都四山地軌道交通項(xiàng)目滑坡穩(wěn)定性分析及防治對(duì)策

鄧 睿 崔建宏 梅萬(wàn)波 唐偉華

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031）

新建都江堰至四姑娘山山地軌道交通項(xiàng)目位于汶川地震強(qiáng)烈影響區(qū)范圍內(nèi)，線路起于都江堰市，向西北方向途經(jīng)映秀鎮(zhèn)、耿達(dá)鎮(zhèn)、臥龍鎮(zhèn)，終于四姑娘山鎮(zhèn)。沿線面臨強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、高地震烈度、極其發(fā)育的震后次生重力地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題，工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜［1-4］。受特殊的地形、地質(zhì)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等因素影響，線路DK 46 + 079～DK 46 + 215段不可避免地于菜園子滑坡坡腳通過(guò)，工程受滑坡影響較大。

本文擬根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、地質(zhì)鉆探等方法對(duì)滑坡的特征及成因進(jìn)行分析，通過(guò)極限平衡法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行檢算，結(jié)合滑坡對(duì)工程的影響情況給出建議采取的相應(yīng)防治措施，確保工程安全。

1 滑坡基本地質(zhì)條件

1.1 自然地理概況

菜園子滑坡位于耿達(dá)電站附近漁子溪河邊，距離耿達(dá)鎮(zhèn)約2 km。屬龍門(mén)山低中山地貌，溝谷密度大，多呈“U”型，風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈。為典型的亞熱帶內(nèi)陸山地氣候，冬半年（11月至次年4月）天氣多晴朗干燥，也常形成降雪或雨；夏半年溫暖濕潤(rùn)，降雨量大。年平均氣溫14.1 ℃，年平均降雨量900 mm。

1.2 地層巖性

研究區(qū)地表地層為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層（Q4del）角礫土、碎石土夾塊石土，沖洪積層（Q4al+pl）粗圓礫土、卵石土夾漂石土，坡崩積層（Q4dl+col）碎石土、塊石土等；下伏基巖為志留系茂縣群（Smx2）千枚巖夾板巖、大理巖，晉寧 - 澄江期第三期巖漿巖（δ（23））閃長(zhǎng)巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震動(dòng)參數(shù)

滑坡下伏巖層代表性產(chǎn)狀為N24°E／77°NW，巖體節(jié)理發(fā)育，主要發(fā)育兩組延伸和貫通性好的節(jié)理裂隙，產(chǎn)狀為N84°W／90°和N34°W／35°SW?；路秶鷥?nèi)發(fā)育菜園子4號(hào)和5號(hào)逆斷層，受構(gòu)造影響巖體較破碎～破碎，局部產(chǎn)狀較紊亂。區(qū)內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震烈度為Ⅷ度。

1.4 水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)地表水主要為漁子溪河水，兩岸發(fā)育季節(jié)性沖溝。河水四季長(zhǎng)流，水量變化頗大，冬春少雨季，水量較為穩(wěn)定，夏秋多雨時(shí)期，山洪暴發(fā)，往往造成洪水災(zāi)害。主河道河面高約1 497.8～1 499.18 m，百年洪水位標(biāo)高為1 500.34 m。地下水主要為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水?；露逊e層內(nèi)孔隙水主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給。

2 滑坡特征及成因分析

2.1 形態(tài)特征

菜園子滑坡平面地貌近似圈椅狀，邊界較清晰，中前緣坡面滑坡平臺(tái)及負(fù)地形均較為明顯，前緣擠壓河床?；轮骰较蚣s220°，軸向長(zhǎng)約270 m，前緣寬約275 m，地表自然坡面30°～60°，坡體植被較發(fā)育，未見(jiàn)裂隙發(fā)育，中后部新建有鄉(xiāng)村道路。滑坡后方發(fā)育菜園子1號(hào)滑坡，主滑方向約278°，滑動(dòng)后對(duì)菜園子滑坡后緣地貌造成破壞。

