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        垂直節(jié)理發(fā)育紅層軟巖路塹邊坡工程病害分析

        2019-05-07 08:01:12唐立明
        高速鐵路技術(shù) 2019年2期
        關(guān)鍵詞:紅層路塹軟巖

        唐立明

        (中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 成都 610031)

        紅層軟巖在我國四川、重慶、廣西、貴州等地廣泛分布,我國紅層軟巖主要指中生代以來即侏羅系、三疊系、白堊系和新生代古近系的河流相、湖相、河湖交替相或是山麓洪積相等陸相碎屑巖,多以夾層互層出現(xiàn),外表顏色為紅色。

        由于地質(zhì)年齡相對較輕,經(jīng)歷的地殼變動相對較少,褶皺不劇烈,產(chǎn)狀平緩,其巖性主要是砂巖、粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖或泥質(zhì)頁巖等,巖相變化大,并含透鏡狀或薄層狀多孔疏松砂巖,都不同程度地發(fā)育有層間剪切帶,還常見有諸如石膏等易溶巖類,與老地層相比,成巖作用差,有的呈半膠結(jié)狀,強(qiáng)度較低。

        紅層軟巖的巖體力學(xué)特性[1-6],主要體現(xiàn)在以下兩個方面:(1)紅層軟巖多由泥質(zhì)巖類和砂巖類互層組成,軟硬層間具有較大的差異性。泥質(zhì)巖類工程性質(zhì)較差,表現(xiàn)為強(qiáng)度低,親水性強(qiáng)、透水性弱,遇水易風(fēng)化、易軟化、易崩解等特點(diǎn),并具有一定的膨脹性。(2)紅層軟巖中節(jié)理和層面通常較為發(fā)育,尤其是層間結(jié)合差、軟弱夾層發(fā)育且具有顯著的蠕變性。在基巖裂隙水長期軟化作用下,其泥化夾層力學(xué)性質(zhì)較差,物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)較低。

        工程建設(shè)中出現(xiàn)過大量的紅層軟巖路塹邊坡病害[7-8],大多為紅層軟巖順層邊坡,但也有水平巖層,工程中垂直節(jié)理裂隙發(fā)育的紅層軟巖路塹病害十分典型,擬結(jié)合具體工程病害,提出垂直節(jié)理裂隙發(fā)育的紅層軟巖路塹設(shè)計與施工對策,以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

        1 紅層軟巖工程病害(案例一)

        1.1 工程概況

        某鐵路路塹工程,地勢東高西低,起伏較小,左側(cè)邊坡上覆粉質(zhì)黏土,硬塑狀,下伏基巖為泥巖夾砂巖,巖層產(chǎn)狀為N10°W/2°SW,陡傾節(jié)理裂隙發(fā)育。路塹中心挖深11.8 m,邊坡最大高度14.7 m,為2級路塹邊坡;設(shè)計采用分級放坡、分級加固防護(hù),左側(cè)一般坡率1∶1.0~1∶1.25,坡面采用空窗式護(hù)墻、人字型截水骨架護(hù)坡防護(hù);邊坡平臺處設(shè)置平臺截水溝,塹頂外設(shè)計天溝,如圖1所示。

        圖1 施工圖代表性橫斷面示意圖

        1.2 施工及病害情況

        病害發(fā)生前天溝部分鋪砌,部分天溝已開挖、未鋪砌;路塹開挖至路基面附近,一部分完成左側(cè)二級邊坡人字形截水骨架和一級邊坡空窗式護(hù)墻;另一部分只完成一級邊坡空窗式護(hù)墻,二級人字形截水骨架未施工。

        2011年3月以來連續(xù)暴雨(日降雨量達(dá)166.3 mm),路塹滑坡分段產(chǎn)生且不斷發(fā)展,邊坡變形可分為3個階段:(1)局部土層坍滑;(2)坍滑規(guī)模擴(kuò)大,連成一片;(3)下伏巖層發(fā)生滑移,與土層坍滑體形成牽引式工程滑坡。最終形成沿線路長度390 m,開裂最遠(yuǎn)處距離左線70 m、滑體厚度15 m的工程滑坡?;路秶芽p遍布,最寬裂縫達(dá)到0.5 m,最大錯臺達(dá)到5 m,左側(cè)路塹邊坡工程病害,如圖2所示。

        圖2 左側(cè)路塹邊坡工程病害圖

        1.3 病害整治情況

        (1)受力計算

        滑坡主軸垂直于線路縱向,計算采用路基斷面為準(zhǔn),滑面采用穩(wěn)定安全系數(shù)K=0.95反算綜合φ,計算穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.25時的滑坡出口推力。

        (2)工程措施

        ①臨時應(yīng)急措施:平順坡面,夯實(shí)坡面裂縫,避免地表水繼續(xù)下滲;開挖臨時截水天溝,減小地表水的影響;變形體坡腳設(shè)置回填反壓土,避免滑坡進(jìn)一步發(fā)展。

        ②永久工程措施:線路左側(cè)于一級邊坡中部平臺處設(shè)置路塹樁板墻,樁間距6.0 m,樁長13~23 m;樁板墻墻頂邊坡設(shè)置人字型截水骨架護(hù)坡,樁板墻前第一級邊坡采用錨桿框架梁護(hù)坡加固。

        路塹邊坡整治代表性斷面,如圖3所示。

        圖3 病害整治代表性斷面示意圖

        2 紅層軟巖工程病害(案例二)

        2.1 工程概況

        某鐵路YHDIIK 190+000紅層軟巖工點(diǎn),基巖為侏羅系上統(tǒng)遂寧組(J3s)紫紅色泥巖夾泥質(zhì)砂巖,巖層傾角平緩,陡傾節(jié)理較發(fā)育,附近出露基巖產(chǎn)狀:N20°W/5°S,主要節(jié)理產(chǎn)狀:N50°W/90°、N45°E/90°。

