垂直節(jié)理發(fā)育紅層軟巖路塹邊坡工程病害分析

唐立明

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

紅層軟巖在我國四川、重慶、廣西、貴州等地廣泛分布，我國紅層軟巖主要指中生代以來即侏羅系、三疊系、白堊系和新生代古近系的河流相、湖相、河湖交替相或是山麓洪積相等陸相碎屑巖，多以夾層互層出現(xiàn)，外表顏色為紅色。

由于地質(zhì)年齡相對較輕，經(jīng)歷的地殼變動相對較少，褶皺不劇烈，產(chǎn)狀平緩，其巖性主要是砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖或泥質(zhì)頁巖等，巖相變化大，并含透鏡狀或薄層狀多孔疏松砂巖，都不同程度地發(fā)育有層間剪切帶，還常見有諸如石膏等易溶巖類，與老地層相比，成巖作用差，有的呈半膠結(jié)狀，強度較低。

紅層軟巖的巖體力學(xué)特性[1-6]，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：(1)紅層軟巖多由泥質(zhì)巖類和砂巖類互層組成，軟硬層間具有較大的差異性。泥質(zhì)巖類工程性質(zhì)較差，表現(xiàn)為強度低，親水性強、透水性弱，遇水易風(fēng)化、易軟化、易崩解等特點，并具有一定的膨脹性。(2)紅層軟巖中節(jié)理和層面通常較為發(fā)育，尤其是層間結(jié)合差、軟弱夾層發(fā)育且具有顯著的蠕變性。在基巖裂隙水長期軟化作用下，其泥化夾層力學(xué)性質(zhì)較差，物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)較低。

工程建設(shè)中出現(xiàn)過大量的紅層軟巖路塹邊坡病害[7-8]，大多為紅層軟巖順層邊坡，但也有水平巖層，工程中垂直節(jié)理裂隙發(fā)育的紅層軟巖路塹病害十分典型，擬結(jié)合具體工程病害，提出垂直節(jié)理裂隙發(fā)育的紅層軟巖路塹設(shè)計與施工對策，以指導(dǎo)工程實踐。

1 紅層軟巖工程病害(案例一)

1.1 工程概況

某鐵路路塹工程，地勢東高西低，起伏較小，左側(cè)邊坡上覆粉質(zhì)黏土，硬塑狀，下伏基巖為泥巖夾砂巖，巖層產(chǎn)狀為N10°W/2°SW，陡傾節(jié)理裂隙發(fā)育。路塹中心挖深11.8 m，邊坡最大高度14.7 m，為2級路塹邊坡；設(shè)計采用分級放坡、分級加固防護，左側(cè)一般坡率1∶1.0～1∶1.25，坡面采用空窗式護墻、人字型截水骨架護坡防護；邊坡平臺處設(shè)置平臺截水溝，塹頂外設(shè)計天溝，如圖1所示。

圖1 施工圖代表性橫斷面示意圖

1.2 施工及病害情況

病害發(fā)生前天溝部分鋪砌，部分天溝已開挖、未鋪砌；路塹開挖至路基面附近，一部分完成左側(cè)二級邊坡人字形截水骨架和一級邊坡空窗式護墻；另一部分只完成一級邊坡空窗式護墻，二級人字形截水骨架未施工。

2011年3月以來連續(xù)暴雨(日降雨量達166.3 mm)，路塹滑坡分段產(chǎn)生且不斷發(fā)展，邊坡變形可分為3個階段：(1)局部土層坍滑；(2)坍滑規(guī)模擴大，連成一片；(3)下伏巖層發(fā)生滑移，與土層坍滑體形成牽引式工程滑坡。最終形成沿線路長度390 m，開裂最遠處距離左線70 m、滑體厚度15 m的工程滑坡。滑坡范圍裂縫遍布，最寬裂縫達到0.5 m，最大錯臺達到5 m，左側(cè)路塹邊坡工程病害，如圖2所示。

圖2 左側(cè)路塹邊坡工程病害圖

1.3 病害整治情況

(1)受力計算

滑坡主軸垂直于線路縱向，計算采用路基斷面為準(zhǔn)，滑面采用穩(wěn)定安全系數(shù)K=0.95反算綜合φ，計算穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.25時的滑坡出口推力。

(2)工程措施

①臨時應(yīng)急措施：平順坡面，夯實坡面裂縫，避免地表水繼續(xù)下滲；開挖臨時截水天溝，減小地表水的影響；變形體坡腳設(shè)置回填反壓土，避免滑坡進一步發(fā)展。

②永久工程措施：線路左側(cè)于一級邊坡中部平臺處設(shè)置路塹樁板墻，樁間距6.0 m，樁長13～23 m；樁板墻墻頂邊坡設(shè)置人字型截水骨架護坡，樁板墻前第一級邊坡采用錨桿框架梁護坡加固。

路塹邊坡整治代表性斷面,如圖3所示。

圖3 病害整治代表性斷面示意圖

2 紅層軟巖工程病害(案例二)

2.1 工程概況

某鐵路YHDIIK 190+000紅層軟巖工點，基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)紫紅色泥巖夾泥質(zhì)砂巖，巖層傾角平緩，陡傾節(jié)理較發(fā)育，附近出露基巖產(chǎn)狀：N20°W/5°S，主要節(jié)理產(chǎn)狀：N50°W/90°、N45°E/90°。