2.2 物質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)特征

勘探揭示菜園子滑坡滑體物質(zhì)以角礫土、碎石土為主，局部夾塊石土，多呈褐灰，褐黃色，稍密～中密，石質(zhì)成分主要為強(qiáng)～弱風(fēng)化千枚巖、板巖、變質(zhì)砂巖及閃長(zhǎng)巖等，厚5～20 m，體積約50×104m3，屬大型中深層滑坡［5］?；瑒?dòng)帶特征不明顯，第四系碎塊石土直接覆蓋于強(qiáng)風(fēng)化巖層上，滑帶為巖土界面。

滑床巖性為志留系茂縣群（Smx2）千枚巖夾板巖、大理巖，巖層傾向坡外，視傾角50°～60°，滑床縱坡坡度 25°～30°。

2.3 滑坡現(xiàn)狀及變形特征調(diào)查

從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和訪問(wèn)情況來(lái)看，菜園子滑坡地表多見(jiàn)變質(zhì)砂巖、閃長(zhǎng)巖質(zhì)塊石堆積，最大粒徑可達(dá)3 m?；轮星熬壠麦w可見(jiàn)馬刀樹(shù)，坡腳修建有老公路。滑坡整體穩(wěn)定性主要取決于滑坡前緣及陡峻坡體的穩(wěn)定性，菜園子滑坡體內(nèi)未見(jiàn)抗滑樁等防治措施，目前未見(jiàn)新增裂縫，地表無(wú)變形開(kāi)裂跡象，滑坡整體應(yīng)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

受老公路開(kāi)挖坡腳影響，該滑坡前緣坡體淺表曾局部發(fā)生變形失穩(wěn)，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)DK 46 + 100～DK 46 + 150段線路右側(cè)斜坡建有擋墻。當(dāng)?shù)鼐用窠榻B擋墻一是對(duì)滑坡體表層起到一定加固作用，二是攔截高處落石，防止損毀民房及公路。汶川地震后滑坡體上居住村民均已搬離。汶川地震時(shí)老公路路面發(fā)生開(kāi)裂，后在河水沖刷掏蝕坡腳的影響下，淺表坡體（DK 46 + 250～DK 46 + 350段右側(cè)）發(fā)生變形失穩(wěn)垮塌，導(dǎo)致老公路徹底中斷。2020年8月雨季洪災(zāi)期間，臨河段（DK 46 + 270～DK 46 + 350）坡腳表層再次發(fā)生小范圍坍滑。

結(jié)合滑坡兩縱兩橫主軸、線路工程形式布置滑坡勘探鉆孔?？碧讲捎秒p管單動(dòng)鉆探工藝，對(duì)取出巖芯進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)局部巖芯巖層傾角變化較大，巖土界面附近巖塊見(jiàn)揉皺擠壓現(xiàn)象。

2.4 滑坡成因分析

滑坡形成往往受較多因素影響，成因較為復(fù)雜［6-7］。從滑坡形態(tài)、物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)特征綜合分析，總體地形較陡，滑體以碎石類土為主，整個(gè)斜坡均分布有厚度較大的強(qiáng)風(fēng)化層，滑坡沿巖體風(fēng)化層結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑移的可能性較小。滑坡發(fā)育于巖堆體內(nèi)，原堆積體物質(zhì)在斜坡具備臨空條件時(shí)，沿巖土界面可能發(fā)生整體滑移破壞，發(fā)生牽引式滑動(dòng)，形成菜園子滑坡。該滑坡的形成原因主要包括以下幾個(gè)方面。

2.4.1 地形地貌

研究區(qū)總體地形坡度較陡，高差約160 m，為堆積體提供了較大的重力勢(shì)能差。臨河段凹岸長(zhǎng)期受河水沖刷掏蝕，坡腳老公路的開(kāi)挖修建，為菜園子滑坡形成以及后期淺表層局部變形失穩(wěn)提供了臨空面與滑移空間。

2.4.2 巖性及巖土體結(jié)構(gòu)

