李守升

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

近年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛躍發(fā)展，路塹邊坡穩(wěn)定性也顯得越來越突出。據(jù)有關(guān)資料顯示，滑坡災(zāi)害是僅次于地震和火山之后的全球性三大地質(zhì)災(zāi)害之一，可見滑坡帶來的問題非常嚴(yán)重。國內(nèi)外許多學(xué)者針對黃土路塹邊坡做了相關(guān)研究，其中文獻(xiàn)［1-4］對黃土路塹邊坡變形機(jī)理進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)［5-7］對黃土滑坡成因進(jìn)行了分析并提出了加固措施。本文以山西境內(nèi)某黃土邊坡滑塌為例，深入分析其形成機(jī)理，并提出治理方案，以期對類似工程提供一定參考價(jià)值。

1 工程概述

圖1 滑塌平面示意

圖2 滑塌全貌

2 滑塌性質(zhì)及機(jī)理分析

2.1 滑塌性質(zhì)

滑塌區(qū)位于呂梁山西坡黃土丘陵區(qū)梁峁前緣，地形起伏較大，溝壑縱橫，沖溝較發(fā)育，沖溝部分覆蓋層較薄，甚至溝下部基巖裸露。該滑塌南北長約170 m，東西最寬處約90 m，平面面積約為1.4萬m2?；骰较?yàn)?63°，基本垂直于線路方向，第一、二次滑塌主要在土石界面及全風(fēng)化泥巖中，第三次滑塌主要在泥質(zhì)砂巖中?；鷧^(qū)地層結(jié)構(gòu)為上下二元結(jié)構(gòu)，上部為新黃土、老黃土，局部夾卵石土。下部為三疊系下統(tǒng)劉家溝組(T1l)泥巖、泥質(zhì)砂巖，土石界面處基巖以全風(fēng)化的泥巖為主，且基巖面總體垂直線路方向傾斜。經(jīng)地質(zhì)資料揭示，土石界面附近老黃土層含水量較大，且土石界面處有強(qiáng)～全風(fēng)化的泥巖及泥質(zhì)砂巖，巖土較軟。

2.2 滑塌機(jī)理分析

通過滑塌性質(zhì)可知，地表覆蓋黃土層，垂直節(jié)理、裂隙發(fā)育，下伏泥巖、泥質(zhì)砂巖隔水性能較好，地表水下滲在土石界面處富集，造成土石界面上部黃土含水量較高，且對土石界面處的泥巖進(jìn)行軟化，抗剪強(qiáng)度迅速降低。當(dāng)山坡開挖后形成臨空面，在上部土體壓力作用下臨空面上土層含水量較高處附近邊坡發(fā)生向外鼓起，加之黃土豎向裂隙發(fā)育，滑動(dòng)面極易貫通，如圖3所示。發(fā)生滑塌后破壞邊坡整體穩(wěn)定性，增加防護(hù)難度，嚴(yán)重時(shí)影響鐵路安全運(yùn)營。

圖3 滑塌模型

3 治理方案研究

3.1 方案研究

方案一:于二級邊坡坡頂設(shè)抗滑樁，樁頂滑體部分設(shè)一級邊坡，高8 m，坡率1∶2，三級邊坡坡頂設(shè)大平臺，寬10～20 m，大平臺以上邊坡坡率1∶1.25，每級邊坡高8 m，級間交錯(cuò)設(shè)置3、10、3 m寬平臺。代表橫斷面如圖4(a)所示。

方案二:側(cè)溝平臺外設(shè)樁板墻，樁頂滑體部分設(shè)一級邊坡，高8 m，坡率1∶2，坡頂設(shè)大平臺，寬20～44 m，大平臺以上邊坡坡率1∶1.25，每級邊坡高8 m，級間交錯(cuò)設(shè)置3、10、3 m寬平臺。代表橫斷面如圖4(b)所示。

圖4 方案示意

通過現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合勘探綜合分析可知，滑塌體滑面發(fā)生在土石界面附近，前緣切入全風(fēng)化泥巖中，而方案一中抗滑樁能有效加固土石界面，但樁位選擇未充分利用滑動(dòng)體前緣滑面較平緩的阻滑段，作用在樁上的滑坡推力較大，且樁前部分滑體穩(wěn)定性較差。方案二樁位選擇考慮了滑體前緣平緩滑面的阻滑作用，作用在樁上的滑坡推力較小，但樁沒能發(fā)揮對土石界面附近軟弱巖土加固作用。另外，由于土石界面附近巖土體抗剪強(qiáng)度較低，采用清方方案工程費(fèi)用雖小，但仍然存在沿土石界面滑動(dòng)的可能性。同時(shí)文獻(xiàn)［8］對抗滑樁樁位分析得出，抗滑樁位于斜坡中部比兩端安全系數(shù)高。綜上所述，治理方案采用方案一。

