劉俊俊

(中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 西安市 710054)

0 引言

朔黃鐵路西起山西省神池南站，東至河北省黃驊港前站，是我國(guó)西煤東運(yùn)第二大通道，在全國(guó)路網(wǎng)中占有重要地位。其中，在神池南至肅寧北段，橫跨5個(gè)地市，16個(gè)縣市，線(xiàn)路穿越山區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，山谷深切，橋隧相連，塹坡眾多。線(xiàn)路通車(chē)16年來(lái)，多處塹坡表面出現(xiàn)勾縫脫落、雜草叢生、貫通裂縫、鼓脹變形等病害，甚至局部坍塌，對(duì)線(xiàn)路的運(yùn)營(yíng)造成極大安全隱患[1]。

該高路塹護(hù)坡位于線(xiàn)路上行側(cè)，為四級(jí)塹坡，里程范圍為K42+515～K42+900，長(zhǎng)385m，高約37m，一級(jí)平臺(tái)寬約6m，二級(jí)、三級(jí)平臺(tái)寬約2m，既有邊坡采用漿砌片石防護(hù)，平臺(tái)封閉措施為漿砌片石加水泥砂漿抹面。塹坡外側(cè)為黃土梁峁，交通困難。

護(hù)坡所在地位于呂梁山脈中山區(qū)，山勢(shì)崎嶇，工程所在地為山前丘陵，屬黃土梁峁，地形起伏較大，自然坡度30°～40°，地表多為荒地。屬半干旱大陸性氣候，四季分明，季風(fēng)氣候顯著。冬季寒冷、較長(zhǎng)，夏季悶熱，春秋較短。1月平均氣溫-7.7 ℃，7月平均氣溫 23.3 ℃，年平均氣溫9.0℃，年均降水量約500mm。最大季節(jié)性?xún)鼋Y(jié)深度1.3m。據(jù)國(guó)家地震局《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)(1/400萬(wàn))，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g(地震基本烈度為Ⅶ度)，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s。

1 地層巖性及水文地質(zhì)特征

<2>泥巖夾砂巖(TMs+Ss)：下伏于砂質(zhì)黃土，局部出露于地表，局部可見(jiàn)薄層礫巖，棕紅色、灰綠色，層狀構(gòu)造，泥巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，砂巖為粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，成巖作用差，強(qiáng)風(fēng)化，Ⅳ級(jí)軟石。

本段地下水主要為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于基巖面以上一定深度的砂質(zhì)黃土層及護(hù)坡內(nèi)表層砂質(zhì)黃土層中，土層呈潮濕-飽和狀態(tài)，地下水以地表降水入滲及沿基巖面的側(cè)向滲流補(bǔ)給為主，匯集于護(hù)坡內(nèi)側(cè)土石分界面附近巖土體中，沿護(hù)坡與邊坡間隙有部分下滲排泄?；鶐r裂隙水主要賦存于泥巖及砂巖裂隙及砂巖風(fēng)化層中，受上層滯水及側(cè)向徑流補(bǔ)給，沿裂隙或?qū)永韨?cè)向排泄，本次在路肩開(kāi)挖探井涌水量達(dá)1.18m3/h。

2 不良地質(zhì)及特殊巖土

2.1 不良地質(zhì)

工程影響范圍內(nèi)的不良地質(zhì)作用主要為滑坡。線(xiàn)路K42+700～K42+735段左側(cè)一級(jí)平臺(tái)上方發(fā)育有小型滑坡，滑坡周界形似圈椅，滑坡后緣可見(jiàn)貫通裂縫，裂縫寬度1～2cm，部分達(dá)5～10cm；滑坡前緣寬約35m，軸線(xiàn)長(zhǎng)約38m，滑體最大厚度約9m，成分主要為人工填土，以松散-稍密狀態(tài)的砂質(zhì)黃土及泥巖、砂巖碎屑為主，性狀極不均勻，方量約2600m3，滑面為原始地表斜坡坡面。該滑坡上方為一小型沖溝，易于匯水，地表匯水極易沿松散的填土層下滲匯集并在填土層與下部相對(duì)密實(shí)的原始地層間形成軟弱帶，最終導(dǎo)致填土層滑體失穩(wěn)，形成滑坡，目前該滑坡體處于蠕動(dòng)微變形狀態(tài)，在暴雨等條件誘發(fā)下極易發(fā)生整體滑塌。