堆積層碎石類土粒徑差異較大，局部具架空結(jié)構(gòu)，孔隙大，易于地表水下滲。堆積體及巖體內(nèi)分布有遇水易軟化的絹云綠泥千枚巖，地表水的滲透及軟化作用易造成巖土界面或土體內(nèi)部出現(xiàn)軟弱帶。同時(shí)，滑坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，一方面降低巖體抗剪強(qiáng)度，另一方面也為地下水入滲提供通道，軟化潤(rùn)滑巖體，為巖土界面形成滑動(dòng)面（帶）提供有利條件。

2.4.3 地震

滑坡區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，地震頻發(fā)，地震烈度Ⅷ度。2008年汶川地震對(duì)地質(zhì)環(huán)境影響及破壞強(qiáng)烈，對(duì)菜園子滑坡的坡體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性造成一定影響，加速了滑體的蠕變變形，是震后路面開(kāi)裂、多處塊石崩落以及坡體局部發(fā)生變形失穩(wěn)的主要引發(fā)因素。

2.4.4 降雨

滑坡往往發(fā)生在降雨過(guò)程中或降雨結(jié)束后。降雨沿裂隙入滲后增加坡體自重，軟化坡體物質(zhì)，降低滑面（帶）抗剪強(qiáng)度參數(shù)。地表水在巖土界面一帶富集，受地形控制向漁子溪河谷排泄，易形成軟弱面。

綜上所述，菜園子滑坡的滑動(dòng)機(jī)制應(yīng)為：降雨沿著巖堆體較大的孔隙入滲，在巖土界面形成滯水，降低滑帶土體力學(xué)性質(zhì)。隨著雨水不斷充填軟弱結(jié)構(gòu)面，斜坡堆積體變形逐漸加劇，在坡腳具備臨空條件時(shí)，導(dǎo)致堆積體發(fā)生滑移。較陡的地形地貌、河邊臨空面、復(fù)雜的巖性及巖土體結(jié)構(gòu)等條件是菜園子滑坡發(fā)生的基礎(chǔ)條件；降雨匯聚下滲加劇滑坡發(fā)生，是主要誘發(fā)因素。地震、降雨和人工邊坡開(kāi)挖是導(dǎo)致菜園子滑坡后期淺表局部再次變形失穩(wěn)的主要因素。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 穩(wěn)定性分析坡面選取

從宏觀上判斷菜園子滑坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在外界因素的影響下表層局部可能發(fā)生變形失穩(wěn)。結(jié)合菜園子滑坡形態(tài)特征、物質(zhì)組成及成因，選擇A - A’軸剖面和B - B’軸剖面為代表，進(jìn)行穩(wěn)定性分析，如圖1和圖2所示。

圖1 菜園子滑坡A - A’軸斷面示意圖

圖2 菜園子滑坡B - B’軸斷面示意圖

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

本滑坡滑面近似為折線型，故采用極限平衡法對(duì)滑坡強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行反算。一般情況下，抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值時(shí)，假定砂性土C值來(lái)反求φ值。滑面（帶）抗剪強(qiáng)度指標(biāo)主要依據(jù)土體直剪試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、反算及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)修正后綜合確定。根據(jù)多次試算，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算參數(shù)取值如表1所示，暴雨工況對(duì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)折減。

表1 菜園子滑坡巖土體參數(shù)（天然狀態(tài)）取值表

3.3 滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性檢算及分析

由于老公路開(kāi)挖臨空處對(duì)B - B’軸剖面穩(wěn)定性影響較大，因此增加檢算該處的穩(wěn)定性。采用傳遞系數(shù)法、Morgenstem price和Spencer方法進(jìn)行計(jì)算分析及對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果如表2～表4所示。