3.2 設(shè)計(jì)與計(jì)算

(1)計(jì)算方法

邊坡穩(wěn)定性分析采用Morgenstern-Price法［9］，該方法同時(shí)滿足整體力矩平衡、土條力矩平衡、土條法向力和切向力平衡?；峦屏Σ捎脗鬟f系數(shù)法計(jì)算，錨固樁采用彈性地基梁法，滑動(dòng)面以下樁身內(nèi)力和變位計(jì)算采用 K 法［10］。

(2)計(jì)算參數(shù)的選取

各土層物理力學(xué)參數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)值，滑帶巖土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用反算法［10-12］，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算指標(biāo)如表1 所示?？够瑯队?jì)算參數(shù):γ =22 kN/m3，φ0=40°，K=150 MN/m3，樁底支承條件為自由。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算指標(biāo)

3.3 治理措施

(1)抗滑樁防護(hù)

①為提高邊坡穩(wěn)定性于邊坡較高段第二級邊坡坡頂設(shè)抗滑樁，樁間距6.0 m，樁截面尺寸2 m×3 m，樁長20～22 m。如圖5所示。

②樁身采用C30鋼筋混凝土澆筑，受力鋼筋采用HRB400級。

③樁基挖孔采用鎖口及護(hù)壁進(jìn)行支撐，鎖口以下每開挖1 m澆筑護(hù)壁直至孔底。鎖口及護(hù)壁采用C20鋼筋混凝土澆筑。

圖5 典型橫斷面

(2)清方減載

路塹邊坡高度較低段將滑塌體進(jìn)行清除，以減少支擋工程。邊坡較高段將抗滑樁樁頂以上滑塌體上部進(jìn)行清方，以減小作用在樁上的下滑力。

(3)邊坡坡面防護(hù)

①路塹邊坡在滑體上時(shí)坡率采用1∶2，其余邊坡坡率1∶1.25～1∶1.50。

②為確保樁前滑塌體穩(wěn)定，采用框架錨索格梁防護(hù)，每片錨索框架由3根橫梁和2根肋柱連接組成，在結(jié)點(diǎn)處設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，每片框架設(shè)3排錨索，每孔由4根φ15.2 mm高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成，錨索下傾角25°，錨索孔徑130 mm，錨索錨固段長度10 m，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力200 kN。框架內(nèi)鋪C25正六邊形混凝土空心塊，空心塊內(nèi)客土植草并種植紫穗槐。

③其余路塹邊坡采用拱形骨架和肋條護(hù)坡，骨架內(nèi)或肋條間種紫穗槐并植草防護(hù)。

(4)排水

為保證路塹邊坡穩(wěn)定，塹頂設(shè)天溝攔截塹頂外地表水;邊坡大平臺上設(shè)截水溝將水引入天溝或橋下沖溝內(nèi);滑塌區(qū)周圍裂縫采用三七灰土封閉并整平夯實(shí)，避免坡面水滲入;邊坡上土石界面處設(shè)深部泄水孔，孔深5～15 m，縱向間距3～5 m。

4 結(jié)語

通過對黃土邊坡滑塌治理綜合分析，筆者對黃土路塹邊坡勘察設(shè)計(jì)有以下建議。

(1)黃土路塹邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地形地貌及地層巖性定性判斷邊坡的穩(wěn)定性，對于存在潛在的不穩(wěn)定因素，設(shè)計(jì)中需加強(qiáng)工程措施確保工程安全，施工中必須采取合理的開挖方法并及時(shí)防護(hù)，防止造成工程滑坡。

(2)黃土高邊坡勘察過程中應(yīng)注意土石界面附近土體的含水量變化情況，全風(fēng)化巖石以上巖土體應(yīng)干鉆。對于土石界面附近出現(xiàn)的含水量大于20%的土體應(yīng)在勘察報(bào)告中作為特殊土提出加固措施建議。

(3)對于土石界面傾向線路，特別是土石界面有軟弱巖土體的黃土路塹邊坡，土石界面應(yīng)采取錨固樁或錨索格梁預(yù)加固處理方可開挖土石界面附近土體。

(4)黃土路塹邊坡要加強(qiáng)防排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，邊坡平臺及塹頂應(yīng)設(shè)截水溝、天溝，防止地表水下滲加劇土石界面附近巖土體的軟化。

(5)應(yīng)重視土石界面排水，可在土石界面處設(shè)深部泄水孔，及時(shí)疏導(dǎo)土石界面地下水。

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