某路塹邊坡溜塌形成機理分析

洪德海

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100010)

A Cut Slope Collapse Mechanism Analysis

HONG Dehai

某路塹邊坡溜塌形成機理分析

洪德海

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100010)

A Cut Slope Collapse Mechanism Analysis

HONG Dehai

摘要通過分析該邊坡地層巖土體性質、巖土結構和邊坡施工開挖情況，以及導致本次邊坡溜塌主要誘發因素等，詳細論述造成邊坡病害的形成機理。

關鍵詞深路塹結構面滑動面溜塌穩定性

1工程概況

某城際鐵路深路塹邊坡工點在廣東省東莞市謝崗鎮與既有京九鐵路廣梅汕段毗鄰，部分路塹段直接在既有鐵路邊坡上，路塹工點長276 m(含50 m運梁便線)，路塹邊坡成折線形(見圖1)。既有京九鐵路邊坡采用“分級放坡+平臺”，坡面采用漿砌片石護坡；本線路塹邊坡最大開挖深度約34 m，設計采用“樁板墻+框架錨桿支護+骨架護坡”。

圖1　工點平面

2工程地質特征

2.1　地形地貌特征

本路基工點場地地貌屬于剝蝕丘陵區，地形稍有起伏，高程18.1～84.0 m，自然坡度5°～25°，山體植被發育。

2.2　地層巖性

山體表層為殘積粉質黏土，褐紅色，硬塑，厚度0.5～7.3 m，坡頂向兩側厚度逐漸變大；下伏全—弱風化的侏羅系泥質粉砂巖；巖層產狀62°∠30°，節理裂隙發育。主要發育兩組節理面，第一組節理面產狀141°∠40°、間距3條/4 m，第二組節理面產狀230°∠65°、間距4條/5 m。

2.3　地質構造

本工點區域處于北東東-南西西向延伸的開闊向斜構造-潼湖向斜，向斜寬度6～15 km，線路走向與向斜走向呈小角度交叉。

3施工地質情況

根據邊坡開挖揭露山體地層情況：表層殘積土粉質黏土厚度0.3～7.3 m，下層全風化泥質粉砂巖厚度0.3～1.5 m，邊坡面主要為強—弱風化層，巖體產狀扭曲，節理裂隙發育，巖體破碎。

4病害問題及分析

4.1　病害情況

施工單位于2011年8月將邊坡開挖至設置樁板墻設計頂高程，挖深11.0～25.6 m，邊坡坡率1∶1.0，在高8.0 m處設置2.0 m二級平臺。

邊坡開挖后至2011年9月邊坡未經任何遮蓋，直接暴露在外界；2011年8月至9月15日東莞地區經歷數次長時間降雨。至9月19日施工單位發現邊坡頂部有裂縫，邊坡二級平臺上坡體下部有滲水縫，可能形成連續的結構面，二級平臺上邊坡底部有少部分巖土體塌落，邊坡表層可能形成溜塌體。

4.2　穩定性分析

(1)基本情況分析

路塹邊坡開挖情況揭露，邊坡頂部表層0.3～3.0 m為殘積土和全風化泥質粉砂巖，邊坡坡面主要為強—弱風化泥質粉砂巖，巖層產狀62°∠30°，邊坡坡面傾向150°，坡率1∶1；邊坡開挖后產生臨空面，坡頂坡腳未發現有裂縫，坡面表層也沒有巖土體垮落；邊坡整體穩定。

(2)結構面投影分析

根據現場調查巖體主要發育兩組節理面，產狀分別是：J1：141°∠40°、間距3條/4 m；J2：230°∠65°、間距4條/5 m。赤平投影分析：①巖層走向與邊坡坡面近垂直，邊坡不存在巖體順層滑動問題；②巖體有一組節理面141°∠40°與坡面(150°∠45°)傾向近一致，節理傾角小于邊坡放坡角度，對邊坡穩定性不利，邊坡存在不利的的結構面。

(3)邊坡穩定性數理檢算

①邊坡滑動面

圖2　邊坡橫斷面(單位：m)