表2 A - A’軸穩(wěn)定性檢算表

表3 B - B’軸穩(wěn)定性檢算表

表4 B - B’軸（老公路開(kāi)挖處）穩(wěn)定性檢算表

由檢算結(jié)果可知，現(xiàn)階段自然工況下滑坡整體安全系數(shù)均大于1.15，處于穩(wěn)定狀態(tài)。地震工況A - A’剖面穩(wěn)定系數(shù)1.07，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；B - B’剖面穩(wěn)定系數(shù)1.12～1.22，處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。暴雨工況下A - A’剖面穩(wěn)定系數(shù)1.05，B - B’剖面穩(wěn)定系數(shù)1.08～1.18，滑坡整體處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。檢算結(jié)果與調(diào)查結(jié)果基本相符。

3.4 施工開(kāi)挖段穩(wěn)定性檢算及分析

根據(jù)工程設(shè)置需求，DK 46 + 084～DK 46 + 107.7段橋隧銜接處以挖方為主，長(zhǎng)約24 m，線路中心最大挖深約7.7 m。施工開(kāi)挖坡腳必然對(duì)滑坡造成擾動(dòng)，新增坡腳臨空面，降低其穩(wěn)定性。結(jié)合地形地貌及開(kāi)挖情況，對(duì)典型開(kāi)挖D - D’軸剖面穩(wěn)定性進(jìn)行檢算。該處線路里程DK 46 + 095，中心開(kāi)挖高度3.85 m，開(kāi)挖寬度約40 m，開(kāi)挖坡面及防護(hù)設(shè)置如圖3所示，穩(wěn)定性檢算結(jié)果如表5所示。

圖3 DK 46 + 095開(kāi)挖坡面及防護(hù)示意圖

表5 D - D’軸穩(wěn)定性檢算表

由檢算結(jié)果可知，D - D’軸剖面現(xiàn)階段處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；施工開(kāi)挖后在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在暴雨和地震工況下，穩(wěn)定系數(shù)均小于1，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡防治對(duì)策

新建線路于菜園子滑坡坡腳通過(guò)，雖然滑坡目前整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但結(jié)合坡腳老公路損毀情況、汛期臨河段淺表局部坍塌及考慮施工過(guò)程中的擾動(dòng)影響，特別是施工開(kāi)挖段處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有必要對(duì)滑坡先進(jìn)行加固防治后再施工，確保工程安全。根據(jù)滑坡地形地貌特點(diǎn)、成因、檢算成果及與工程的關(guān)系，擬采用“排水廊道 + 抗滑樁 + 監(jiān)測(cè)樁”的方案對(duì)滑坡進(jìn)行防治和監(jiān)測(cè)預(yù)警，截水骨架和錨桿框架梁內(nèi)采用灌草護(hù)坡。

4.1 排水廊道

雨水沿坡面入滲是滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素，菜園子滑坡防治中應(yīng)首先考慮水的影響。地表排水廊道按“一環(huán) + 兩橫一縱”的方式設(shè)置，用于截流地表水和降低地下水：滑坡邊界外設(shè)置環(huán)形截水溝，長(zhǎng)621 m；中部設(shè)置2道橫向截水溝（第1道長(zhǎng)217 m，第2道長(zhǎng)243 m）及1道縱向截水溝（長(zhǎng)347 m）。橫向截水溝兩端順接入環(huán)形截水溝，截水溝尺寸寬0.4 m，深0.6 m，采用0.3 m厚M7.5漿砌片石砌筑，環(huán)形截水溝及縱向截水溝溝水引入漁子溪。

4.2 抗滑樁

抗滑樁設(shè)置于線路右側(cè)，樁平面布置以垂直主軸為主，根據(jù)滑坡與工程位置關(guān)系，設(shè)置“兩短一長(zhǎng)”3排共計(jì)29根抗滑樁。同時(shí)在DK 46 + 100處線路兩側(cè)共設(shè)置3處樁板墻，進(jìn)一步加強(qiáng)橋隧接頭處工程的安全防護(hù)?？够瑯对O(shè)置情況及作用包括：

