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        鐵路路塹邊坡滑塌分析與防治措施

        2014-03-13 01:16:57楊維東
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年7期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定性分析防治措施鐵路

        摘 要:某在建鐵路路塹擋土墻在暴雨條件下發(fā)生位移,進(jìn)而導(dǎo)致?lián)跬翂σ酝膺吰庐a(chǎn)生滑塌,對(duì)鐵路工程建設(shè)及以后的安全運(yùn)營造成了重大影響。我配合施工項(xiàng)目部在得知該滑塌產(chǎn)生后,于第一時(shí)間進(jìn)行了現(xiàn)場勘查,對(duì)滑塌的基本形態(tài)有了初步了解,該滑塌體以黃褐色粉質(zhì)黏土及灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主,由于降雨導(dǎo)致邊坡局部坍塌,然后層層牽引,最終形成牽引式工程滑塌。通過工程地質(zhì)勘察對(duì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、斜坡特征、滑塌發(fā)育特征和成因條件等進(jìn)行了深入分析。在定性分析的基礎(chǔ)上應(yīng)用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件對(duì)斜坡的穩(wěn)定性作出了評(píng)價(jià),指出斜坡處于基本穩(wěn)定-臨界穩(wěn)定狀態(tài),降雨和擋土墻后反濾層排水不暢對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大,是導(dǎo)致滑塌發(fā)生的主要因素。結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)和坡體結(jié)構(gòu)特征,提出了樁板墻、框架錨桿梁和排水相結(jié)合的綜合防治方案。

        關(guān)鍵詞:鐵路;滑塌;穩(wěn)定性分析;臨界穩(wěn)定狀態(tài);防治措施

        2012年7月中下旬南方某地區(qū)連續(xù)降雨,7月底,該地區(qū)某在建鐵路DK5+220~DK5+380段路塹左側(cè)發(fā)現(xiàn)一條貫通的弧形裂縫,最大影響寬度約73m,裂縫寬0.3~0.7m,裂縫錯(cuò)臺(tái)0.5~2.0m,后經(jīng)現(xiàn)場量測,該段路塹擋土墻均發(fā)生位移,最大位移達(dá)0.95m。由于邊坡開裂、雨水下滲,軟化巖土體,導(dǎo)致邊坡局部滑塌,擋土墻發(fā)生位移,最終形成牽引式工程滑塌。

        1 區(qū)域工程地質(zhì)概況

        1.1 地形地貌

        工點(diǎn)位于剝蝕丘陵區(qū),地形起伏,自然坡度15°~20°,植被茂密,以灌木和松樹為主。目前,該段路塹已全部開挖成型。

        1.2 地層巖性

        工點(diǎn)范圍內(nèi)表覆第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土;下伏基巖為泥盆系上統(tǒng)炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖、石灰?guī)r。地層巖性詳述如下:

        粉質(zhì)黏土(Q4el+dl1):丘坡表層均有分布,厚度1.1~9.5m,黃褐色,硬塑,土質(zhì)不均勻,含大量礫石。

        炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖(D3cSh+Ss):灰黑色為主,局部褐黃色,頁理發(fā)育,泥質(zhì)膠結(jié),局部夾薄層砂巖。全風(fēng)化,層厚2~10m,巖體風(fēng)化強(qiáng)烈呈土狀;強(qiáng)風(fēng)化,巖質(zhì)極軟,巖芯呈土夾碎石狀。

        石灰?guī)r(D3Ls):青灰色、灰黑色,弱風(fēng)化,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖質(zhì)堅(jiān)硬[1]。

        1.3 地質(zhì)構(gòu)造

        工點(diǎn)范圍內(nèi)未見對(duì)工程有重大影響的地質(zhì)構(gòu)造形跡。

        1.4 水文地質(zhì)條件概述

        地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙潛水主要賦存于粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖中,地下水位埋深6.4~12.8m,水量較小?;鶐r裂隙水主要賦存于泥盆系上統(tǒng)炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖及石灰?guī)r節(jié)理裂隙中,水量較小。據(jù)取樣分析, 水質(zhì)對(duì)混凝土無侵蝕性。

        2 滑塌基本特征及類別

        2.1 滑塌地形地貌

        工點(diǎn)位于剝蝕丘陵區(qū),地形起伏,地面高程156.3~215.6m,相對(duì)高差30~60m,自然坡度15°~20°,山坡植被茂密,主要為灌木和松樹。該段線路以挖方形式通過,線路中心最大挖方深度6.0m。該段路塹工程左側(cè)設(shè)置C25片石混凝土擋土墻,墻高2.5~6.0m,墻厚0.83~1.97m,擋土墻以上設(shè)置一級(jí)邊坡,邊坡坡率為1:1.25,采用M7.5水泥砂漿砌片石拱形骨架防護(hù)。

