都四山地軌道交通項目滑坡穩定性分析及防治對策

鄧 睿 崔建宏 梅萬波 唐偉華

（中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031）

新建都江堰至四姑娘山山地軌道交通項目位于汶川地震強烈影響區范圍內，線路起于都江堰市，向西北方向途經映秀鎮、耿達鎮、臥龍鎮，終于四姑娘山鎮。沿線面臨強烈的新構造運動、高地震烈度、極其發育的震后次生重力地質災害等問題，工程地質條件極為復雜［1-4］。受特殊的地形、地質環境以及經濟社會效益等因素影響，線路DK 46 + 079～DK 46 + 215段不可避免地于菜園子滑坡坡腳通過，工程受滑坡影響較大。

本文擬根據現場調查、地質鉆探等方法對滑坡的特征及成因進行分析，通過極限平衡法對滑坡穩定性進行檢算，結合滑坡對工程的影響情況給出建議采取的相應防治措施，確保工程安全。

1 滑坡基本地質條件

1.1 自然地理概況

菜園子滑坡位于耿達電站附近漁子溪河邊，距離耿達鎮約2 km。屬龍門山低中山地貌，溝谷密度大，多呈“U”型，風化剝蝕強烈。為典型的亞熱帶內陸山地氣候，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，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

研究區地表地層為第四系全新統滑坡堆積層（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））閃長巖。

1.3 地質構造及地震動參數

滑坡下伏巖層代表性產狀為N24°E／77°NW，巖體節理發育，主要發育兩組延伸和貫通性好的節理裂隙，產狀為N84°W／90°和N34°W／35°SW?；路秶鷥劝l育菜園子4號和5號逆斷層，受構造影響巖體較破碎～破碎，局部產狀較紊亂。區內地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，地震烈度為Ⅷ度。

1.4 水文地質條件

滑坡區地表水主要為漁子溪河水，兩岸發育季節性沖溝。河水四季長流，水量變化頗大，冬春少雨季，水量較為穩定，夏秋多雨時期，山洪暴發，往往造成洪水災害。主河道河面高約1 497.8～1 499.18 m，百年洪水位標高為1 500.34 m。地下水主要為第四系松散巖類孔隙水、基巖裂隙水及構造裂隙水?；露逊e層內孔隙水主要接受大氣降水和地表水補給。

2 滑坡特征及成因分析

2.1 形態特征

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及負地形均較為明顯，前緣擠壓河床?；轮骰较蚣s220°，軸向長約270 m，前緣寬約275 m，地表自然坡面30°～60°，坡體植被較發育，未見裂隙發育，中后部新建有鄉村道路?；潞蠓桨l育菜園子1號滑坡，主滑方向約278°，滑動后對菜園子滑坡后緣地貌造成破壞。

2.2 物質成分及結構特征

勘探揭示菜園子滑坡滑體物質以角礫土、碎石土為主，局部夾塊石土，多呈褐灰，褐黃色，稍密～中密，石質成分主要為強～弱風化千枚巖、板巖、變質砂巖及閃長巖等，厚5～20 m，體積約50×104m3，屬大型中深層滑坡［5］?；瑒訋卣鞑幻黠@，第四系碎塊石土直接覆蓋于強風化巖層上，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 滑坡現狀及變形特征調查

從現場調查和訪問情況來看，菜園子滑坡地表多見變質砂巖、閃長巖質塊石堆積，最大粒徑可達3 m?；轮星熬壠麦w可見馬刀樹，坡腳修建有老公路?；抡w穩定性主要取決于滑坡前緣及陡峻坡體的穩定性，菜園子滑坡體內未見抗滑樁等防治措施，目前未見新增裂縫，地表無變形開裂跡象，滑坡整體應處于基本穩定狀態。

受老公路開挖坡腳影響，該滑坡前緣坡體淺表曾局部發生變形失穩，調查中發現DK 46 + 100～DK 46 + 150段線路右側斜坡建有擋墻。當地居民介紹擋墻一是對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。汶川地震時老公路路面發生開裂，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）發生變形失穩垮塌，導致老公路徹底中斷。2020年8月雨季洪災期間，臨河段（DK 46 + 270～DK 46 + 350）坡腳表層再次發生小范圍坍滑。

