③采用排水渗沟、排水孔和地表截排水沟相结合的方式排泄坡体地表、地下水；④施工前夯实坡面裂缝、开挖临时截水天沟。
7.4 研究指出挡土墙在施工时需按设计要求回填渗水土，加强临时支档及临时排水措施。 建议在未彻底整治该工程滑塌隐患之前，设置高边坡监测断面，定期巡查，注意观察滑塌体周边坡体的变形破坏情况，做到有灾先预报。在施工过程中实施信息化施工、动态设计及动态管理原则，以反馈防治工程设计。 参考文献
[1]中铁第五勘察设计院集团有限公司.路堑边坡滑塌变更设计工程地质勘察报告[R].北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，2012.
[2]中华人民共和国铁道部.TB10027-2001铁路工程不良地质勘察规程[S].北京：中国铁道出版社，2001.
[3]中铁第五勘察设计院集团有限公司.路堑边坡滑塌变更设计工程地质勘察报告[R].北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，2012.
[4]中华人民共和国铁道部.铁路工程地质手册[M].北京：中国铁道出版社，1999：329. [5]中铁第五勘察设计院集团有限公司.路基个别设计图[R].北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，2012.
作者简介：杨维东（1986-），男，学士，助理工程师。
