金海元

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

近20年來，我國鐵路建設(shè)快速發(fā)展，山區(qū)新建的鐵路工程不斷增加，在地形地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)鐵路建設(shè)中，不可避免地存在大量的深挖方路塹高邊坡，有的高達(dá)數(shù)十米，因此，對邊坡工程的安全提出了更高要求，路塹高邊坡的設(shè)計階段及施工和運營階段的穩(wěn)定安全性值得關(guān)注。向莆鐵路福建段內(nèi)的尤溪車站軟質(zhì)巖路塹邊坡最高達(dá)70余m，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范［1-3］進(jìn)行了邊坡設(shè)計，采用了樁板墻和框架預(yù)應(yīng)力錨索等進(jìn)行了邊坡支擋。同時，針對邊坡的變形及支擋結(jié)構(gòu)的受力等進(jìn)行了監(jiān)測設(shè)計［4，5］。文章通過對邊坡的監(jiān)測成果進(jìn)行分析研究，對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評價。

1 概述

向莆鐵路尤溪車站位于福建省尤溪縣西南方向的西城鎮(zhèn)，屬于剝蝕低山區(qū)，山坡自然坡度30°～45°，山間谷地呈狹長帶狀分布，縱坡起伏大。出露基巖為侏羅系下統(tǒng)粉砂巖、砂巖，以鈣泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部夾磚紅色泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，全～弱風(fēng)化。巖層產(chǎn)狀230°∠25°，巖層走向143.57°，視傾角25.0°。受溪口 -秀溪區(qū)域斷裂的影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，強風(fēng)化層厚＞20 m。地下水以基巖裂隙水為主，較發(fā)育［1］。

尤溪車站DK395+020.00～DK395+240段路塹右側(cè)邊坡為深挖方高邊坡，邊坡最大設(shè)計高度約72 m，采用臺階式邊坡，共有7級，坡率1∶1，采用壓力分散型框架錨索進(jìn)行邊坡支護(hù)，框架梁內(nèi)三維排水柔性生態(tài)邊坡防護(hù)。最下級邊坡采用錨索樁板墻結(jié)構(gòu)支護(hù)，臺階式邊坡每隔10 m一級平臺，平臺寬2.0～4.0 m，如圖1所示。

圖1 DK395+0.0～DK395+240.0右側(cè)邊坡正面

2 邊坡安全監(jiān)測布置

邊坡安全監(jiān)測本身是一套完整的體系，邊坡監(jiān)測的目的和任務(wù)就是為評價邊坡在施工期、運營初期和正常運營期提供所需要的資料，監(jiān)測邊坡時空域演變信息、誘發(fā)因素等，最大程度獲取邊坡各種狀態(tài)下的有效數(shù)據(jù)，應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性評估。

2.1 邊坡監(jiān)測的主要內(nèi)容

邊坡監(jiān)測的主要內(nèi)容包括變形和應(yīng)力監(jiān)測。

(1)邊坡變形監(jiān)測，包括淺層和深層變形。

(2)邊坡應(yīng)力監(jiān)測，包括邊坡內(nèi)部應(yīng)力、支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)力測試。

2.2 邊坡監(jiān)測方法

(1)鉆孔測斜儀可以監(jiān)測巖體深部位移，而且由于其測點沿深度方向連續(xù)布置，對垂直埋設(shè)的測孔而言，可以近似地獲得巖體沿深度方向上的連續(xù)的水平位移變化情況?？紤]到邊坡地形條件的限制，本項目采用鉆孔測斜儀，監(jiān)測深路塹邊坡開挖支護(hù)過程中，邊坡巖體內(nèi)部水平變形，以此監(jiān)測分析高邊坡巖體的變形機理。