2.2 特殊巖土

工程影響范圍內(nèi)特殊巖土為濕陷性黃土、膨脹巖。本段砂質(zhì)黃土為Ⅲ級(jí)(嚴(yán)重)自重濕陷性黃土，濕陷土層厚度12～15m，濕陷系數(shù)0.015～0.078，自重濕陷量14.9～37.2cm，總濕陷量35.3～68.1cm；本區(qū)三疊系泥巖為膨脹巖，具有遇水易崩解、軟化、失水收縮等特性，對(duì)邊坡穩(wěn)定造成嚴(yán)重影響。

3 護(hù)坡病害特征及原因分析

3.1 病害特征

一級(jí)護(hù)坡K42+530～K42+560、K42+700～K42+880段出現(xiàn)多處鼓脹及開(kāi)裂，K42+650～K42+700段平臺(tái)下側(cè)出現(xiàn)多條水平裂縫，縫寬5～10mm；二級(jí)護(hù)坡K42+650～K42+660段距離二級(jí)坡腳高5～6m處有裂縫，縫寬5～10mm，K42+650～K42+700段有多處鼓脹及開(kāi)裂，K42+700～K42+760段距離二級(jí)坡腳高約3m處發(fā)育有水平裂縫，縫寬約10mm，K42+820～K42+850段距離二級(jí)坡腳6m高度處出現(xiàn)鼓脹裂縫，裂縫寬度10mm；三級(jí)護(hù)坡K42+560～K42+580段護(hù)坡漿砌片石出現(xiàn)多處破損，K42+580～K42+700段出現(xiàn)多處鼓脹及砂漿勾縫脫落；一級(jí)至三級(jí)平臺(tái)均存在大量縱向龜裂且伴隨局部下沉及縱向貫通裂縫；K42+700～K42+730段塹坡左側(cè)為自然沖溝，沖溝兩側(cè)發(fā)育有多處黃土陷穴，本段二級(jí)平臺(tái)及其后洼地發(fā)育有弧形貫通的裂縫，切斷3處排水溝，裂縫寬度1～2cm，部分達(dá)5～10cm；排水溝及吊溝底部部分地段可見(jiàn)空洞；部分臺(tái)階下側(cè)發(fā)育空洞。

3.2 病害原因分析

3.2.1內(nèi)部因素

(1)地層因素：本段邊坡地層主要為砂質(zhì)黃土、泥巖夾砂巖，砂質(zhì)黃土具III級(jí)(嚴(yán)重)自重濕陷性，且其粉粒含量大、垂直節(jié)理發(fā)育等特性有利于地表水下滲，加劇了砂質(zhì)黃土層的濕陷變形；本區(qū)三疊系泥巖為膨脹巖，且基巖頂面呈傾斜狀態(tài)，加之其遇水軟化的特性使其與砂質(zhì)黃土的接觸面極易成為軟弱面，對(duì)邊坡穩(wěn)定造成嚴(yán)重影響。

(2)水的因素：本區(qū)年均降水量約500mm，護(hù)坡工程的修建改變了原始自然坡體的地表及地下水徑流，雨季時(shí)地表水多沿護(hù)坡破損處及黃土垂直節(jié)理滲入土體，在平臺(tái)坡腳及土石分界面等易于積水部位形成上層滯水，春季積雪緩慢融化亦為地下水帶來(lái)了大量補(bǔ)給，水的作用誘發(fā)了濕陷性黃土及膨脹巖對(duì)邊坡穩(wěn)定的破壞。

(3)氣溫因素：本區(qū)最大季節(jié)性?xún)鼋Y(jié)深度為1.3m，飽和砂質(zhì)黃土及遇水軟化的泥巖均為凍脹-強(qiáng)凍脹土，邊坡巖土體的凍脹亦成為護(hù)坡破損的原因之一。

