鈣質(zhì)頁巖路塹邊坡順層滑坡分析與防治

代云山

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 武漢　430063)

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鈣質(zhì)頁巖路塹邊坡順層滑坡分析與防治

代云山

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 武漢430063)

摘要：合福鐵路某區(qū)段鈣質(zhì)頁巖邊坡順層滑坡,經(jīng)過對(duì)順層滑坡工點(diǎn)鈣質(zhì)頁巖地貌、構(gòu)造、巖性、風(fēng)化、水文特征及施工影響等方面的綜合分析,得出滑坡形成原因,并據(jù)此對(duì)其采用綜合防治措施。通過施工后長期的變形監(jiān)測及季節(jié)考驗(yàn),該區(qū)段邊坡穩(wěn)定,處理效果良好。特殊地貌構(gòu)造產(chǎn)出的鈣質(zhì)頁巖,易產(chǎn)生巖層斷裂及順層滑動(dòng),施工時(shí)需分級(jí)刷坡支護(hù),坡腳支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)分段開挖施工。

關(guān)鍵詞：鐵路路塹；鈣質(zhì)頁巖邊坡；順層滑坡；防治

1工程概述

1.1工程概況

合福鐵路某區(qū)段位于DK272+350～DK275+370，分布的路基工點(diǎn)類型主要為路塹邊坡支擋防護(hù)工程，區(qū)段內(nèi)線位走向239°。圖1為區(qū)段內(nèi)的3個(gè)代表性路塹邊坡防護(hù)工點(diǎn)。

1.2工程地質(zhì)

圖1　工點(diǎn)分布平面示意

地形地貌：區(qū)域內(nèi)為剝蝕丘陵及丘間谷地區(qū)，自然坡度30°～45°，植被發(fā)育，山脊及溝谷呈北西-南東走向。

地層巖性：區(qū)域涉及地層主要為奧陶系下統(tǒng)印渚埠組(O1y)鈣質(zhì)頁巖，具體為：(1)O1y鈣質(zhì)頁巖全風(fēng)化，灰黃色，風(fēng)化呈土狀，層厚0～5.5 m，σ0=200 kPa；(2)O1y鈣質(zhì)頁巖強(qiáng)風(fēng)化，灰綠色、灰黃色，節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，層厚6～18 m，σ0=350 kPa；(3)O1y鈣質(zhì)頁巖弱風(fēng)化，灰色，節(jié)理較發(fā)育，σ0=500 kPa。

水文地質(zhì)：區(qū)域內(nèi)地表水系發(fā)育，溝谷中多分布地表徑流，沿溝谷向東南向排泄；地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水，不發(fā)育。環(huán)境水受降雨影響變化明顯，無化學(xué)及氯鹽侵蝕性。

物理地質(zhì)：區(qū)域內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度<0.05g，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

不良地質(zhì)：區(qū)域內(nèi)巖層產(chǎn)狀131°～141°∠31°～45°，視傾角20°～41°，線路右側(cè)路塹邊坡順層[1]。

1.3工程措施

區(qū)段內(nèi)路基工點(diǎn)設(shè)計(jì)類型主要為順層深路塹邊坡支擋防護(hù)工點(diǎn)，路塹邊坡多分一至三級(jí)設(shè)置。支擋防護(hù)措施主要為C30混凝土重力式路塹擋墻、承壓板預(yù)應(yīng)力錨索、框架梁預(yù)應(yīng)力錨索、框架梁錨桿；邊坡加固措施主要是在頂級(jí)邊坡土層比例較大的時(shí)候采用C25混凝土拱形截水骨架護(hù)坡加固；綠色防護(hù)只要是立體植被網(wǎng)固土植草+栽種灌木、基材植生等。

2順層滑坡

2.1滑坡類型分析

段落內(nèi)路塹邊坡均已刷坡完成，局部進(jìn)行了邊坡支擋防護(hù)(承壓板錨索或框架梁錨桿)，在邊坡?lián)鯄A(chǔ)開挖過程中，巖體尚未進(jìn)行支護(hù)部分由中間斷裂，順其層面滑下[2]，因此，該滑坡類型應(yīng)為順層工程滑坡[3]。

2.2滑坡特征介紹

(1)滑坡均在已完成刷坡，邊坡歷經(jīng)雨水天氣，大部分擋墻基礎(chǔ)已開挖完成的情況下發(fā)生。(2)滑坡滑面均為巖層層面。(3)滑坡層巖體已加固部分穩(wěn)定，未加固部分垂直巖層面斷裂后沿層面下滑；未加固防護(hù)邊坡則有整體巖層下滑。(4)滑坡在強(qiáng)、弱風(fēng)化巖層均有發(fā)生，視傾角在20°～41°。

