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        新建鐵路古巖堆體滑坡成因分析及整治措施

        2018-05-09 07:56:50李慶海
        四川建筑 2018年2期
        關(guān)鍵詞:明洞堆體粉質(zhì)

        謝 剛, 李慶海, 劉 銳

        (中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司土木建筑設(shè)計(jì)三院, 四川成都 610031)

        巖堆體是巖體在自然條件等因素的影響下產(chǎn)生崩塌、錯落,久而久之在陡峻山坡上或坡腳下形成的疏松楔形堆積體[1]。巖堆作為山區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象,須查明固有性質(zhì),即巖堆的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、基床坡度變化等,同時(shí)還須查明周圍環(huán)境條件對其穩(wěn)定性影響,確定其穩(wěn)定程度[2]。李永金[3]建議在初、定測及補(bǔ)定測各階段采用如物探、挖探、鉆探等手段進(jìn)行綜合勘察。熊冰[4]認(rèn)為巖堆體雖自然情況下大多穩(wěn)定,但對外界影響較為敏感,建議采用施工簡單、抗滑能力強(qiáng)的錨固樁作為預(yù)加固措施。

        本文依托新建鐵路工程,結(jié)合對滑坡成因的分析,采取臨時(shí)措施及對主體結(jié)構(gòu)的整治措施,為類似線路通過古巖堆的設(shè)計(jì)及施工提供經(jīng)驗(yàn),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        1 工程概況

        1.1 地形地貌

        該段總體地形呈左高右低的斜坡地貌,左側(cè)為陡崖,右側(cè)為白布江,由危巖落石崩積形成的古巖堆,呈上陡下緩型(自然橫坡20~45°),靠近陡崖附近陡峻,往白布江(線路右側(cè))逐漸變緩?;鹿c(diǎn)平面示意見圖1。

        圖1 滑坡工點(diǎn)平面示意

        1.2 地層巖性

        本段上覆第四系滑坡堆積粉質(zhì)黏土夾碎塊石、坡崩積粉質(zhì)黏土、塊石土、碎石土、角礫土等,下伏基巖為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M頁巖、砂巖夾煤層、夜郎組第一段~第二段灰?guī)r,各層巖土特征如下:

        <2>粉質(zhì)黏土:褐色,硬塑狀,含砂巖質(zhì)碎石角礫約15 %,厚5~12 m。

        <7-1>粉質(zhì)黏土:黃褐,硬塑狀,含約20 %的灰?guī)r、砂巖質(zhì)碎石角礫,厚2~15 m。

        <7-3>角礫土:褐黃,稍密,含約60 %砂巖質(zhì)、灰?guī)r質(zhì)碎石角礫和部分塊石,厚10~30 m。

        <7-4>碎石土:褐灰,稍密。碎石角礫約占60 %,質(zhì)以灰?guī)r、砂巖為主,余為黏性土充填,厚10~30 m。

        <7-5>塊石土:灰色,稍密。塊石約占60 %,石質(zhì)主要為灰?guī)r,部分粉砂巖,余為黏性土和碎石角礫等。厚10~30 m不等。

        <15-2>灰?guī)r夾泥灰?guī)r:灰色,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),鈣質(zhì)膠結(jié),地表出露弱風(fēng)化帶,巖石完整堅(jiān)硬,質(zhì)堅(jiān)性脆。

        鉆孔SZ-fq-8揭示代表性斷面示意(圖2)。

        圖2 古巖堆滑坡地層代表性斷面

        1.3 氣象水文條件

        地表水不發(fā)育,地下水對混凝土具有硫酸鹽侵蝕性、酸性侵蝕性和CO2侵蝕性,侵蝕性等級為H1。地震動峰值加速度0.05g,地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

        1.4 原設(shè)計(jì)

        (1)根據(jù)現(xiàn)場踏勘、初定測、現(xiàn)場核對及同當(dāng)?shù)鼐用駵贤ǖ?,判定古巖堆在新建鐵路前符合文獻(xiàn)[5]穩(wěn)定巖堆判定標(biāo)準(zhǔn)。

        (2)該段為橋隧直連,其中DK348+622.3~DK348+700段為隧道明洞段,DK348+470~DK348+622.3段為橋梁范圍。

        (3)為保證線路安全,接長60 m單壓式明洞和16 m雙耳墻明洞。明洞段及暗洞段靠山側(cè)設(shè)置9根錨固樁。隧道基底采用C20混凝土換填。平、縱斷面圖及代表性橫斷面見圖3~圖5。