根據現場邊坡頂的開裂縫與二級邊坡平臺上坡底的滲水縫，結合巖體裂隙發育情況，推測邊坡滑動面為一個近平面(見圖2)。

②數理檢算

邊坡穩定系數計算采用平面滑動法，根據《建筑邊坡工程設計規范》第5.2.4條計算公式如下

式中：γ——巖土體的重度/(kN/m3)；

c——結構面的黏聚力/kPa；

α——結構面的內摩擦角/(°)；

A——結構面的面積/m2；

V——巖體的體積/m3；

θ——結構面的傾角/(°)。

本工點計算將巖土體的體積(V)和結構面的面積(A)簡化成典型路基斷面的溜塌體的面積(S)和結構面的長度(L)，溜塌體的力學分析見圖3。

圖3　溜塌體受力分析

未經擾動的計算參數如表1。

將上述參數帶入公式計算得到，在不考慮其他外力因素時邊坡的穩定系數：Ks=1.24。

表1　設計參數

4.3　綜合分析及評價

(1)邊坡開挖后揭露巖體層理與邊坡未形成順層問題，但巖體節理裂隙發育，其中一組節理面傾向(J1∶141°∠40°)與邊坡傾向(150°∠45°)近一致，且裂隙傾角小于邊坡傾角，致使邊坡存在不利的結構面，坡體開挖后在線路側形成臨空面。

(2)邊坡2011年8月開挖后至2011年9月邊坡未經任何遮蓋，直接暴露在外界，該段時間多次長時間降水，造成邊坡巖土體軟化，并在裂隙面形成滲水通道，造成結構面強度下降。

綜合上述：本工點路塹病害是典型的邊坡淺層溜塌；造成邊坡病害的原因，主要有開挖后形成臨空面；巖體內部存在不利結構面；特殊的巖土體結構，在外力水的作用下，致使巖土體軟化，造成本次病害的發生。

5工程整治措施

原設計方案采用“樁板墻+框架錨桿+骨架護坡”對邊坡進行加固；至邊坡發現存在溜塌可能時，邊坡已經挖好部分框架槽，部分段落已經插入錨桿，正在施工樁板墻，如果不及時處理，勢必引起溜塌的進一步發展，對施工人員、設備造成安全隱患。

5.1　整治原則

(1)確保現場人員和設備的安全。

(2)對可能溜塌的巖土體加強監測，及時掌握邊坡的穩定情況。

(3)加強坡頂和坡面地表排水。

5.2　治理措施

(1)暫停樁板墻的施工，邊坡下施工設備移至安全地方。

(2)邊坡上部蓋上防水布。

(3)清除邊坡表層松動巖土體。

(4)經過檢算，邊坡仍沿用之前的設計方案，將整體邊坡防護措施往邊坡內側移3 m(增加刷坡土方)，對已經施工的錨桿截斷后繼續使用。

參考文獻

[1]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.DK61+839～DK62+075段路基工程地質勘察報告[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2009

[2]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.DK61+839～DK62+075段路基施工圖設計圖[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2010

[3]中鐵工程設計咨詢集團有限公司.DK61+839～DK62+075段路基變更設計圖[R].北京：中鐵工程設計咨詢集團有限公司，2011

[4]韓濤，王海峰.鐵路沿線某邊坡穩定性綜合評價[J].鐵道勘察，2013(1)

[5]朱斌，侯克鵬.邊坡穩定性研究綜述[J].礦業快報，2007(10)

[6]劉建新.巴新線老哈河大橋邊坡穩定性分析[J].鐵道勘察，2014(4)

[7]宋麗娟，黃志全，馬麗娜.邊坡穩定性分析方法綜述與展望[J].山西建筑，2009，35(4)

[8]GB50330—2002建筑邊坡工程技術規范[S]

[9]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2007

[10]TB10012—2004鐵路工程地質勘察規范[S]

[11]TB10049—2004鐵路工程水文地質勘察規程[S]

中圖分類號：TU42

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)03-0064-03

作者簡介：洪德海(1983—)，男，工學學士，工程師。

收稿日期：2015-01-30