鹰厦铁路K339滑坡区工程地质特征及治理

雷能忠，钟瑜隆，陈三姗

(武夷学院土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300)

鹰厦铁路K339滑坡区工程地质特征及治理

雷能忠，钟瑜隆，陈三姗

(武夷学院土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300)

文章在对鹰厦铁路K339滑坡区进行工程地质勘察基础上，详细描述了滑坡形态、地形地貌、岩土类型与地层岩性、岩土力学性质、水文地质等工程地质特征，并对滑坡形成条件与成因进行探讨。选择了5个剖面，采用传递系数法计算了正常工况和暴雨条件下的滑坡推力，其值均大于零，滑坡处于不稳定状态；针对滑坡体的特征，提出了滑坡防治的工程措施和施工注意事项。

鹰厦铁路；滑坡；工程地质特征；滑坡推力；治理；福建省

0 引言

鹰厦铁路于1954年动工兴建，1957年竣工通车，是福建省第一条出省铁路通道。鹰厦铁路北起江西省鹰潭市，南至福建省厦门市，全长694 km[1]。鹰厦铁路初建为战备线，线路技术标准低。其南段沿江修建，地势险要，北段崇山峻岭坡陡弯急，受台风影响年降雨量大且集中，频繁诱发滑坡、崩塌、泥石流等各类地质灾害，影响铁路运行安全。为治理鹰厦铁路滑坡地质灾害，相关部门开展了大量的岩土工程勘察工作，并获得了丰富的地勘资料。

本次研究区为鹰厦线一典型路堑边坡，位于鹰厦铁路K339+150～+440处。此段堑坡2005年予以整治，初始拱形护坡，后又在拱圈内填筑浆砌片石，近期在护坡上部采用框架锚杆加固；坡上设天沟，排水系统较完整。2010年4月至6月，因台风作用，福建省东北部山区持续特大暴雨，K339滑坡区内出现了一些变形破坏现象。滑坡顶部天沟下边缘出现多处裂缝与错位，滑坡边缘侧沟表层受挤压变形，使部分测沟盖板鼓起上翘，锚杆钢筋混凝土帽产生较大形态改变。

在本次研究工作中，首先采用路线工程地质调查方法，采用槽探、井探、工程地质钻探相结合，同时结合各种原位测试和室内土工实验技术，将详细了解K339滑坡的工程地质特征，分析滑坡产生的原因、规模，以及滑坡与下部岩层的接触关系，并将对滑坡在各种工况下变形破坏的特征及其发展趋势作出评述，根据其危害性提出切实可行的防治措施。

1 工程地质特征

1.1 地形地貌与滑坡形态

滑坡为路堑边坡，位于鹰厦铁路K339+150～+440处，纵长290 m，横向宽度50～80 m，相对最大高差50 m，滑坡下陡上缓，下部约40°，后缘30°。鹰厦铁路从K339滑坡的坡脚部位通过，铁路线左侧为滑坡山体，右侧为富屯溪，路堑边坡高度为20～30 m。自然坡坡度约30°～40°，植被茂盛，松树、杉树密布于山坡上，见图1。

图1 K339滑坡地形示意图Fig.1 Topographic sketch of landslide K339

图2 侧沟盖板变形Fig.2 Cover plate deformation around side ditch

图3 滑坡下部浆砌片石护坡整体外鼓Fig.3 Drum deformation of mortar rubbleat bottom of the landslide

2010年4月至6月连续特大暴雨，诱发了滑坡病害，具体表现为：

①K339+160～+320线路左侧盖板沟受挤变形，部分盖板隆起上跷，见图2；

②K339+160～+350线路左侧堑坡下部浆砌片石护坡整体外鼓约0.5～2 cm，见图3；

③K339+160～+350线路左侧堑坡的既有框架锚杆护坡框架梁变形，部分混泥土剥落，见图4；

④K339+160～+440线路左侧堑顶天沟下边缘及堑坡多处出现裂缝、错落，见图5。

K339滑坡所处区域地形为山地，中亚热带气候，四季分明，冬天寒冷，夏天酷热。区内森林覆盖率高，植被繁茂。区内雨量丰富，降雨主要集中于4—9月台风活动期。年平均降雨量平均达到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月为雨季，其它时间为旱季[2]。年平均气温17.9℃～21.2℃，极端最高气温43.2℃，极端最低气温-10.3℃，无霜期平均长达247天以上。