(2)邊坡內(nèi)土壓力監(jiān)測采用智能記憶型土壓力盒，安裝在樁背，從樁頂?shù)綐兜酌扛粢欢紊疃嚷裨O(shè)土壓力盒。

(3)錨索受力監(jiān)測采用三弦智能型穿心式力傳感器。

2.3 邊坡監(jiān)測元器件布置

根據(jù)上面邊坡監(jiān)測設(shè)計的主要內(nèi)容和方法，向莆鐵路尤溪車站路塹邊坡典型斷面上布置了測斜孔、錨索測力計以及樁后土壓力盒以監(jiān)測邊坡的變形和應(yīng)力情況。典型監(jiān)測斷面如圖2所示。

圖2 典型斷面監(jiān)測元器件布置

3 邊坡監(jiān)測成果分析

3.1 邊坡水平位移監(jiān)測成果

隨著每級邊坡的開挖施工，在測斜孔的設(shè)計位置安裝了測斜管，經(jīng)過近3年的監(jiān)測得到了大量的邊坡水平位移監(jiān)測成果。以DK395+110斷面線路右側(cè)39.84 m處的水平監(jiān)測成果為例(圖3)，分析邊坡水平位移的變化情況。

圖3 DK395+110右側(cè)39.84 m處測斜曲線

圖3中位移為垂直邊坡向水平相對位移，垂直邊坡向左為“+”。

從圖3中可以看出，每級邊坡位移大部分出現(xiàn)在邊坡的上部，從上到下位移不斷減小，變形區(qū)域主要集中在各級平臺下10 m范圍內(nèi)，夏季雨期監(jiān)測到的位移值略顯偏大，隨著邊坡的開挖和邊坡高度增加，位移逐漸增加［6］。邊坡最大水平位移量51.9 mm，發(fā)生在DK395+110右側(cè)39.84 m處，即最下一級邊坡處。其他部位位移量為10～30 mm。

總體上，隨著邊坡的開挖，邊坡不斷向臨空面方向產(chǎn)生位移，隨著邊坡的開挖及邊坡高度的增加，位移量不斷增加，但隨著邊坡開挖完成，邊坡位移變化率越來越小，受邊坡開挖施工及夏季雨期的影響，邊坡位移變化有一定的波動，但截止到2013年6月，位移基本不再發(fā)展，邊坡已經(jīng)趨于穩(wěn)定。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力監(jiān)測成果

錨索測力計主要是用來長期監(jiān)測預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)力狀態(tài)，通過錨索的受力狀態(tài)來評價邊坡的變形受力狀態(tài)［7］。邊坡分級開挖，分級支護(hù)，隨著每級邊坡開挖支護(hù)完成，錨索測力計也隨即安裝。經(jīng)過近三年的時間，取得了大量的預(yù)應(yīng)力錨索的應(yīng)力監(jiān)測成果，如圖4所示。

圖4 DK395+110斷面錨索錨固力監(jiān)測值

由圖4可以看出，錨索設(shè)計荷載為350 kN，超張拉后的鎖定錨固力為385 kN，安裝后初期錨索的錨固力損失較快，下降到360 kN左右，下降了6.5%左右。錨索的前期錨固力損失與錨固初期巖體結(jié)構(gòu)面的壓縮變形、錨索的施工工藝及錨索的材料回彈等有直接關(guān)系。錨固力下降到一定水平后，基本會隨著混凝土的徐變和鋼絞線的松弛等緩慢降低，圖中錨索錨固力的波動與邊坡的施工擾動關(guān)系密切，巖體的開挖卸載，形成較大的臨空面，巖體內(nèi)部應(yīng)力得以釋放，巖體向臨空面方向發(fā)生變形，從而增加了預(yù)應(yīng)力值。這種增加預(yù)應(yīng)力的效應(yīng)具有明顯的時間性，隨著施工期的結(jié)束，錨固力的變化將逐漸趨緩。