圖2以區(qū)段內(nèi)某工點(diǎn)為例，揭示了滑坡斷面特征，該邊坡共分為3級(jí)，第三級(jí)邊坡設(shè)計(jì)為C25混凝土拱形截水骨架+立體植被網(wǎng)固土植草+栽種灌木防護(hù)，已完成刷坡，加固防護(hù)尚未施做；第二級(jí)邊坡設(shè)計(jì)為承壓板錨索+基材植生，基材植生尚未施做；第一級(jí)邊坡只完成了刷坡，支擋防護(hù)尚未施做。在開挖擋墻基礎(chǔ)過程中，第一級(jí)邊坡巖體由邊坡平臺(tái)上部(第二級(jí)邊坡最低一排錨索承壓板底部)斷裂，沿巖體層面順層滑坡。

圖2　滑坡斷面

2.3滑坡原因分析

2.3.1地貌構(gòu)造特征

該區(qū)域山脊溝谷走向具備明顯的定向排列特征，及北西-南東走向，該方向與巖層的走向近垂直，自然邊坡與巖層的傾向非常相近，巖層的傾向與節(jié)理傾向相反，節(jié)理深切巖層(圖3)。此為巖層橫向斷裂的首要條件，該地貌構(gòu)造特征是內(nèi)力地質(zhì)作用與外力地質(zhì)作用綜合作用的結(jié)果。

圖3　地貌構(gòu)造特征示意

2.3.2巖性風(fēng)化特征

鈣質(zhì)頁巖屬沉積巖類，是在靜水環(huán)境中，泥沙及鱗片狀的黏土礦物等沉積，經(jīng)壓力及熱力作用形成的巖石。

鈣質(zhì)頁巖主要礦物成分有黏土礦物占50%，碳酸鈣約占20%，石英細(xì)粉砂占10%，另有長石、云母等碎屑礦物及氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂等自生礦物。礦物顆粒微小易碎，容易形成明顯的層理。

該巖石呈含微晶及粉砂微紋層的泥～微細(xì)鱗片結(jié)構(gòu)，頁理化構(gòu)造。

該巖石的普氏硬度系數(shù)為2.5，弱風(fēng)化巖飽和抗壓強(qiáng)度為13～20 MPa，屬軟質(zhì)巖[4]。

鈣質(zhì)頁巖，由于其礦物組成及獨(dú)特的結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式，使得該巖石極易產(chǎn)生風(fēng)化、軟化、斷裂等現(xiàn)象。此為巖石斷裂的本質(zhì)條件。

2.3.3水文影響特征

該區(qū)段邊坡刷坡后未能及時(shí)施工，遭遇了連續(xù)的強(qiáng)降雨沖刷，由于巖體節(jié)理發(fā)育，刷坡后巖體節(jié)理裸露于表面，有利于對(duì)地表降水的吸收下滲，形成基巖裂隙水。該裂隙水由坡面吸收，通過了巖石裂隙及層理結(jié)構(gòu)面由坡腳裂隙排泄，形成了排泄通道，通過其對(duì)巖體的軟化及水壓力作用[5，6]，減弱了巖層層間結(jié)合條件，此為巖層滑動(dòng)的促進(jìn)條件。

2.3.4現(xiàn)場施工影響

順層滑坡巖層坡面尚未進(jìn)行支擋防護(hù)，坡腳進(jìn)行通長段落擋墻基礎(chǔ)開挖，致使邊坡巖層臨空失穩(wěn)，順層滑坡，此為巖層滑動(dòng)的誘發(fā)條件。

2.3.5順層滑坡原因分析

經(jīng)以上滑坡形成條件綜合分析：內(nèi)因，該滑坡巖體所處的獨(dú)特地貌構(gòu)造特征，使巖體易產(chǎn)生薄弱層面，不利于邊坡穩(wěn)定；該滑坡巖體性狀軟弱，其礦物組成及獨(dú)特的結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式，使得該巖石極易產(chǎn)生風(fēng)化、軟化、斷裂等現(xiàn)象。外因，連續(xù)強(qiáng)降雨沖刷滲漏，加速了巖體的風(fēng)化、軟化進(jìn)程，巖層間浸潤飽水惡化減弱了巖層層間結(jié)合條件[7，8]，在坡面沒有任何支護(hù)的情況下，坡腳長段落開挖致使巖層臨空過大進(jìn)而失穩(wěn)，順層滑坡。因此，該滑坡并非是簡單的順層工程滑坡，它是由內(nèi)、外因共同作用下形成的，對(duì)它進(jìn)行分析并提出防治措施，對(duì)測區(qū)內(nèi)其他同類型工點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行防范治理，可以大大減少此類工程事故的發(fā)生，避免工程浪費(fèi)及人員安全事故的發(fā)生。

2.3.6順層層面設(shè)計(jì)參數(shù)

其反算層面設(shè)計(jì)參數(shù)：γ=22 kN/m3，C=6 kPa，φ=15°。

3防治措施

經(jīng)分析研究，邊坡巖體是在多因素影響下沿薄弱層面順層滑坡破壞，治理措施首當(dāng)卸荷減載，并采用錨索等支擋措施增強(qiáng)薄弱層面的抗剪性能[9]。 因此，對(duì)于測區(qū)內(nèi)鈣質(zhì)頁巖順層巖體邊坡防護(hù)工點(diǎn)，采取了卸載刷坡、支擋工程、加固及綠色防護(hù)、順通排水等綜合防治措施。

