班　鷹

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

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炭質泥巖路塹高邊坡變形破壞及工程處治典型案例分析

班鷹

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063)

通過一個典型炭質泥巖路塹高邊坡變形破壞及工程處治的工程案例，分析炭質泥巖邊坡變形破壞的原因及工程處治的重點，指出工程勘察設計及施工時應注意的關鍵點。

炭質泥巖路塹高邊坡變形破壞處治方案

炭質泥巖是一種在我國西南、華南山區(qū)廣泛分布的軟弱巖層，在山區(qū)公路、鐵路建設中多有揭露。炭質泥巖具有風化快、強度低、遇水易軟化、崩解嚴重等特點。我國西南山區(qū)雨水充沛，對已揭露的炭質泥巖邊坡非常不利，變形破壞、滑塌事故時有發(fā)生。因此，針對炭質泥巖邊坡變形破壞、滑塌事故原因分析及工程處治措施開展深入研究，對于保證炭質泥巖地區(qū)工程建設和運營安全具有重要的社會意義和經(jīng)濟效益。

21世紀初期以來，隨著我國高等級公路、鐵路建設逐漸進入高潮，尤其是山區(qū)高等級公路、鐵路建設越來越多，遇到的炭質泥巖路塹邊坡不在少數(shù)。黃曉華等[1]、李小和等[2]、李吉東[3]、李敏等[4]、楊永紅等[5]、張芳枝[6]、譚詳韶[7]、周翠英等[8]均結合工程實際針對炭質泥巖路塹邊坡開展了系列研究，研究成果歸納為：①風化后的炭質泥巖在埋深較大時，測量的各種力學強度指標較高，但一旦暴露在大氣中，或者遇水軟化后，其強度將大大降低。②抗滑樁等強力支擋措施是炭質泥巖路塹邊坡最有效的加固手段。③預應力錨索加固手段的應用應視情況而定，當風化炭質泥巖巖層較薄，下部為堅硬巖層時，可按正常路塹邊坡對待，采用地梁錨索或框架錨索進行加固；當風化炭質泥巖巖層較厚時，不宜采用地梁錨索或框架錨索進行加固，此時應降低每級邊坡的坡高，放緩坡率；若一定要采用錨索加固，則應對錨索錨固段巖體進行注漿加固。

以貴州省某高速公路一處典型的炭質泥巖路塹高邊坡變形破壞事故為例，分析事故原因，指出工程處治的重點，提出有針對性的處治方案。

1　工程概況

貴州省某高速公路K92+820～K93+091段路基走向199°，為挖方路基。地質勘探資料表明，該段巖土體為典型的炭質泥巖，路基成形后，右側將形成路塹高邊坡，坡向約109°，坡長271 m，最大坡高50.49 m，分為五級邊坡，各級邊坡設計坡率及加固措施如下。

一級邊坡：最大坡高10 m，坡率1∶0.75，路塹式擋土墻，改路從一級邊坡頂部平臺通過。

二級邊坡：最大坡高10 m，坡率1∶0.75，部分坡段框架錨桿支護，錨桿長9 m，拉伸網(wǎng)植草防護；其余坡段窗式護面墻防護；二級邊坡頂部布置9根抗滑樁。

三級邊坡：最大坡高10 m，坡率1∶1.00，部分坡段地梁錨索加固，錨索長28～30 m，錨固段10 m，人字骨架植草防護；部分坡段框架錨桿支護，錨桿長9 m，拉伸網(wǎng)植草防護；其余坡段窗式護面墻防護；三級邊坡頂部(中段)布置6根抗滑樁(2 m×3 m×30 m)。

四級邊坡：最大高度10 m，坡率1∶1.00，中間坡段地梁錨索支護，錨索長26～30 m，錨固段10 m，人字骨架植草防護；其余坡段窗式護面墻防護。

五級邊坡：最大坡高10.31 m，坡率1∶1.25，窗式護面墻防護。

邊坡典型剖面如圖1、圖2所示。

圖1　邊坡典型剖面(一)(樁號K92+989)

圖2　邊坡典型剖面(二)(樁號K92+941)

2　邊坡變形破壞過程

2011年10月，該路塹高邊坡三級邊坡以上部分基本開挖成形，支護結構基本完成后，邊坡開始出現(xiàn)變形、開裂，致使第四級邊坡地梁頂部出現(xiàn)脫空、部分錨索失效(如圖3所示)。經(jīng)過第四級邊坡及以上卸載、第三級邊坡坡頂和第二級邊坡坡頂?shù)目够瑯都庸毯?，邊坡變形逐漸趨于穩(wěn)定。

圖3　第四級邊坡坡頂開裂

隨著該路塹邊坡繼續(xù)開挖至設計高程后，第二級邊坡和第三級邊坡坡頂?shù)目够瑯稑俄斠查_始緩慢變形，尤其是經(jīng)歷了2012年6、7月間的持續(xù)強降雨后，邊坡變形加劇，邊坡所有地梁錨索全部失效。截至2012年7月23日，第三級邊坡坡頂?shù)目够瑯稑俄斪畲笞冃芜_4.27 m，第二級邊坡坡頂抗滑樁樁頂?shù)淖畲笞冃芜_3.70 m(如圖4所示)，且該邊坡坡腳運梁通道對側也出現(xiàn)地坪隆起、開裂現(xiàn)象(如圖5所示)，表明邊坡具有滑塌趨勢。

圖4　第三級邊坡坡頂抗滑樁變形情況

圖5　邊坡坡底運梁通道對側地坪隆起開裂

3　邊坡變形破壞原因分析

根據(jù)地質勘察資料，該路塹高邊坡原坡面絕大部分為粉質黏土覆蓋層，植被良好，具有較好的隔水效果；下部依次為全風化、強風化、中風化炭質泥巖，其中全、強風化炭質泥巖節(jié)理裂隙發(fā)育，風化劇烈，非常破碎。