        1.5 施工、滑坡情況簡介

        大橋各墩臺基礎(chǔ)、墩身、明洞段抗滑樁及土釘墻完成施工,隧道明洞結(jié)構(gòu)未施工。

        2013年11月17日該段右側(cè)土體發(fā)生滑動,產(chǎn)生裂縫最寬處約1.2 m。裂縫長度及平面位置見圖1,現(xiàn)場照片見圖6、圖7。

        圖3 橋隧直連平面

        圖4 橋隧直連縱斷面示意

        圖5 DK348+685隧道明洞橫斷面

        圖6 明洞段左側(cè)竣工照片

        圖7 明洞段右側(cè)現(xiàn)場裂縫

        2 滑坡變形特征

        DK348+620~DK348+675線路右側(cè)土體發(fā)生滑動,滑坡體平面上呈橢圓形,見圖1。主軸方向長約75 m,寬約70 m,滑坡周界明顯,滑體內(nèi)裂縫多見,裂縫寬度0.2~1.2 m,可見深度約0.4~0.8 m,裂縫貫通性好。滑坡體前緣呈舌狀凸出,其前緣因滑動受阻而隆起形成滑坡鼓丘,上隆起高度達(dá)20 cm。鉆孔SZ-fq-8揭示:滑動帶為軟塑狀粉質(zhì)黏土,厚度0.20~0.80 m,滑動面傾角約30°,滑床以下為碎塊石土夾粉質(zhì)黏土以及灰?guī)r,滑坡屬于淺層小型滑坡,主軸橫斷面見圖8。

        圖8 滑坡主軸橫斷面

        3 工程滑坡產(chǎn)生及原因分析

        3.1 施工現(xiàn)狀

        滑坡后緣棄碴量達(dá)到18 700 m3,位于線路右側(cè)10 m左右,堆高約1.5~3 m。觀察發(fā)現(xiàn),挖掘機(jī)215/225型號(重達(dá)22 t/23 t)、載重40 t的運(yùn)渣車及30 t的汽車吊等車輛在后緣施工便道上來回碾壓。左側(cè)抗滑樁及橋墩臺施工過程中廢棄水(泥水、生活用水等)未引入排水溝中,從后緣往白布江方向散流漫排。

        3.2 工程滑坡形成原因分析

        現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂縫區(qū)域自然橫坡陡峭,40~45°左右。上覆土層為<7-1>粉質(zhì)黏土及<7-5>塊石土,下覆<15-2-W2>灰?guī)r夾泥灰?guī)r。據(jù)文獻(xiàn)[6]粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)很小,取值5×10-6~8×10-5cm/s。施工廢棄水散流漫排下滲,長時(shí)間浸泡導(dǎo)致粉質(zhì)黏土力學(xué)參數(shù)指標(biāo)大幅度降低,如承載力降低、重度增大、土體內(nèi)部尤其是滑動面土層抗剪強(qiáng)度降低,加之橋隧?xiàng)壊甓哑鲈趲r堆后緣及施工車輛在后緣活動,相當(dāng)于增大了下滑力(土體自重及車輛加載)的同時(shí)抗滑力又減小了,從而引發(fā)土層溜坍。

        4 穩(wěn)定性分析

        4.1 滑面確定

        通過DK348+644.00右側(cè)48 m處鉆孔深度53.30 m、DK348+602.00右側(cè)175 m處鉆孔深度47.20 m、DK348+574.00右側(cè)270 m處鉆孔深度27.60 m等干鉆孔,查明土層軟弱結(jié)構(gòu)面深度、厚度等。參考TB 10035-2006《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》和TB 10025-2006《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,根據(jù)文獻(xiàn)[7],路基工程施工后巖堆體的整體穩(wěn)定一般穩(wěn)定系數(shù)不小于1.25,大型巖堆的穩(wěn)定系數(shù)不小于1.05~1.15。

        4.2 計(jì)算巖土參數(shù)

        根據(jù)鉆探取芯室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果(天然黏聚力C及摩擦角φ),采用瑞典條分法(表1)分析巖堆體穩(wěn)定性,通過極限平衡狀態(tài)法反算并分析滑動面綜合摩擦角φ,并采用折線滑面法計(jì)算各橫斷面(含主軸斷面)在極限平衡狀態(tài)下的出口推力。

        表1 瑞典條分法計(jì)算參數(shù)

        根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,巖土層參數(shù)見表2。

        表2 各土層參數(shù)

        表3 各斷面計(jì)算結(jié)果表 kN

        4.3 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評價(jià)

        DK348+659主軸斷面,采用C=16 kPa、φ=20°計(jì)算其最小安全系數(shù)為Fs=1.117 6(基本穩(wěn)定狀態(tài))??煽闯錾鲜鼋Y(jié)果同前期踏勘、定測等手段判定該古巖堆處于穩(wěn)定狀態(tài)是一致的。

        裂縫出現(xiàn)后,根據(jù)現(xiàn)場資料分析并繪制出各斷面折線滑裂面,采用表1(折線滑面法計(jì)算時(shí)安全系數(shù)取0.9)及表2巖土層參數(shù),反算出DK348+659主軸斷面極限平衡狀態(tài)下黏聚力C=5 kPa時(shí)摩擦角φ=19.513°。

        采用表2參數(shù),其中滑裂面起點(diǎn)左側(cè)土層綜合參數(shù)采用C=5 kPa,φ=19.513°,按規(guī)范要求,折線滑面法計(jì)算推力采用的安全系數(shù)采用1.1(基本穩(wěn)定狀態(tài)),計(jì)算剩余下滑力見下表3。