（1）從高往低第1排設(shè)置6根抗滑樁，為正線挖方段埋式抗滑樁，主要作用為加固滑坡體。樁間距為6 m，樁截面采用2.0 m×3.0 m～2.25 m×3.25 m，樁長(zhǎng)20～24 m，樁身采用C35混凝土灌注。

（2）第2排設(shè)置3根抗滑樁，主要作用為加固滑坡體，保證橋梁0號(hào)樁基承臺(tái)不受滑坡下滑推力作用。樁間距為6 m，樁截面采用2.5 m×3.5 m，樁長(zhǎng)26 m，樁身采用C35混凝土灌注。

（3）第3排抗滑樁設(shè)置為折線型，由小里程向大里程設(shè)置4 + 16根抗滑樁，前7根抗滑樁主要作用是保證橋梁1號(hào)、2號(hào)樁基承臺(tái)不受滑坡下滑推力作用，后13根抗滑樁作用為加固滑坡坡腳。樁間距均為6 m，樁截面分別采用2 m×3 m和1.5 m×2.5 m～2 m×3 m，樁長(zhǎng)分別為23 m和15～26 m，樁身采用C35混凝土灌注。

鐵路工程滑坡地段一般工況設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于1.10，暴雨或地震工況下設(shè)計(jì)安全系數(shù)不應(yīng)小于1.05。采用上述抗滑樁加固方案后，滑坡穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求。

4.3 位移檢測(cè)樁

研究區(qū)雨季降雨量大且集中，汛期河水沖刷掏蝕破壞力極強(qiáng)，地震頻發(fā)，并且施工中不可避免對(duì)滑坡產(chǎn)生擾動(dòng)，這些都是不利于滑坡穩(wěn)定的因素，因此有必要在施工及運(yùn)營(yíng)期間對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。位移監(jiān)測(cè)樁按滑坡A、B主軸進(jìn)行布置，間距約50 m，共計(jì)10根。

5 結(jié)論

本文以都四山地軌道交通項(xiàng)目菜園子滑坡為例，對(duì)滑坡體工程地質(zhì)特征及成因進(jìn)行綜合分析，得出主要結(jié)論如下：

（1）菜園子滑坡發(fā)育于汶川地震強(qiáng)烈影響區(qū)內(nèi)，為堆積土類大型中深層牽引式滑坡。

（2）菜園子滑坡的主要成因?yàn)椋夯聟^(qū)地形較陡，堆積碎石類土物質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)較松散、強(qiáng)度低。降雨沿著裂隙入滲，在土體與基巖接觸面上形成滯水，絹云綠泥千枚巖受地下水浸泡極易軟化，強(qiáng)度大幅降低，在坡腳具備臨空條件時(shí)，促使坡體發(fā)生滑動(dòng)。地震、降雨和人工邊坡開(kāi)挖是導(dǎo)致菜園子滑坡后期淺表局部再次變形失穩(wěn)的主要因素。

（3）宏觀判斷滑坡現(xiàn)狀整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在外界因素的影響下表層局部可能發(fā)生變形失穩(wěn)。穩(wěn)定性檢算分析結(jié)果與實(shí)際情況基本相符。

（4）橋隧銜接處（DK 46 + 084～DK 46 + 107.7段）施工開(kāi)挖坡腳后，在暴雨和地震工況下滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。綜合考慮滑坡穩(wěn)定狀態(tài)及施工擾動(dòng)，應(yīng)先對(duì)滑坡進(jìn)行加固防護(hù)處理后再施工，確保工程安全。

（5）設(shè)置“一環(huán) + 兩橫一縱”排水廊道減排地表水；結(jié)合橋梁墩臺(tái)布置，針對(duì)性設(shè)置“兩短一長(zhǎng)”共計(jì)3排29根抗滑樁對(duì)滑坡進(jìn)行加固防護(hù)，保護(hù)橋梁墩臺(tái)。

（6）沿滑坡主軸設(shè)置共10根位移檢測(cè)樁，加強(qiáng)施工及運(yùn)營(yíng)階段對(duì)滑坡體的變形監(jiān)測(cè)及預(yù)警。