該路塹邊坡原支護設計考慮到炭質泥巖的特殊性，采取了較強的支護加固措施，包括抗滑樁和地梁錨索。設計抗滑樁絕大部分錨固于中風化炭質泥巖地層，設計地梁錨索的錨固段也位于中風化炭質泥巖地層。如果中風化炭質泥巖能夠保持原有的強度，則該設計是基本合理的。

邊坡開挖后，破壞了原始邊坡坡面的相對隔水層，加上當?shù)赜晁鄬ωS富，使得首先揭露的全、強風化炭質泥巖地層受雨水的侵蝕作用而軟化，于2011年10月開始在已開挖的邊坡部分出現(xiàn)變形、開裂現(xiàn)象，并導致第四級邊坡地梁錨索部分脫空、失效。經(jīng)過坡頂卸載，第二、第三級邊坡坡頂抗滑樁施工等措施后，使邊坡上部的變形得到控制，逐漸趨于穩(wěn)定。

隨著邊坡的繼續(xù)開挖，中風化炭質泥巖逐漸出露，由于對坡面的封閉措施跟進不及時，致使中風化炭質泥巖暴露時間過長，風化程度加劇，同時由于2012年6、7月間的持續(xù)強降雨作用，入滲進入巖體中的雨水使中風化炭質泥巖力學性能急劇劣化，抗剪強度迅速降低，對抗滑樁的支擋作用和對錨索錨固段的錨固作用逐漸喪失，使地梁錨索失效，抗滑樁傾倒變形，邊坡出現(xiàn)滑塌趨勢。

邊坡變形破壞過程：首先由于炭質泥巖遇水軟化，導致原第四級邊坡地梁錨索的錨固體失效，從而導致整個地梁錨索失效；其次，由于炭質泥巖遇水軟化后，抗剪強度急劇降低，加上原設計抗滑樁只考慮了在中風化炭質泥巖地層中的嵌固深度，而沒有考慮在路基面以下的嵌固深度，致使抗滑樁作用有限，變形過大，邊坡逐步破壞，滑動面逐漸向深部發(fā)展。根據(jù)推測，最新滑動面已位于抗滑樁樁底以下(如圖6所示)。

圖6　高邊坡變形破壞過程分析示意

4　處治方案

4.1處治原則

根據(jù)該邊坡現(xiàn)場實際，并考慮到炭質泥巖的特殊性，該邊坡變形破壞事故的處治原則為：

(1)邊坡下部的強力支擋，以抗滑樁為宜；

(2)通過防排水措施，逐步提高坡體下部炭質泥巖的抗剪強度，至少不應使其繼續(xù)降低。

4.2處治方案

根據(jù)邊坡變形破壞情況及處治原則，通過各種加固處治方案比選，并綜合相關各方意見，該邊坡最終處治方案為“片石混凝土抗滑擋墻+抗滑樁+片石混凝土擋墻”方案，將一級邊坡分為四段。

K92+893～K92+947段設置8根抗滑樁支擋，樁長24 m，樁頂位于一級邊坡坡頂平臺；K92+947～K92+989段采用C20片石混凝土抗滑擋墻支擋，墻底設8排10 m長微型鋼管樁，進行深層抗滑，鋼管樁排距1 m，間距1 m，嵌入擋墻內2 m。兩側采用C20片石混凝土普通擋墻支擋。一級邊坡設2排20～25 m深仰斜式排水孔。

二級邊坡放坡至1∶2后，采用50 cm厚滿鋪式護坡，設置2排20～25 m深仰斜式排水孔。

三級邊坡放坡至1∶2后，采用50 cm厚滿鋪式護坡。

四級邊坡放坡至1∶2后，10 cm厚掛網(wǎng)噴射混凝土綠化。

五、六級邊坡分別放坡至1∶2、1∶1.25后，8 cm素噴綠化。

處治方案立面如圖7所示，典型剖面如圖8所示。

圖7　處理方案立面

圖8　處治方案典型剖面

5　結束語

該路塹高邊坡于2012年7月底開始處治施工，至10月底完工?，F(xiàn)場監(jiān)測表明，該路塹高邊坡變形破壞事故的處治是成功的，一方面抗滑樁和抗滑擋墻發(fā)揮了重要的支擋作用，邊坡變形已經(jīng)穩(wěn)定；另一方面，邊坡防排水措施得力，使得邊坡下部的炭質泥巖強度未出現(xiàn)繼續(xù)降低的情況。除了封閉坡面，防止雨水入滲外，仰斜式排水孔發(fā)揮了重要作用。

從該邊坡變形破壞事故的原因分析及處治方案的效果來看，勘察設計和施工單位應該充分重視炭質泥巖邊坡的特點，勘察設計時應有針對性地采取強力支擋措施，在沒有絕對把握時，不宜采用地梁錨索或框架錨索加固邊坡，且抗滑樁等支擋結構應深入可靠的穩(wěn)定地層中。施工時一方面嚴格按照開挖一級支護一級的工序施工，嚴禁一挖到底；另一方面應及時做好坡面防護，防止雨水入滲導致炭質泥巖強度的劣化。

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Analysis of A Typical Case of Slide and Treatment of the Carbonaceous Mudstone High Cutting Slope

BAN Ying

2016-01-29

班鷹(1964—)，男，1984年畢業(yè)于北京交通大學工民建專業(yè)，高級工程師。

1672-7479(2016)02-0020-04

U416.1+4； U417.1

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