韋元軍
針對公路工程中炭質(zhì)泥巖路段出現(xiàn)的病害,如邊坡塌方、路堤滑移、瀝青路面縱向開裂、結(jié)構(gòu)物偏位等,文章從地形條件、水患、炭質(zhì)泥巖的特性以及造成病害的機理進行分析,探討病害的成因,并提出具體的處治方案,為類似工程施工提供技術(shù)和經(jīng)驗參考。
炭質(zhì)泥巖;病害;源頭治理;方案
0?引言
我國幅員遼闊,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中難免會遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況,炭質(zhì)泥巖便是其中之一。公路工程在施工階段甚至通車以后,發(fā)生上邊坡滑塌、路面縱向開裂、涵洞墻身錯臺滲水等病害屢見不鮮,更有甚者,還會出現(xiàn)路堤滑移、橋墩偏位等工程事故。出現(xiàn)此類病害的原因并非僅僅是施工不規(guī)范那么簡單,實有鮮為人知的復(fù)雜地質(zhì)條件所致,這就是人們常說的地質(zhì)災(zāi)害。其中炭質(zhì)泥巖也是重要的影響因素,不了解它的特性及引起病害的機理,對施工后的工程質(zhì)量很可能會造成不可估量的嚴重影響。為了從根源上解決炭質(zhì)泥巖所帶來的問題,經(jīng)過深入分析,結(jié)合多年的施工經(jīng)驗,本文提出了徹底挖除覆層形成大臺階、設(shè)計群樁、增加抗滑樁等可行的處治方案,以達到治理的目的。
1?炭質(zhì)泥巖的特性
廣西六寨至河池高速公路南丹六寨境內(nèi)山高坡陡、水系豐富隱蔽、地形地質(zhì)復(fù)雜、橋隧比高,更嚴重的是炭質(zhì)泥(灰)巖分布廣泛,給高速公路建設(shè)帶來很多不利因素。在建設(shè)過程中有些涉及炭質(zhì)泥巖的問題由于案例太少甚至無經(jīng)驗可循,以致炭質(zhì)泥巖路段出現(xiàn)了一些病害但未做防范,如邊坡塌方、路堤滑移、結(jié)構(gòu)物側(cè)傾等,事后建設(shè)者對這些導(dǎo)致病害產(chǎn)生的炭質(zhì)泥巖及其所在路段作了科學(xué)分析。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),炭質(zhì)泥巖一般有地表土的覆蓋,覆蓋層有厚有薄且與炭質(zhì)泥巖分界明顯,挖到界面后即發(fā)現(xiàn)呈黑灰色的炭質(zhì)泥巖,常以層狀的形態(tài)出現(xiàn),一般抗壓強度為20 MPa左右,巖性隨開挖深度的增加會由弱變強,越往下挖越硬。炭質(zhì)泥巖因含有風(fēng)化基質(zhì)所以易風(fēng)化,同時含有碳質(zhì)成分,本路段有一個隧道挖出的炭質(zhì)泥巖洞渣在棄土場就多次發(fā)生過自燃現(xiàn)象。炭質(zhì)泥巖巖體結(jié)構(gòu)性差,遇水易濕化崩解,暴露后易開裂風(fēng)化呈泥炭土,說明炭質(zhì)泥巖的公路工程性很差。
2?炭質(zhì)泥巖路段存在的病害及原因分析
2.1?路塹上邊坡塌方、滑坡
公路路塹按設(shè)計開挖后,如果順著坡面的較厚覆蓋表土層與炭質(zhì)泥巖頂部形成一個傾斜的界面,邊坡下方挖除后,界面上方荷載增大,抗滑力小于往下的重力分力,炭質(zhì)泥巖暴露后風(fēng)化或遇水崩解,都極易導(dǎo)致邊坡塌方或滑坡,即使進行了常規(guī)的骨架植草防護、坡面漿砌片石防護也不牢固,所做的防護也將損毀。在六寨至河池高速公路K11+400~K11+460段左上邊坡即是如此,第一次植草防護不成功,第二次漿砌片石仍有大部分損毀,由于只有6 m高的邊坡,最后將邊坡挖成1:1.5坡率后再做防護。
2.2?路堤下邊坡?lián)跬翂?、排水溝損毀
