黃 健 冷景巖

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司, 天津 300251)

1 工程概況

石太客運專線跨314省道2號特大橋，位于山西省陽曲縣范莊村東南,該橋某墩左側(cè)邊坡陡峻,最大邊坡高度達80余m。由于坡腳水溝長期沖刷切蝕,造成溝底巖石淘空,上部的土層和巖體沿高陡邊坡向下錯落坍塌,對施工安全及行車運營安全產(chǎn)生隱患。為了確保橋基工程安全,消除安全隱患,需對該邊坡進行防護加固處理。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

橋址區(qū)地處低中山,大橋斜跨古河谷,兩岸溝壁陡立,上部覆蓋黃土層。314省道順溝而行,線路斜跨314省道,坡高80余m。地形起伏不平,多為灌木植被覆蓋。

2.2 地層巖性

(1)第四系上更新統(tǒng)坡洪積層

新黃土：堅硬—硬塑,具大孔隙及直立性,垂直節(jié)理發(fā)育,表層具濕陷性。

(2)上第三系上新統(tǒng)保德組

粉質(zhì)黏土：硬塑—堅硬,土質(zhì)較均勻,土質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密,含鐵錳氧化及白色鈣質(zhì)斑塊。

粗圓礫土：稍密—中密,稍濕—飽和,圓礫主要成分為灰?guī)r,呈透鏡體狀分布。

(3)奧陶系中統(tǒng)上馬家溝二段

本工程施工對象為大型水壩，具體內(nèi)容涵蓋壩頂溢流表孔的打造、發(fā)電引水系統(tǒng)的建設(shè)及供水管道的鋪設(shè)等。其中，大壩采用的是雙曲拱壩結(jié)構(gòu)，施工工藝選用的是碾壓混凝土方式，運用C20碾壓混凝土實現(xiàn)大壩主體的施工，以混凝土加水時開始計算，周期應(yīng)滿90d，見圖1。

石灰?guī)r：中厚層狀構(gòu)造,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),節(jié)理裂隙發(fā)育,弱風化—微風化,呈塊狀、大塊狀,局部有輕微溶蝕現(xiàn)象。

2.3 橋址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造分析

橋址區(qū)正好位于奧陶系與上第三系分界處,構(gòu)造運動強烈。

2.4 不良地質(zhì)

(1)錯落和坍塌

橋址區(qū)溝口、邊坡坡腳普遍存在錯落坍塌體,并且邊坡表面分布大小不一的塊石。

(2)軟弱結(jié)構(gòu)面

邊坡灰?guī)r巖層間存在泥化夾層,泥化夾層厚度不等,長大貫通節(jié)理也多被泥質(zhì)充填,均對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生一定影響。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

314省道2號特大橋地處低中山,橋址表層覆蓋第四系坡洪積層，下伏奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組石灰?guī)r,橋址巖層傾向坡外,區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造形跡錯綜復(fù)雜。巖體結(jié)構(gòu)破碎,節(jié)理密集,泥化夾層和節(jié)理充填物發(fā)育?，F(xiàn)場實測、室內(nèi)巖土樣抗剪強度試驗表明，泥化夾層及節(jié)理充填物具有中等膨脹性,且強度較低,在地震、飽水狀態(tài)下邊坡易失穩(wěn)。

3.1 計算軟件及采用方法

本次計算采用Geo-slope邊坡穩(wěn)定性分析軟件,計算方法采用該軟件提供的Janbu法,Janbu法能滿足全部力矩和力的平衡條件,破壞模式可以是任意形狀；巖土體均采用常用的Mohl-coulomb模型。

3.2 破壞位置及破壞模式

3.3 參數(shù)選擇

邊坡穩(wěn)定性分析中計算參數(shù)一般有室內(nèi)試驗法、現(xiàn)場試驗法、經(jīng)驗參數(shù)法和反算指標法。室內(nèi)試驗獲得的物理力學參數(shù)見表1。

其他參數(shù)：黃土、粉質(zhì)黏土容重取19 kN/m3,灰?guī)r容重取26 kN/m3,本地區(qū)為0.2g地震區(qū)。

4 穩(wěn)定性計算

4.1 破壞位置及模式

通過分析,該邊坡潛在破壞面有土層內(nèi)圓弧破壞、土巖分界面和沿泥化夾層,根據(jù)3個潛在破壞位置，選擇3個代表性斷面進行穩(wěn)定性計算。土層內(nèi)破壞選擇8-8斷面、土巖分界面破壞選擇5-5斷面,將土巖分界面作為潛在滑動面。泥化夾層破壞選擇6-6斷面進行穩(wěn)定性計算,將最底層泥化夾層作為潛在滑動面。邊坡巖體受長大貫通節(jié)理切割,黃土中垂直節(jié)理發(fā)育,后緣按自然坡度35°左右控制(如圖1、圖2、圖3所示)。