1.2 地质构造与地震作用

福建省区域地质图[3]显示，区域上有SN向断层通过，但区域内山体均由变质岩系组成，除了节理构造及局部褶皱外，未见大的断裂构造，区域地质基本稳定。

图4 既有框架梁变形Fig.4 Deformation of the old framed girder

图5 堑顶天沟下边缘裂缝Fig.5 Cracks along the lower edge ofgutter of top of cutting slope

图6 坡体物质结构剖面图(9—10剖面)Fig．6 Profilesofthelandslidematerialconstruction

根据GB18306—2001《中国地震动参数区划图》，K339滑坡场地的地震动峰值加速度处于0.05 g与小于0.05 g交接处，以0.05 g计算，相应于抗震设防烈度6度。综合评定场地土的类型为中硬土，场地类别为Ⅱ类，特征周期Tg=0.35 s，特征周期分区为一区。

1.3 地层岩性

不同风化程度岩石特征不尽相同。(1)全风化云母石英片岩(见图⑥中④1)：褐黄色、黄色，岩石风化呈土状，中压缩性；岩石破碎，节理发育，节理面铁染成黑色，原岩结构已全部破坏，手捏即碎，手感黏滑；夹有石英岩脉，石英岩脉已风化成石英角砾；此层顶板标高42.40～90.10 m，层厚3.1～20.7 m。(2)强风化云母石英片岩(见图⑥中④2)：褐黄色及灰黑色，岩石严重风化，但岩石结构仍较完整，节理面呈黑色铁染，基本保留原岩结构，手可掰碎；夹有石英脉，但未见完整岩芯，仅有岩块取出，强度较高；此层顶板标高34.20～74.90 m。揭露厚度3.30～24.00 m。(3)弱风化云母片岩(见图⑥中④3)：绿泥绿帘石片岩，灰绿色、青灰色，岩芯呈柱状，饱和状态单轴抗压强度7.1～10.5 MPa；最大揭示厚度仅6.0 m。

1.4 岩土的物理力学指标

主要岩土层的室内试验成果见表1，原位测试成果见表2[4-5]所述。

表1 K339滑坡岩土的物理力学性质参数统计表

表2 标准贯入试验成果统计表

1.5 水文地质

K339滑坡场地为山地地形，地表面大小冲沟十分发育，降雨先以面流向小冲沟，再向大冲沟汇聚，最后流入铁路沿线的富屯溪。台风是影响该地区降雨量的重要因素。在4—9月台风季节，受地形阻挡，台风经常带来大暴雨，雨量大且集中。

滑坡场地岩土中的孔隙潜水主要赋存于上部第四系残积、坡积层黏土、粉质黏土及全风化云母片岩层中。勘探发现，坡残积土中的孔隙水常常呈多层或透镜状出现，具备上层滞水性质。潜水的水位变化幅度大，大气降水是主要补给源。

裂隙水主要赋存于滑坡下部云母石英片岩岩石构造裂隙、层间裂隙和风化裂隙中，水量较小，但在基岩中的构造破碎带及岩层节理裂隙发育部位较丰富。裂隙水的补给和排泄都通过河流进行。

2 滑坡变形破坏机制及稳定性分析

2.1 滑坡形成条件及原因

针对滑坡的发生、发展过程，结合地形地貌、地层岩性及水文地质条件等方面的综合分析，滑坡产生的主要原因有如下几点：

(1)水的作用。K339滑坡所处地区为亚热带性山地气候，每年4—9月台风季节，雨量大且集中，频繁发生大暴雨。2010年4月至6月，多次台风经过本区，鹰厦铁路沿线连续大暴雨，雨水从坡面下渗进入滑坡上部土层中，使得岩土迅速饱和，其抗剪强度大大降低，引起鹰厦铁路沿线多处边坡出现局部或整体滑移变形。