        路基以挖方通過,右側(cè)邊坡最大挖深約18 m,坡腳設(shè)置重力式路塹擋土墻,最大墻高4.0 m,墻頂邊坡10 m一級,邊坡率為1∶1,坡面采用噴混植生防護(hù),施工圖設(shè)計代表性斷面,如圖4所示。

        圖4 施工圖設(shè)計代表性斷面示意圖

        2.2 施工及病害情況

        本段路塹于2006年4月2日開挖, 2006年8月15日開挖結(jié)束;2006年11月5日擋土墻澆注完畢,2006年12月18日天溝施作完畢,2007年2月5日噴混植生施工結(jié)束,施工過程中未發(fā)現(xiàn)邊坡異?,F(xiàn)象。路塹側(cè)溝未施工,臨時排水措施未實(shí)施。

        2007年7月2日-12日連續(xù)降雨后,7月14日發(fā)現(xiàn)本段塹頂附近出現(xiàn)約5 cm寬裂縫,擋土墻也出現(xiàn)輕微移動及裂紋,2007年7月16日天降暴雨,16:00點(diǎn)左右坡面出現(xiàn)大范圍滑坡。滑坡軸線與線路近正交,沿線路方向長約120 m,軸向?qū)捈s70 m,呈半橢圓型。擋墻斷裂,天溝錯斷,塹坡鼓脹?;w后壁錯臺高約3 m,路塹基床隆起約3 m,擋墻外移0.65 m,擋墻頂面抬高0.7 m,路塹擋土墻后未見砂夾卵石反濾層?;w裂縫斷續(xù)延伸,裂縫寬約0.2~0.5 m,目測深約0.5~2.0 m?;露逊e體厚度5~24 m,其成份主要為塊石土,中后部滑面傾角40°~50°。

        2.3 病害整治情況

        (1)受力計算

        滑坡主軸垂直于線路縱向,計算采用路基斷面為準(zhǔn),滑面采用穩(wěn)定安全系數(shù)K=0.95反算綜合φ,計算穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.25時的滑坡出口推力。

        (2)工程措施

        該工程滑坡采用樁板墻加固,樁間距5.5 m,樁長8.5~19.0 m,擋土板背后滿鋪一層復(fù)合排水網(wǎng)+0.3 m厚碎石反濾層;樁板墻墻頂邊坡采用人字型截水骨架內(nèi)灌草護(hù)坡防護(hù),邊坡率1∶2,且每隔12 m于主骨架下設(shè)一道支撐滲溝。路塹邊坡整治代表性斷面,如圖5所示。

        圖5 病害整治代表性斷面示意圖

        3 工程病害原因及對策分析

        (1)經(jīng)分析此類紅層軟巖易發(fā)生工程病害的原因主要有以下幾個方面:

        ①軟巖垂直節(jié)理裂隙極發(fā)育,巖體較破碎,路塹開挖后形成臨空面,節(jié)理裂隙變大,大爆破施工更加重了裂隙的張開程度。

        ②邊坡開挖多采用大拉槽施工,未嚴(yán)格按照設(shè)計要求的分級開挖分級防護(hù),多為開挖至路基面以后再進(jìn)行邊坡防護(hù)施工,并存在未防護(hù)邊坡放置過長的現(xiàn)象,未及時形成坡面防水體系。

        ③開挖病害邊坡均遇連續(xù)強(qiáng)暴雨,垂直張開節(jié)理裂隙極易造成雨水入滲,雨水入滲節(jié)理裂隙后,軟化巖體,巖體強(qiáng)度急劇降低,重度增大。

        (2)針對病害發(fā)生原因,提出垂直節(jié)理發(fā)育的紅層軟巖工程對策如下:

        ①工程施工中距離路塹坡面2~3 m范圍巖體宜采用機(jī)械開挖或采用小爆破施工,減小對巖體的振動,施工嚴(yán)格執(zhí)行“分級開挖分級防護(hù)”,禁止大拉槽施工。

        ②完善臨時和永久排水系統(tǒng),坡面防護(hù)采用易形成防排水功能的防護(hù)措施,如噴混植生、空心磚客土植草等措施,不宜在雨季進(jìn)行邊坡開挖和防護(hù)施工。

        ③宜在路塹坡腳設(shè)置預(yù)加固樁措施,宜采用框架錨桿對邊坡坡面進(jìn)行加固防護(hù)。

        4 結(jié)論

        紅層軟巖在我國廣泛分布,其成巖時間短,力學(xué)性質(zhì)較差,具有強(qiáng)度低、親水性強(qiáng)、遇水易軟化、易崩解等特點(diǎn),極易產(chǎn)生工程病害。針對垂直節(jié)理發(fā)育的紅層典型軟巖,通過具體工程病害分析,得出以下主要結(jié)論:

        (1)垂直節(jié)理裂隙發(fā)育的紅層軟巖,路塹開挖后形成臨空面,節(jié)理裂隙變大,大爆破施工更加重了裂隙的張開程度,距離路塹坡面2~3 m范圍巖體宜采用機(jī)械開挖或采用小爆破施工。

        (2)嚴(yán)禁邊坡采用大拉槽施工,嚴(yán)格執(zhí)行“分級開挖分級防護(hù)”,不宜在雨季進(jìn)行邊坡開挖和防護(hù)施工。

        (3)完善臨時和永久排水系統(tǒng),坡面防護(hù)采用易形成防排水功能的防護(hù)措施,宜在路塹坡腳設(shè)置預(yù)加固樁措施、坡面采用框架錨桿加固防護(hù)措施。

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