洪德海

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)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(jī)理分析

洪德海

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)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(zhì)、巖土結(jié)構(gòu)和邊坡施工開挖情況，以及導(dǎo)致本次邊坡溜塌主要誘發(fā)因素等，詳細(xì)論述造成邊坡病害的形成機(jī)理。

關(guān)鍵詞深路塹結(jié)構(gòu)面滑動面溜塌穩(wěn)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(zhèn)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(hù)坡；本線路塹邊坡最大開挖深度約34 m，設(shè)計采用“樁板墻+框架錨桿支護(hù)+骨架護(hù)坡”。

圖1　工點平面

2工程地質(zhì)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(qū)，地形稍有起伏，高程18.1～84.0 m，自然坡度5°～25°，山體植被發(fā)育。

2.2　地層巖性

山體表層為殘積粉質(zhì)黏土，褐紅色，硬塑，厚度0.5～7.3 m，坡頂向兩側(cè)厚度逐漸變大；下伏全—弱風(fēng)化的侏羅系泥質(zhì)粉砂巖；巖層產(chǎn)狀62°∠30°，節(jié)理裂隙發(fā)育。主要發(fā)育兩組節(jié)理面，第一組節(jié)理面產(chǎn)狀141°∠40°、間距3條/4 m，第二組節(jié)理面產(chǎn)狀230°∠65°、間距4條/5 m。

2.3　地質(zhì)構(gòu)造

本工點區(qū)域處于北東東-南西西向延伸的開闊向斜構(gòu)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(zhì)情況

根據(jù)邊坡開挖揭露山體地層情況：表層殘積土粉質(zhì)黏土厚度0.3～7.3 m，下層全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度0.3～1.5 m，邊坡面主要為強(qiáng)—弱風(fēng)化層，巖體產(chǎn)狀扭曲，節(jié)理裂隙發(fā)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(shè)置樁板墻設(shè)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(shè)置2.0 m二級平臺。

邊坡開挖后至2011年9月邊坡未經(jīng)任何遮蓋，直接暴露在外界；2011年8月至9月15日東莞地區(qū)經(jīng)歷數(shù)次長時間降雨。至9月19日施工單位發(fā)現(xiàn)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(xù)的結(jié)構(gòu)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(wěn)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(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，邊坡坡面主要為強(qiáng)—弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀62°∠30°，邊坡坡面傾向150°，坡率1∶1；邊坡開挖后產(chǎn)生臨空面，坡頂坡腳未發(fā)現(xiàn)有裂縫，坡面表層也沒有巖土體垮落；邊坡整體穩(wěn)定。

(2)結(jié)構(gòu)面投影分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查巖體主要發(fā)育兩組節(jié)理面，產(chǎn)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(jié)理面141°∠40°與坡面(150°∠45°)傾向近一致，節(jié)理傾角小于邊坡放坡角度，對邊坡穩(wěn)定性不利，邊坡存在不利的的結(jié)構(gòu)面。

(3)邊坡穩(wěn)定性數(shù)理檢算

①邊坡滑動面

圖2　邊坡橫斷面(單位：m)

根據(jù)現(xiàn)場邊坡頂?shù)拈_裂縫與二級邊坡平臺上坡底的滲水縫，結(jié)合巖體裂隙發(fā)育情況，推測邊坡滑動面為一個近平面(見圖2)。

②數(shù)理檢算

邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算采用平面滑動法，根據(jù)《建筑邊坡工程設(shè)計規(guī)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(jié)構(gòu)面的黏聚力/kPa；

α——結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角/(°)；

A——結(jié)構(gòu)面的面積/m2；

V——巖體的體積/m3；

θ——結(jié)構(gòu)面的傾角/(°)。

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

圖3　溜塌體受力分析

未經(jīng)擾動的計算參數(shù)如表1。

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

表1　設(shè)計參數(shù)

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(jié)理裂隙發(fā)育，其中一組節(jié)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(jié)構(gòu)面，坡體開挖后在線路側(cè)形成臨空面。

(2)邊坡2011年8月開挖后至2011年9月邊坡未經(jīng)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(jié)構(gòu)面強(qiáng)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(nèi)部存在不利結(jié)構(gòu)面；特殊的巖土體結(jié)構(gòu)，在外力水的作用下，致使巖土體軟化，造成本次病害的發(fā)生。

5工程整治措施

原設(shè)計方案采用“樁板墻+框架錨桿+骨架護(hù)坡”對邊坡進(jìn)行加固；至邊坡發(fā)現(xiàn)存在溜塌可能時，邊坡已經(jīng)挖好部分框架槽，部分段落已經(jīng)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(jìn)一步發(fā)展，對施工人員、設(shè)備造成安全隱患。

5.1　整治原則

(1)確?，F(xiàn)場人員和設(shè)備的安全。

(2)對可能溜塌的巖土體加強(qiáng)監(jiān)測，及時掌握邊坡的穩(wěn)定情況。

(3)加強(qiáng)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(shè)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(jīng)過檢算，邊坡仍沿用之前的設(shè)計方案，將整體邊坡防護(hù)措施往邊坡內(nèi)側(cè)移3 m(增加刷坡土方)，對已經(jīng)施工的錨桿截斷后繼續(xù)使用。

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中圖分類號：TU42

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)03-0064-03

作者簡介：洪德海(1983—)，男，工學(xué)學(xué)士，工程師。

收稿日期：2015-01-30