結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管單動鉆探工藝，對取出巖芯進行分析，發現局部巖芯巖層傾角變化較大，巖土界面附近巖塊見揉皺擠壓現象。

2.4 滑坡成因分析

滑坡形成往往受較多因素影響，成因較為復雜［6-7］。從滑坡形態、物質及其結構特征綜合分析，總體地形較陡，滑體以碎石類土為主，整個斜坡均分布有厚度較大的強風化層，滑坡沿巖體風化層結構面產生滑移的可能性較小?；掳l育于巖堆體內，原堆積體物質在斜坡具備臨空條件時，沿巖土界面可能發生整體滑移破壞，發生牽引式滑動，形成菜園子滑坡。該滑坡的形成原因主要包括以下幾個方面。

2.4.1 地形地貌

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

2.4.2 巖性及巖土體結構

堆積層碎石類土粒徑差異較大，局部具架空結構，孔隙大，易于地表水下滲。堆積體及巖體內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部出現軟弱帶。同時，滑坡巖體節理裂隙發育，一方面降低巖體抗剪強度，另一方面也為地下水入滲提供通道，軟化潤滑巖體，為巖土界面形成滑動面（帶）提供有利條件。

2.4.3 地震

滑坡區新構造運動活躍，地震頻發，地震烈度Ⅷ度。2008年汶川地震對地質環境影響及破壞強烈，對菜園子滑坡的坡體結構及穩定性造成一定影響，加速了滑體的蠕變變形，是震后路面開裂、多處塊石崩落以及坡體局部發生變形失穩的主要引發因素。

2.4.4 降雨

滑坡往往發生在降雨過程中或降雨結束后。降雨沿裂隙入滲后增加坡體自重，軟化坡體物質，降低滑面（帶）抗剪強度參數。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，菜園子滑坡的滑動機制應為：降雨沿著巖堆體較大的孔隙入滲，在巖土界面形成滯水，降低滑帶土體力學性質。隨著雨水不斷充填軟弱結構面，斜坡堆積體變形逐漸加劇，在坡腳具備臨空條件時，導致堆積體發生滑移。較陡的地形地貌、河邊臨空面、復雜的巖性及巖土體結構等條件是菜園子滑坡發生的基礎條件；降雨匯聚下滲加劇滑坡發生，是主要誘發因素。地震、降雨和人工邊坡開挖是導致菜園子滑坡后期淺表局部再次變形失穩的主要因素。

3 滑坡穩定性分析

3.1 穩定性分析坡面選取

從宏觀上判斷菜園子滑坡目前整體處于基本穩定狀態，在外界因素的影響下表層局部可能發生變形失穩。結合菜園子滑坡形態特征、物質組成及成因，選擇A - A’軸剖面和B - B’軸剖面為代表，進行穩定性分析，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 計算參數選取

本滑坡滑面近似為折線型，故采用極限平衡法對滑坡強度參數進行反算。一般情況下，抗剪強度參數取值時，假定砂性土C值來反求φ值?；妫◣В┛辜魪姸戎笜酥饕罁馏w直剪試驗、室內試驗、反算及經驗進行適當修正后綜合確定。根據多次試算，結合工程經驗，計算參數取值如表1所示，暴雨工況對參數進行適當折減。

表1 菜園子滑坡巖土體參數（天然狀態）取值表

3.3 滑坡現狀穩定性檢算及分析

由于老公路開挖臨空處對B - B’軸剖面穩定性影響較大，因此增加檢算該處的穩定性。采用傳遞系數法、Morgenstem price和Spencer方法進行計算分析及對比驗證，結果如表2～表4所示。

表2 A - A’軸穩定性檢算表

表3 B - B’軸穩定性檢算表

表4 B - B’軸（老公路開挖處）穩定性檢算表

由檢算結果可知，現階段自然工況下滑坡整體安全系數均大于1.15，處于穩定狀態。地震工況A - A’剖面穩定系數1.07，處于基本穩定狀態；B - B’剖面穩定系數1.12～1.22，處于基本穩定～穩定狀態。暴雨工況下A - A’剖面穩定系數1.05，B - B’剖面穩定系數1.08～1.18，滑坡整體處于基本穩定～穩定狀態。檢算結果與調查結果基本相符。