(2)人为活动。K339滑坡为路堑边坡，是修建鹰厦铁路开挖形成的，由于支挡较迟，形成了一个长达250 m，高20～30 m临空离散面，导致滑坡自然山体自重平衡受到破坏。线路右侧紧邻富屯溪早期建设了洋口水库电站，水库蓄放水形成的水位落差高达7～10 m，长年库区水位涨落，对坡脚岩土层产生持续侵蚀破坏，加快了坡脚基岩风化破坏，岩石软化，诱发坡岸滑塌变形。

(3)岩土工程性质。K339滑坡上部覆盖层残坡积粉质黏土，土层结构松散，孔隙度大，地下水发育，滑坡下部的全风化云母片岩结构破碎，整体性差；同时，风化作用产生的云母、绢云母矿物力学性质上具有天然滑腻状，都大大降低了岩土之间的结合力。

2.2 稳定性分析与评价

根据GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》要求，边坡稳定性评价一般应包括边坡稳定性状态的定性分析、边坡稳定性定量计算、边坡稳定性及其发展变化趋势的综合评价分析[6-7]。

边坡稳定性分析应遵循的原则是，以定性分析为基础，辅助以定量计算手段，进行综合评价。根据研究滑坡的地层岩性，岩土类型及其物理力学性质，水文地质，地质作用等工程地质条件，从已经出现的变形破坏迹象，分析可能的破坏模式，并对其稳定性发展趋势做出估计，是边坡稳定性分析的主要内容[8]。

根据现场调查，该滑坡后缘裂缝位于天沟内侧，该裂缝长约20 m，宽1～2 cm，可见深度约0.5 m，调查时该裂缝已采用彩条布封盖(见图5)。线路左侧侧沟受挤压变形，盖板凸起，侧沟以上浆砌片石护坡伸缩缝处鼓胀外挤，推测该滑坡其前缘出口位于线路左侧侧沟沟底。

根据钻探资料分析，该滑坡的滑动面大部位于全风化云母石英片岩岩层中，主滑面倾角30°左右。根据滑坡的变形迹象和滑动分析，该滑坡体的原深度为8～15 m，滑体体积约12×104m3，为一中型滑坡。

滑坡推力及滑坡稳定性系数的计算是边坡稳定性计算的主要内容。目前，在滑坡推力计算方法方面有很多种方法可供选择，如瑞典条分法、毕肖普法、传递系数法、分块极限平衡法，以及简布法等[6-7]。另外，根据《建筑边坡工程技术规范》[8]，也可以用圆弧滑动法、平面滑动法及折线滑动法。

本次研究使用折线滑动法对K339滑坡进行稳定性计算。按《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 10025—2006)的相关规定[9]，采用传递系数法计算滑坡推力。

滑坡推力计算公式，如下：

Ei=KsWisinαi-Wicosαitanφi-cili+ψiEi-1

(1)

式中，Ei为第i个条块末端的滑坡推力(kN/m)；Ks为安全系数，可采用1.05～1.25[8]；Wi为第i块滑体的重力(kN/m)；Ei-1为第i-1块滑坡推力(kN/m)；αi为第i块滑动面倾角(°)；αi-1为第i-1块滑动面倾角(°)；φi为第i块滑动面内摩擦角(°)；ci为第i块滑动面黏聚力(kPa)；li为第i块滑动面长度(m)；ψi为传递系数。

传递系数公式，如下：

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(2)

当最后一条块剩余下滑力小于等于零时，可判断为滑坡岩土体处于稳定状态。当最后一条块剩余下滑力大于零时说明滑坡岩土体不稳定，所确定的不稳定结构面为潜在滑动面，计算得到的En推力值可作为设计滑坡治理支挡结构所承受的推力。

根据工勘资料所提供的滑坡的特征，并采用公式(1)，考虑正常工况和暴雨工况，分别利用天然状态和水饱和状态两种参数，对图1中1—2、3—6、7—8、9—10、11—12号剖面进行滑坡推力计算，结果见表3。从表3可以看出，无论是正常工况还是暴雨工况，全部5个剖面中的滑动面都处于潜在滑动状态，其中9—10号剖面两种工况下的滑坡推力在5个剖面中都是最大的，这与9—10号剖面相对坡度较大有紧密联系。