路基以挖方通過，右側(cè)邊坡最大挖深約18 m，坡腳設(shè)置重力式路塹擋土墻，最大墻高4.0 m，墻頂邊坡10 m一級，邊坡率為1∶1，坡面采用噴混植生防護，施工圖設(shè)計代表性斷面，如圖4所示。

圖4 施工圖設(shè)計代表性斷面示意圖

2.2 施工及病害情況

本段路塹于2006年4月2日開挖， 2006年8月15日開挖結(jié)束；2006年11月5日擋土墻澆注完畢，2006年12月18日天溝施作完畢，2007年2月5日噴混植生施工結(jié)束，施工過程中未發(fā)現(xiàn)邊坡異常現(xiàn)象。路塹側(cè)溝未施工，臨時排水措施未實施。

2007年7月2日-12日連續(xù)降雨后，7月14日發(fā)現(xiàn)本段塹頂附近出現(xiàn)約5 cm寬裂縫，擋土墻也出現(xiàn)輕微移動及裂紋，2007年7月16日天降暴雨，16：00點左右坡面出現(xiàn)大范圍滑坡?；螺S線與線路近正交，沿線路方向長約120 m，軸向?qū)捈s70 m，呈半橢圓型。擋墻斷裂，天溝錯斷，塹坡鼓脹?；w后壁錯臺高約3 m，路塹基床隆起約3 m，擋墻外移0.65 m，擋墻頂面抬高0.7 m，路塹擋土墻后未見砂夾卵石反濾層?；w裂縫斷續(xù)延伸，裂縫寬約0.2～0.5 m，目測深約0.5～2.0 m。滑坡堆積體厚度5～24 m，其成份主要為塊石土，中后部滑面傾角40°～50°。

2.3 病害整治情況

(1)受力計算

滑坡主軸垂直于線路縱向，計算采用路基斷面為準(zhǔn)，滑面采用穩(wěn)定安全系數(shù)K=0.95反算綜合φ，計算穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.25時的滑坡出口推力。

(2)工程措施

該工程滑坡采用樁板墻加固，樁間距5.5 m，樁長8.5～19.0 m，擋土板背后滿鋪一層復(fù)合排水網(wǎng)+0.3 m厚碎石反濾層；樁板墻墻頂邊坡采用人字型截水骨架內(nèi)灌草護坡防護，邊坡率1∶2，且每隔12 m于主骨架下設(shè)一道支撐滲溝。路塹邊坡整治代表性斷面，如圖5所示。

圖5 病害整治代表性斷面示意圖

3 工程病害原因及對策分析

(1)經(jīng)分析此類紅層軟巖易發(fā)生工程病害的原因主要有以下幾個方面：

①軟巖垂直節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體較破碎，路塹開挖后形成臨空面，節(jié)理裂隙變大，大爆破施工更加重了裂隙的張開程度。

②邊坡開挖多采用大拉槽施工，未嚴(yán)格按照設(shè)計要求的分級開挖分級防護，多為開挖至路基面以后再進行邊坡防護施工，并存在未防護邊坡放置過長的現(xiàn)象，未及時形成坡面防水體系。

③開挖病害邊坡均遇連續(xù)強暴雨，垂直張開節(jié)理裂隙極易造成雨水入滲，雨水入滲節(jié)理裂隙后，軟化巖體，巖體強度急劇降低，重度增大。

(2)針對病害發(fā)生原因，提出垂直節(jié)理發(fā)育的紅層軟巖工程對策如下：

①工程施工中距離路塹坡面2～3 m范圍巖體宜采用機械開挖或采用小爆破施工，減小對巖體的振動，施工嚴(yán)格執(zhí)行“分級開挖分級防護”，禁止大拉槽施工。

②完善臨時和永久排水系統(tǒng)，坡面防護采用易形成防排水功能的防護措施，如噴混植生、空心磚客土植草等措施，不宜在雨季進行邊坡開挖和防護施工。

③宜在路塹坡腳設(shè)置預(yù)加固樁措施，宜采用框架錨桿對邊坡坡面進行加固防護。

4 結(jié)論

紅層軟巖在我國廣泛分布，其成巖時間短，力學(xué)性質(zhì)較差，具有強度低、親水性強、遇水易軟化、易崩解等特點，極易產(chǎn)生工程病害。針對垂直節(jié)理發(fā)育的紅層典型軟巖，通過具體工程病害分析，得出以下主要結(jié)論：

(1)垂直節(jié)理裂隙發(fā)育的紅層軟巖，路塹開挖后形成臨空面，節(jié)理裂隙變大，大爆破施工更加重了裂隙的張開程度，距離路塹坡面2～3 m范圍巖體宜采用機械開挖或采用小爆破施工。

(2)嚴(yán)禁邊坡采用大拉槽施工，嚴(yán)格執(zhí)行“分級開挖分級防護”，不宜在雨季進行邊坡開挖和防護施工。

(3)完善臨時和永久排水系統(tǒng)，坡面防護采用易形成防排水功能的防護措施，宜在路塹坡腳設(shè)置預(yù)加固樁措施、坡面采用框架錨桿加固防護措施。