        可以看出其中DK348+630斷面出口推力最大,為638.3 kN。

        5 滑坡整治措施及效果

        5.1 整治方案

        首先做好隔、防排水措施,對隧道明洞段基底進(jìn)行挖除換填。然后在滑坡前緣附近,沿與滑坡主軸垂直方向設(shè)置抗滑樁;考慮隧道明洞段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,在其正下方設(shè)置抗滑樁(圖9);為確保4~8#橋墩的結(jié)構(gòu)安全,在其右側(cè)附近設(shè)置抗滑樁。

        圖9 DK348+640斷面抗滑樁加固

        5.2 主要工程措施

        (1)臨時(shí)工程。黏土夯填地表裂縫,并用彩條布將滑坡體全部遮蓋;將后緣棄碴運(yùn)至指定棄土場位置。

        (2)支擋工程。①確保4~8#橋墩結(jié)構(gòu)安全,于4~8#橋墩右側(cè)附近,沿線路方向設(shè)置三根為一組的抗滑樁(1~15#樁),樁長為16~18 m,截面尺寸為2.0 m(高)×1.5 m(寬),樁間距(中~中)6 m,樁短邊與線路方向平行;②隧道明洞段右側(cè)附近,沿線路方向設(shè)置一排抗滑樁(16~26#樁),樁長為18~28 m,截面尺寸為2.0 m(高)×1.5 m(寬)~3.0 m(高)×2.0 m(寬),樁間距(中~中)6 m,樁短邊與線路方向平行;③滑坡前緣附近,沿與滑坡主軸垂直方向,設(shè)置一排抗滑樁(27~38#樁),樁長18~26 m,截面尺寸為2.0 m(高)×1.5 m(寬)~3.0 m(高)×2.0 m(寬),樁間距(中~中)6 m,樁短邊與線路方向成18°夾角。

        (3)基底工程。明洞段仰拱基礎(chǔ)挖除換填C20混凝土,右側(cè)臨時(shí)開挖坡率采用1∶1。

        (4)排水工程。明洞外往小里程方向設(shè)置一道M7.5漿砌片石梯形排水溝,排水溝在明洞結(jié)束處折向山下,順滑坡邊界外側(cè)設(shè)置;溝壁厚0.3 m,截面尺寸為0.6 m(深)×0.4 m(寬)。

        (5)變形觀測。①橋梁0#、6#墩及DK348+660三處右側(cè)3 m,設(shè)置C15鋼筋混凝土預(yù)制邊樁,長1.5 m,截面尺寸0.15 m×0.15 m,埋入深度1.4 m。②橋梁0#、6#墩、DK348+660三處右側(cè)10 m及滑坡前緣抗滑樁外2 m設(shè)置測斜管,入巖應(yīng)超過2 m。

        整治工程平面布置見圖10。

        圖10 滑坡整治工程設(shè)計(jì)平面布置

        5.3 整治效果

        滑坡發(fā)生后,立即采取臨時(shí)措施并積極開展對主體結(jié)構(gòu)防護(hù)工程施工,順利完成滑坡的整治。施工及后續(xù)工作中保持對該滑坡及整個(gè)古巖堆的連續(xù)觀測工作,目前經(jīng)過4年多的時(shí)間檢驗(yàn),該滑坡及巖堆狀態(tài)穩(wěn)定。

        6 古巖堆滑坡整治體會

        (1)選線盡量避免穿過大型古巖堆體。不得已通過時(shí),宜以淺填淺挖通過,填方路堤建議選在巖堆體下部,挖方路塹建議選在巖堆體上部。

        (2)在古巖堆體上施工,應(yīng)做好隔、防排水措施,并將棄碴運(yùn)至指定位置棄放。

        (3)勘查階段加強(qiáng)對大型古巖堆的分析工作。設(shè)計(jì)階段根據(jù)土層厚度、土體力學(xué)指標(biāo)、地面坡度等,對其設(shè)置預(yù)加固、支擋措施(尤其是抗滑樁)及防排水措施。

        [1] 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院. 公路路基手冊 [M]. 北京:人民交通出版社,1996.

        [2] 熊小波, 巫錫勇. 內(nèi)昆線巖堆的穩(wěn)定性評價(jià)[J].路基工程, 1997(4):14-17.

        [3] 李永金. 巖堆區(qū)選線及勘察方法研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào), 2013(10):1-4.

        [4] 熊冰. 某高速公路巖堆體特征及對路基工程影響分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào), 2014(1):49-58.

        [5] 魏永幸. 內(nèi)昆線巖堆地段路基問題及其對策[J].路基工程, 2000(3): 16-18.

        [6] 付麗文. 土力學(xué)與地基基礎(chǔ) [M]. 成都:西南交通大學(xué)出版社,2013:214.

        [7] 魏永幸. 內(nèi)昆鐵路特殊地質(zhì)問題及其路基工程技術(shù)[J].路基工程, 2001(5):52-55.

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