3.1卸載刷坡

相關(guān)路基邊坡進(jìn)行分級(jí)刷坡，設(shè)置為臺(tái)階式邊坡，單級(jí)邊坡高度不得大于8.0 m，邊坡坡率(1∶1.5)～(1∶2)(在視覺美觀的條件下或順層刷坡)，坡率角度不得大于邊坡巖體巖層傾角。每級(jí)邊坡間設(shè)置邊坡平臺(tái)，平臺(tái)寬2 m，坡腳擋墻墻頂設(shè)置5.0 m寬平臺(tái)[10]。

3.2支擋工程

3.2.1路塹擋墻

邊坡坡腳即路基側(cè)溝平臺(tái)外側(cè)設(shè)置C30混凝土重力式路塹擋墻進(jìn)行支擋，擋墻坡(1∶0.25)～(1∶0.30)，墻背設(shè)置反濾層，墻身側(cè)溝以上范圍設(shè)置泄水孔[11]。施工時(shí)當(dāng)分段開挖施工，每段長度不大于10 m。

3.2.2承壓板錨索

鑒于鈣質(zhì)頁巖順層邊坡巖體易斷裂現(xiàn)象，該類邊坡不易縱向開槽設(shè)置框架梁，遂采用承壓板錨索結(jié)構(gòu)進(jìn)行支擋。錨索角度考慮巖層產(chǎn)狀設(shè)置，一般15°～20°，長度13～15 m。承壓板采用C35鋼筋混凝土，承壓板尺寸1.0 m×1.0 m或1.5 m×1.5 m。

3.3加固及綠色防護(hù)

對(duì)于路塹最頂級(jí)邊坡，在其高度不高且土質(zhì)占主

要比例的，采用C25混凝土拱形截水骨架+立體植被網(wǎng)固土植草+栽種灌木防護(hù)。其他的巖質(zhì)邊坡采用基材植生綠色防護(hù)[12]。

3.4排水工程

邊坡塹頂外不小于5.0 m處設(shè)置天溝，邊坡每級(jí)平臺(tái)設(shè)置縱向截水溝，并于天溝連通，坡面縱向每隔10 m設(shè)置橫向排水槽，并于平臺(tái)截水溝連通。坡面地表水將沿天溝排至坡外自然排水系統(tǒng)或排至路塹側(cè)溝排水系統(tǒng)，保障其排水規(guī)則暢通，謹(jǐn)防其下滲影響巖體穩(wěn)定。如圖4所示。

圖4　邊坡支擋防護(hù)正面示意

4結(jié)語

區(qū)段內(nèi)鈣質(zhì)頁巖順層巖質(zhì)路塹邊坡支擋防護(hù)工程已完成施工，經(jīng)歷了長時(shí)間變形監(jiān)測及季節(jié)降雨等考驗(yàn)，邊坡穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)任何異常跡象。

特殊地貌構(gòu)造規(guī)律產(chǎn)出的鈣質(zhì)頁巖，多存在薄弱層面，其順層路塹邊坡，經(jīng)歷長時(shí)間裸露及連續(xù)雨水沖刷、滲漏、侵蝕后，易產(chǎn)生斷裂順層滑坡，設(shè)計(jì)中當(dāng)依據(jù)每個(gè)工點(diǎn)的巖性、構(gòu)造、風(fēng)化特征及地下水情況等因素，有針對(duì)性地進(jìn)行支擋防護(hù)。順層邊坡施工當(dāng)中一定要注意施工工序工藝，需由上到下分級(jí)開挖刷坡，分級(jí)支擋防護(hù)，開挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)。坡腳擋墻等支擋結(jié)構(gòu)需分段開挖支護(hù)，開挖一段支護(hù)一段，每段長度不大于10 m，以免長段開挖造成邊坡順層巖體臨空面過大而失穩(wěn)滑坡。

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Analysis and Control of Landslide of Calcareous Shale Cutting SlopeDai Yun-shan

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：In view of the landslide of one section of calcareous shale slope on HeFu Railway, a comprehensive analysis is conducted to root its causes in perspective of the landform, structural, lithologic, weathering, and hydrological conditions, and corresponding measures are taken. The long term observation of deformation shows that this section after construction is stabile and the treatment is effective. The calcareous shale in special geological area is likely to generate bedding slide and rock fracture, and the calcareous shale bedding slope should be graded with necessary support during construction, the slope retaining structure should be excavated in sections.

Key words：Railway cutting; Calcareous shale slope; Bedding landslide; Control

中圖分類號(hào)：U213.1+3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.02.012

文章編號(hào)：1004-2954(2015)02-0049-03

作者簡介：代云山(1981—)，男，工程師，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院巖土工程專業(yè)，工程碩士， E-mail：64702180@qq.com。

收稿日期：2014-05-05； 修回日期：2014-06-20