3 滑坡工程治理措施

依据工程地质勘察获得的数据资料综合分析，结合支挡结构特点和已有支挡工程，通过结构设计计算，在滑坡的不同部位，分别采用抗滑桩、锚杆框架梁和预应力锚索框架梁三种支挡结构进行边坡支护[9-16]。

3.1 抗滑桩

在K339+168～+440左侧距线路中心约13 m处设第一排C35钢筋砼抗滑桩，桩间距6 m，根据滑坡推力设计桩型。在K339+150～+200左侧距线路中心约84 m处设第二排抗滑桩，桩间距6 m。抗滑桩施工应跳桩间隔施工基坑，同时护壁要及时跟进。及时连续且不间断浇灌抗滑桩桩身混凝土，不能形成次生软弱截面。桩身混凝土的强度等级不低于C35。根据水质分析报告，本段地下水对混凝土有酸性及二氧化硫侵蚀，所有砌体及圬工均需采取防侵蚀性措施。

3.2 锚杆框架梁

在K339+210～+440左侧堑坡下部(抗滑桩以下)既有浆砌片石护坡采用锚杆框架梁进行加固防护，锚杆长9 m，锚杆纵向间距5.5～5.8 m，横向垂高3.0 m，框架梁截面尺寸300 mm×300 mm。锚杆采用两根直径25 mm的HRB335螺纹钢制作，计算得到锚杆水平面角度为15°～20°；在锚头部位，使用弯钩与框架梁主筋焊接或绑扎牢固，支架与锚杆全部采用焊接连接增加强度；锚杆杆身每隔1.5 m设一个对中支架，采用直径12 mm钢筋制作。锚杆外露弯折20 cm，使用厚度为5 mm的C30混凝土圈闭。沿线路方向，每隔14～22 m设置伸缩缝于框架横梁中部，宽度为2 mm，伸缩缝内填塞沥青麻筋。框架格内采用植灌草坡面防护。

3.3 预应力锚索框架梁

K339+195～+440左侧路堑边坡上部采用预应力锚索框架梁进行加固，锚索长22～26 m，锚索间距4.0 m×4.0 m，框架梁截面尺寸500 mm×500 mm。锚索沿线路方向每4.0 m设置一处，计算出锚固段长度为6.0～8.0 m，伸入中等—弱风化云母片岩岩层中，现场施工可根据岩层情况适当调整锚索自由段长度，一般保持在8.0～10.0 m，锚索水平夹角为15°～20°，计算得到的锚索单孔设计锚固力≤400 kN。

表3 K339滑坡推力计算结果表

量单位：kN/m

3.4 既有排水工程的修复

在K339+150～+440修复既有破损天沟和侧沟，同时在K339+210左侧30 m处泉眼设置仰斜排水孔，引流地下水。

4 结论

(1)K339段滑坡为一中型路堑滑坡，滑体为残坡积粉质黏土和全风化云母片岩，结构松散，孔隙大，工程地质条件差；台风季节产生的暴雨是引发滑坡变形破坏的主要原因。

(2)正常工况和暴雨工况下5个典型剖面滑坡推力计算结果表明，滑坡已经处于不稳定状态，需要进行治理。

(3)根据滑坡特征，结合支挡结构特点和已有支挡工程，在滑坡的不同部位，分别采用抗滑桩、锚杆框架梁和预应力锚索框架梁三种支挡结构进行边坡支护，同时修复既有护坡工程。

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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； 责任编辑： 王传泰

福建省科技计划重点项目(编号：2014Y0040)、福建省南平市重点科技计划项目(编号：N2013X01-1)联合资助。

雷能忠(1969—)，男，教授，博士，主要从事工程地质灾害防治与国土资源勘查的教学与研究工作。通信地址：福建省武夷山市武夷大道16号，武夷学院土木工程与建筑学院；邮政编码：354300；E-mail： nzhlei@126.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2015.04.022

P642，U212.22

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