另外，錨索錨固力的波動與降雨也有較大關(guān)系，雨季錨索的錨固力會有所增加，降雨量及降雨歷時對錨固力的影響集中反映在巖體裂隙較為發(fā)育，滲透系數(shù)較大的部位。降雨對巖錨預(yù)應(yīng)力的影響主要表現(xiàn)為錨固應(yīng)力的增加，而且，具有時間滯后效應(yīng)?？傮w上，目前邊坡已經(jīng)施工完畢，錨索的錨固力也相對比較穩(wěn)定，工作狀態(tài)良好，錨固力的小幅振蕩屬于雨季和溫度影響的正常范圍。

3.3 樁背土壓力監(jiān)測成果

樁板墻施工時，分別在樁背 1、3、5、7、9 m 的位置埋設(shè)土壓力盒以監(jiān)測樁上土壓力分布情況，圖5為樁后土壓力監(jiān)測曲線。

圖5 DK395+110斷面樁后土壓力分布曲線

由圖5可以看出，DK395+110斷面樁后的土壓力分布近似呈兩個“三角形”分布形式，這與此斷面邊坡的地層條件相關(guān)，在平臺下5 m的位置以上為強風(fēng)化地層，巖體較破碎，變形較大，土壓力分布符合三角形主動土壓力分布形式。在5 m以下為弱風(fēng)化地層，變形較小，土壓力也呈三角形分布，但大小更接近于靜止土壓力。

值得一提的是，樁后土壓力的分布規(guī)律與巖土體性質(zhì)、地下水分布、支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、變形、位移模式、支錨的設(shè)置以及施工空間效應(yīng)等多種因素有關(guān)，所以土壓力的分布規(guī)律也十分復(fù)雜，分布規(guī)律和大小會與理論值有所偏差，屬于正常情況。本邊坡樁后土壓力監(jiān)測已近3年，施工期基本結(jié)束，土壓力也基本穩(wěn)定，但隨著時間的增加，土壓力有一定的波動變化與降雨有較大關(guān)系，在雨季樁后土壓力會有所增加，雨季過后則土壓力又恢復(fù)正常狀態(tài)。

4 邊坡穩(wěn)定性綜合評價

綜合分析DK395+110斷面邊坡的水平位移、錨索錨固力及樁背土壓力監(jiān)測成果得到如下結(jié)論。

(1)樁板墻后邊坡水平變形較大，最大達(dá)51.9 mm。上部邊坡變形相對較小(10～30 mm)。邊坡可能滑動面分布在表層的強風(fēng)化巖層內(nèi)，在邊坡中部可能存在剪出口。目前邊坡變形已趨于穩(wěn)定。

(2)錨索的錨固力在安裝初期會有一定減少，但隨著邊坡變形的增加，錨固力相應(yīng)有一定的增加。錨固力隨邊坡的開挖及降雨會有一定波動，但波動較小，目前錨索錨固力已經(jīng)基本穩(wěn)定。

(3)樁板墻后土壓力符合庫倫土壓力理論，施工期土壓力有所波動，但目前土壓力已經(jīng)基本穩(wěn)定。

(4)通過對此軟質(zhì)巖邊坡典型斷面的監(jiān)測成果綜合分析，邊坡的變形和應(yīng)力已經(jīng)基本穩(wěn)定，且處于變形和應(yīng)力正常范圍內(nèi)，可以判定邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

［1］ 中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司.土質(zhì)及軟質(zhì)巖高邊坡支擋加固技術(shù)深化研究報告［R］.武漢:中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，2013.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.TB10025—2006 鐵路路基支擋設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［3］ 中華人民共和國建設(shè)部.GB 50330—2002 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］ 二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司.巖土工程安全監(jiān)測手冊［M］.2版.北京:中國水利水電出版社，2008.

［5］ 高俊強，嚴(yán)偉標(biāo).工程監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［6］ 金海元，徐衛(wèi)亞，孟永東，等.錦屏一級水電站左岸邊坡穩(wěn)定綜合預(yù)報研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，27(10):2058-2063.

［7］ 周勇，朱彥鵬.框架預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)坡面水平位移影響因素［J］.巖土工程學(xué)報，2011，33(3):470-476.