3.2.2外部因素

(1)施工因素：部分既有工程施工質(zhì)量存在一定問(wèn)題，不利于邊坡穩(wěn)定。

(2)震動(dòng)因素：朔黃鐵路為重載鐵路，列車(chē)行駛造成的震動(dòng)易導(dǎo)致黃土震陷并對(duì)邊坡穩(wěn)定帶來(lái)長(zhǎng)期的不利影響。

4 邊坡穩(wěn)定性及推力計(jì)算

4.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察、指標(biāo)反算以及工程類(lèi)比，本治理設(shè)計(jì)采取表1的物理力學(xué)參數(shù)。

表1 滑坡滑帶土物理力學(xué)指標(biāo)

4.2 穩(wěn)定性及推力計(jì)算

采用傳遞系數(shù)法[2]計(jì)算，邊坡穩(wěn)定性及推力結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 邊坡穩(wěn)定性及推力計(jì)算

由表2的計(jì)算結(jié)果及文獻(xiàn)[3]可以看出，對(duì)于整個(gè)塹坡而言，該路塹護(hù)坡在自重狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震作用下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；對(duì)于塹坡局部而言，該路塹護(hù)坡在自重狀態(tài)、暴雨和地震作用下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)；對(duì)于3級(jí)坡而言，該路塹護(hù)坡在自重狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨和地震作用下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；對(duì)于2級(jí)坡而言，該路塹護(hù)坡在自重狀態(tài)、暴雨和地震作用下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。因而，在暴雨和地震工況下，須對(duì)該塹坡進(jìn)行加固。

5 主要工程措施

綜合上述分析，結(jié)合病害預(yù)測(cè)情況，主要采取以下工程措施進(jìn)行該塹坡的病害整治，典型斷面圖如圖1所示。

圖1 典型斷面圖

(1)固腳強(qiáng)腰[4]

在K42+540～K42+870左側(cè)邊坡一級(jí)平臺(tái)設(shè)置一排抗滑樁[5]；二級(jí)邊坡K42+580～K42+700、K42+735～K42+840，三級(jí)邊坡K42+600～K42+700、K42+735～K42+820段設(shè)置錨索框架梁，采用4.0m×4.0m正方形網(wǎng)格布置，截面尺寸0.5m×0.5m。二級(jí)邊坡每孔錨索全長(zhǎng)20m，錨固段長(zhǎng)10m；三級(jí)邊坡K42+600～K42+700段底部一排、K42+735～K42+820段底部?jī)膳佩^索全長(zhǎng)25m，錨固段長(zhǎng)10m；三級(jí)邊坡其余錨索全長(zhǎng)30m，錨固段長(zhǎng)10m。

(2)塹頂及邊坡平臺(tái)封閉

邊坡平臺(tái)、天溝和塹頂之間平臺(tái)均采用0.3m厚三七灰土中間夾兩布一膜+0.2m厚C25素混凝土進(jìn)行封閉；塹頂陷穴采用三七灰土夯填處理。

(3)截排水

在每一級(jí)邊坡坡腳處設(shè)置C25素混凝土截水溝；拆除既有天溝，在K42+717里程處新設(shè)C25混凝土天溝，為0.4m×0.6m梯形溝，厚0.3m；在一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)邊坡底部均設(shè)置一排深層排水孔。

(4)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)

為監(jiān)測(cè)邊坡位移及檢測(cè)治理效果，在坡體上布置臨時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)26個(gè)，其中地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)5個(gè)，地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)21個(gè)。布置永久監(jiān)測(cè)點(diǎn)24個(gè)，其中地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)14個(gè)，深層監(jiān)測(cè)點(diǎn)4個(gè)，樁頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)6個(gè)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在朔黃鐵路該塹坡的綜合整治過(guò)程中，采用多種地質(zhì)手段查明了坡體內(nèi)部的地質(zhì)情況，利用傳遞系數(shù)法對(duì)該坡體進(jìn)行了穩(wěn)定性檢算，最終確定以抗滑樁+錨索框架梁+平臺(tái)封閉+塹頂封閉為主的綜合加固方案，并布設(shè)臨時(shí)觀(guān)測(cè)點(diǎn)和永久觀(guān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明：施工結(jié)束以來(lái)，護(hù)坡變形基本穩(wěn)定，治理效果良好。