3.4 施工開挖段穩定性檢算及分析

根據工程設置需求，DK 46 + 084～DK 46 + 107.7段橋隧銜接處以挖方為主，長約24 m，線路中心最大挖深約7.7 m。施工開挖坡腳必然對滑坡造成擾動，新增坡腳臨空面，降低其穩定性。結合地形地貌及開挖情況，對典型開挖D - D’軸剖面穩定性進行檢算。該處線路里程DK 46 + 095，中心開挖高度3.85 m，開挖寬度約40 m，開挖坡面及防護設置如圖3所示，穩定性檢算結果如表5所示。

圖3 DK 46 + 095開挖坡面及防護示意圖

表5 D - D’軸穩定性檢算表

由檢算結果可知，D - D’軸剖面現階段處于基本穩定～穩定狀態；施工開挖后在天然狀態下處于基本穩定狀態，但在暴雨和地震工況下，穩定系數均小于1，滑坡處于不穩定狀態。

4 滑坡防治對策

新建線路于菜園子滑坡坡腳通過，雖然滑坡目前整體處于基本穩定狀態，但結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程中的擾動影響，特別是施工開挖段處于不穩定狀態，有必要對滑坡先進行加固防治后再施工，確保工程安全。根據滑坡地形地貌特點、成因、檢算成果及與工程的關系，擬采用“排水廊道 + 抗滑樁 + 監測樁”的方案對滑坡進行防治和監測預警，截水骨架和錨桿框架梁內采用灌草護坡。

4.1 排水廊道

雨水沿坡面入滲是滑坡發生的誘發因素，菜園子滑坡防治中應首先考慮水的影響。地表排水廊道按“一環 + 兩橫一縱”的方式設置，用于截流地表水和降低地下水：滑坡邊界外設置環形截水溝，長621 m；中部設置2道橫向截水溝（第1道長217 m，第2道長243 m）及1道縱向截水溝（長347 m）。橫向截水溝兩端順接入環形截水溝，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

抗滑樁設置于線路右側，樁平面布置以垂直主軸為主，根據滑坡與工程位置關系，設置“兩短一長”3排共計29根抗滑樁。同時在DK 46 + 100處線路兩側共設置3處樁板墻，進一步加強橋隧接頭處工程的安全防護?？够瑯对O置情況及作用包括：

（1）從高往低第1排設置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20～24 m，樁身采用C35混凝土灌注。

（2）第2排設置3根抗滑樁，主要作用為加固滑坡體，保證橋梁0號樁基承臺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26 m，樁身采用C35混凝土灌注。

（3）第3排抗滑樁設置為折線型，由小里程向大里程設置4 + 16根抗滑樁，前7根抗滑樁主要作用是保證橋梁1號、2號樁基承臺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計安全系數不應小于1.10，暴雨或地震工況下設計安全系數不應小于1.05。采用上述抗滑樁加固方案后，滑坡穩定系數滿足規范要求。

4.3 位移檢測樁

研究區雨季降雨量大且集中，汛期河水沖刷掏蝕破壞力極強，地震頻發，并且施工中不可避免對滑坡產生擾動，這些都是不利于滑坡穩定的因素，因此有必要在施工及運營期間對其進行監測預警。位移監測樁按滑坡A、B主軸進行布置，間距約50 m，共計10根。

5 結論

本文以都四山地軌道交通項目菜園子滑坡為例，對滑坡體工程地質特征及成因進行綜合分析，得出主要結論如下：

（1）菜園子滑坡發育于汶川地震強烈影響區內，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為：滑坡區地形較陡，堆積碎石類土物質結構相對較松散、強度低。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，強度大幅降低，在坡腳具備臨空條件時，促使坡體發生滑動。地震、降雨和人工邊坡開挖是導致菜園子滑坡后期淺表局部再次變形失穩的主要因素。

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

（4）橋隧銜接處（DK 46 + 084～DK 46 + 107.7段）施工開挖坡腳后，在暴雨和地震工況下滑坡處于不穩定狀態。綜合考慮滑坡穩定狀態及施工擾動，應先對滑坡進行加固防護處理后再施工，確保工程安全。

（5）設置“一環 + 兩橫一縱”排水廊道減排地表水；結合橋梁墩臺布置，針對性設置“兩短一長”共計3排29根抗滑樁對滑坡進行加固防護，保護橋梁墩臺。

（6）沿滑坡主軸設置共10根位移檢測樁，加強施工及運營階段對滑坡體的變形監測及預警。