        2.2 滑塌空間形態(tài)及其類型與規(guī)模

        通過現(xiàn)場調(diào)查、勘探,結(jié)合邊坡變形情況,確認(rèn)該段路塹左側(cè)邊坡變形破壞屬于工程滑塌。該滑塌體周界清晰,呈明顯的“弧形”形態(tài)特征,滑塌體后緣形成弧狀貫通裂縫,裂縫寬0.3~0.7m,裂面陡直,裂縫深度2.0~3.5m。施工過程中,該段路塹略有拱起現(xiàn)象,擋土墻發(fā)生明顯位移。滑塌體中部自然坡度15°~20°,未見明顯的滑塌臺(tái)階及平臺(tái)?;w周界羽狀剪切裂縫發(fā)育,裂縫寬約10~35cm,與滑塌周界向上斜交?;w中部張裂縫發(fā)育,方向大致與主滑方向垂直,裂縫寬度5~20cm??傮w來看,該段滑塌主軸方向大體與線路方向垂直,滑塌體組成成份為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖,根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪、調(diào)查、鉆探、挖探,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)等方法基本查明了滑塌體的形態(tài),滑塌體厚約8.0~11.0m,屬中層滑塌[2],滑面與水平面夾角為7~21°。由于坡面緩和、植被茂密、腐殖質(zhì)覆蓋層厚等原因,邊坡在排水系統(tǒng)不夠完善的情況下非常有利于大氣降水入滲,目前,該滑塌體處于極限穩(wěn)定狀態(tài),在外界條件發(fā)生變化的情況下,有進(jìn)一步產(chǎn)生滑塌的可能(見圖1)。

        3 滑塌物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

        3.1 滑體

        該滑塌滑體成分以黃褐色粉質(zhì)黏土及黃褐色、灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主,滑動(dòng)帶土體含水率明顯增加,土體有擾動(dòng)跡象。

        3.2 滑帶土

        根據(jù)鉆孔揭示,該滑塌滑帶土以灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主,滑面與水平面夾角為7~21°,滑面自南向北傾,滑帶厚0.5~1.0m。

        3.3 滑床

        該滑塌的滑床以黃褐色、灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖為主[3]。

        4 路塹邊坡滑塌原因

        經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查,線路左側(cè)路塹邊坡發(fā)生變形破壞,根據(jù)邊坡變形破壞形成機(jī)理、發(fā)展過程、形狀、規(guī)模大小和變形破壞特點(diǎn)等,該段路塹變形破壞可劃分為中層牽引式工程滑塌。

        該段邊坡開挖成型后,由于該段一級(jí)邊坡以上山體坡面緩和,加上路塹范圍內(nèi)數(shù)十座墳?zāi)惯w移至該段邊坡以上山體,場地經(jīng)平整后,在降雨條件下,雨水極易下滲,導(dǎo)致巖土體含水量增大、抗剪強(qiáng)度降低,加上擋土墻后反濾層排水效果較差,在降雨條件下?lián)跬翂髱r土體含水率增大,并處于飽和狀態(tài),增大巖土體對(duì)擋土墻的土壓力,最終導(dǎo)致DK5+220~DK5+380段擋土墻開裂并發(fā)生位移。從破壞形式來看,首先一級(jí)邊坡以上山體出現(xiàn)裂縫,逐步垂直向下發(fā)展并加深變寬,牽引上部邊坡出現(xiàn)裂縫,最終產(chǎn)生了牽引式工程滑塌。目前,滑塌體處于極限穩(wěn)定狀態(tài),滑塌體后緣陡直,在內(nèi)外地質(zhì)營力條件變化時(shí),有繼續(xù)擴(kuò)大向后牽引發(fā)展的趨勢。

        5 斜坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

        5.1 計(jì)算方法

        由于該滑塌主要發(fā)生于灰黑色炭質(zhì)頁巖夾薄層砂巖中,其物質(zhì)成分較為均勻,滑面接近圓弧形,采用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件的瑞典圓弧法計(jì)算[4]。主軸斷面(如圖1)作為計(jì)算對(duì)象,按正常狀況和暴雨?duì)顩r(飽和狀態(tài))兩種情況計(jì)算。

        5.2 參數(shù)選取

        滑帶土參數(shù)的選取主要依靠:①室內(nèi)測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析(飽和殘余剪);②恢復(fù)滑塌的原始地形線進(jìn)行反演計(jì)算(反演分析時(shí)滑塌體安全系數(shù)K=1.0)。經(jīng)綜合分析選取計(jì)算參數(shù)為:c=10.0kPa,φ=9.0°。