圖1 土層內(nèi)破壞模式(單位：m)

圖2 土巖分界面破壞模式(單位：m)

圖3 沿泥化夾層破壞模式(單位：m)

經(jīng)計算分析,在選用相同的巖土體物理力學參數(shù)下,沿石灰?guī)r泥化夾層發(fā)生折線型破壞穩(wěn)定系數(shù)最低,故本次選擇沿泥化夾層破壞位置進行分析計算,然后對各斷面進行計算,確定各斷面穩(wěn)定系數(shù)。

4.2 各種工況條件下穩(wěn)定性計算

(1)考慮地震力作用

考慮地震力作用，各剖面順層滑動穩(wěn)定性系數(shù)如表2、表3所示。

表2 含水量20％各剖面順層滑動穩(wěn)定性系數(shù)

表3 飽和狀態(tài)(含水量27％)各剖面順層滑動穩(wěn)定性系數(shù)

(2)不考慮地震力作用

不考慮地震力作用，各剖面順層滑動穩(wěn)定性系數(shù)如表4、表5所示。

表4 含水量20％各剖面順層滑動穩(wěn)定性系數(shù)

表5 飽和狀態(tài)(含水量27％)各剖面順層滑動穩(wěn)定性系數(shù)

本次綜合考慮了室內(nèi)試驗獲得的參數(shù)和經(jīng)驗參數(shù),并最終以反算指標確定計算參數(shù)。由于該邊坡已經(jīng)開挖暴露很久,且經(jīng)過了一個雨季,目前沒有發(fā)現(xiàn)變形跡象。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗,可以假定這種狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.10,結(jié)合工程地質(zhì)勘察報告，穩(wěn)定性評價報告確定泥化夾層的c值,反求φ值,經(jīng)過6-6斷面多次試算，確定滑面力學參數(shù)r=25,c=25,φ=17。

5 防護加固設(shè)計

綜合考慮本地區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件和氣候條件及巖層產(chǎn)狀和軟弱結(jié)構(gòu)面位置及分布情況,對該坡體選用泥化夾層20％含水量和飽和狀態(tài)時兩種峰值強度平均值參數(shù),采用GEO-SLOPE軟件和理正軟件進行加固穩(wěn)定性分析,考慮地震作用時,穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.15,計算結(jié)果每延米需要900 kN錨固力。不考慮地震作用,穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.25；計算結(jié)果每延米需要600 kN錨固力。計算斷面如圖4所示。

圖4 7號、8號墩左側(cè)邊坡斷面(單位：m)

承臺外留36 m平臺,對坍塌體進行全部清除,分級刷坡,級高8 m；下部灰?guī)r坡率1∶0.75,中上部灰?guī)r坡率1∶1.0,每級留有2 m平臺；坡體上部新黃土和粉質(zhì)黏土坡率1∶1.25,巖土分界面留4 m寬平臺。利用表1參數(shù),采用GEO-SLOPE軟件和理正軟件對刷方后邊坡進行穩(wěn)定性計算,計算結(jié)果見表2至表5。

當坡體含水量較高時,巖體結(jié)構(gòu)面間充填物抗剪強度大大降低,坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài),需要對邊坡進行加固防護處理。對不穩(wěn)定部位采用預(yù)應(yīng)力錨固工程進行加固；為防止地表水滲入坡體邊坡,全部坡面采用漿砌片石護墻或護坡防護,塹坡頂部及邊坡每級平臺設(shè)截水溝。

6 結(jié)論

本工點為順層高邊坡,邊坡高陡，巖體節(jié)理發(fā)育，且節(jié)理充填泥化夾層,導致邊坡穩(wěn)定性較差。通過工程地質(zhì)分析,結(jié)合計算確定了該邊坡穩(wěn)定性控制因素為層間泥化夾層。利用室內(nèi)試驗和指標反算確定了巖土體及泥化夾層結(jié)構(gòu)面的物理力學參數(shù),然后采用

GEO-SLOPE軟件和理正軟件對飽水和常態(tài)下，在有無地震作用下進行穩(wěn)定性分析和加固設(shè)計計算,進而確定了技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的設(shè)計方案。

該邊坡已于2008年末施工完畢,目前狀態(tài)良好,未發(fā)現(xiàn)有坡體變形痕跡,驗證了防護加固措施的可靠性。

[1]TB10025—2006,鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

[2]TB10001—2005,鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S]

[3]GB50330—2002,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]

[4]TB10012—2001,鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[5]GB50011—2001,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]