        5.3 計(jì)算結(jié)果及分析

        通過采用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件的瑞典圓弧法計(jì)算,該滑塌在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性系數(shù)K=1.05,說明在天然狀態(tài)下該滑塌普遍處于基本穩(wěn)定-臨界穩(wěn)定狀態(tài),在不利條件下穩(wěn)定性差,容易發(fā)生失穩(wěn),并可引發(fā)后緣及周邊坡體的進(jìn)一步失穩(wěn)。

        6 工程防治措施

        目前該滑塌對(duì)路塹邊坡造成了重大影響,擋土墻在滑塌作用下發(fā)生了位移,潛在滑塌體有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢,為了有效消除和避免該工程滑塌的進(jìn)一步發(fā)展,保障鐵路運(yùn)營安全,充分考慮潛在滑塌體的成因及區(qū)域地形情況對(duì)該滑塌的影響,盡量保持和改善山體自然環(huán)境,合理布置支擋工程和排水格局,使防治工程方案既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)合區(qū)內(nèi)滑塌發(fā)育特點(diǎn)和坡體結(jié)構(gòu)特征,采用樁板墻、框架錨桿梁和排水相結(jié)合的綜合防治措施,工程布置斷面結(jié)構(gòu)見圖2[5]。

        6.1 臨時(shí)措施

        (1)夯實(shí)坡面裂縫。

        (2)開挖臨時(shí)截水天溝。

        (3)坡腳回填反壓:變形體坡腳設(shè)計(jì)回填反壓土,回填反壓土頂部設(shè)計(jì)向外4%排水坡,反壓土采用路塹邊坡清方土體。填筑反壓平臺(tái)時(shí),應(yīng)拆除既有擋墻,嚴(yán)禁一次性全部拆除既有擋墻,應(yīng)分段拆除,分段回填,每一分段長度不得超過15m。

        6.2 樁板墻工程

        對(duì)段內(nèi)發(fā)生滑塌的邊坡坡腳設(shè)置抗滑樁。樁間距均為5m,樁身采用C30鋼筋混凝土,樁截面采用2.0x2.5~2.0x3.0m,樁長11m~20m,共設(shè)置32根樁。

        6.3 各級(jí)邊坡防護(hù)工程

        樁板墻以上一級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁內(nèi)鋪六邊形空心磚防護(hù),邊坡坡率1:1.75,框架梁采用C30混凝土澆注,間距4.0m,采用0.5mx0.5m正方形截面,框架節(jié)點(diǎn)處采用預(yù)應(yīng)力錨索錨固,錨索長22.0~25.00m,錨固段10m,錨孔直徑為110mm,孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿。

        7 結(jié)束語

        7.1 該滑塌在現(xiàn)場勘察中,先后采用了工程地質(zhì)測繪、鉆探、挖探、原位測試及采取滑帶、滑床及滑體巖土樣進(jìn)行室內(nèi)測試等手段,查明了滑塌的地質(zhì)條件及各滑塌的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

        7.2 研究分析了滑塌形成的內(nèi)在和外在因素,指出該滑塌主要受地形陡坡、排水、強(qiáng)降雨等綜合因素的影響。分析表明強(qiáng)降雨、擋土墻后反濾層排水不暢是該工程滑塌形成的主要因素。

        7.3 研究提出以支擋、排水為主的綜合防治方案:①邊坡坡腳設(shè)置抗滑樁防范其整體失穩(wěn);②采用框架錨桿梁加固滑塌后緣及周邊坡體;③采用排水滲溝、排水孔和地表截排水溝相結(jié)合的方式排泄坡體地表、地下水;④施工前夯實(shí)坡面裂縫、開挖臨時(shí)截水天溝。

        7.4 研究指出擋土墻在施工時(shí)需按設(shè)計(jì)要求回填滲水土,加強(qiáng)臨時(shí)支檔及臨時(shí)排水措施。

        建議在未徹底整治該工程滑塌隱患之前,設(shè)置高邊坡監(jiān)測斷面,定期巡查,注意觀察滑塌體周邊坡體的變形破壞情況,做到有災(zāi)先預(yù)報(bào)。在施工過程中實(shí)施信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)管理原則,以反饋防治工程設(shè)計(jì)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.路塹邊坡滑塌變更設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].北京:中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2012.

        [2]中華人民共和國鐵道部.TB10027-2001鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程[S].北京:中國鐵道出版社,2001.

        [3]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.路塹邊坡滑塌變更設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].北京:中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2012.

        [4]中華人民共和國鐵道部.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京:中國鐵道出版社,1999:329.

        [5]中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.路基個(gè)別設(shè)計(jì)圖[R].北京:中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2012.

        作者簡介:楊維東(1986-),男,學(xué)士,助理工程師。

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