在斜山坡上開挖縱向臺階全斷面填筑或半挖半填的路堤,在其下邊坡坡腳修筑擋土墻或排水溝,由于開挖基坑后破壞了原狀土穩(wěn)定,加上填筑路堤、墻背回填增加了荷載,使炭質(zhì)泥巖界面從坡頂往坡腳傾斜形成滑移面,新的排水溝、擋土墻承受不住土體的側(cè)壓力,從而導(dǎo)致滑移、傾覆損毀。在本項目K19+700~K19+870段右下邊坡出現(xiàn)了這種情況。根據(jù)一段時間的觀測,發(fā)現(xiàn)該段路堤持續(xù)下滑,最后決定卸載重新挖至炭質(zhì)泥巖堅硬面,修整成大面臺階,再重新填筑,至今通車多年沒有出現(xiàn)問題。
2.3?半山腰上的路堤滑移、通道變形破壞
本項目K17+400~K17+600段路基中心填土高度<20 m,位于傾斜的半山坡上,因排水和通行的需要設(shè)計有4 m×4 m的通道,路線縱向依山而建,地表覆蓋層與炭質(zhì)泥巖界面從坡頂往坡腳傾斜形成滑移面,在路堤填筑時僅僅按設(shè)計及施工規(guī)范清表、挖臺階、填前壓實,然后填筑,其后果是填土越高越容易產(chǎn)生滑移,結(jié)果出現(xiàn)下邊坡受力拱起的情況。
通道施工過程中基坑設(shè)計入巖深度不足,另外也有可能挖至設(shè)計標(biāo)高后基底承載力不足,需換填碎石或漿砌片石處理??墒墙?jīng)過路堤填筑加載后,由于其基底施工時藏水或地表水滲入,基底的炭質(zhì)泥巖遇水軟化,加之增加荷載后整段路基不穩(wěn)定,也牽引通道產(chǎn)生位移、變形破壞。
2.4?路堤邊坡下沉牽引路面縱向開裂
本項目一些地形復(fù)雜路段利用經(jīng)試驗合格的炭質(zhì)泥巖填筑高路堤,雖采用黏土包邊處理工藝,但涵洞或排水溝常有排水不通暢、不及時的情況或因其他原因使水滲入路堤,不用多久即導(dǎo)致路堤滲水段輕度下沉,從而牽引路面縱向開裂。如K18+365~K18+375原計劃回填上游的低洼地,以抬高水位由已建成的涵洞排水,后因群眾不同意回填低洼地導(dǎo)致路基被積水浸泡。當(dāng)水浸入炭質(zhì)泥(灰)巖路基后,炭質(zhì)泥(灰)巖軟化下沉,反射至路面出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象。
2.5?橋梁墩柱偏移
高速公路兩山谷或河流間設(shè)計大橋跨越,在炭質(zhì)泥巖區(qū)域兩橋臺的選址非常重要。如果位于半山腰且橋頭有填方的,填筑基底是在炭質(zhì)泥巖之上的,橋頭填筑施工尤其是輕型橋臺稍有不慎,容易受側(cè)壓出現(xiàn)傾斜偏位。K22+043段白巖腳大橋0#橋臺正是這個原因偏位后重新改成雙排樁基加承臺。重力式橋臺臺背回填時基底不平、在地下有滲水的情況下處理不徹底,填筑后也會影響橋臺的穩(wěn)定性。K22+043段白巖腳大橋24#橋臺背回填時就是全部整平底部并澆筑一層20 cm厚的混凝土,同時做好盲溝排水,效果很好。
2.6?隧道洞口上方滑塌、掘進時拱頂涌水掉塊、初支拱架變形
炭質(zhì)泥巖隧道洞口開挖前常有一層覆蓋層,開挖邊、仰坡時,覆蓋層極易坍塌,為洞門、管棚施工埋下安全隱患。進洞后圍巖多為Ⅴ級、Ⅳ級,炭質(zhì)泥巖量值大、變形快、持續(xù)時間長、強度低,圍巖受開挖擾動,容易掉塊,有涌水時更甚。格柵鋼架或鋼拱架安裝及初噴后,圍巖壓力易使初噴脹裂、鋼架變形。本項目有兩座短隧道存在這種情況。
3?源頭治理措施
3.1?預(yù)防路塹上邊坡塌方、滑塌
避免在雨季施工,做好排水設(shè)施。對于高度為一級以內(nèi)(10 m)的上邊坡可采用放緩邊坡卸載、增設(shè)坡腳擋土墻、坡面及時噴播厚層混凝土基材植被的組合防護模式;對于較高的二級以上的上邊坡視邊坡的大小采用放緩邊坡、增設(shè)坡腳抗滑樁和坡面格梁錨桿(錨索)、及時掛網(wǎng)噴播厚層混凝土基材植被等多種組合防護模式。
3.2?預(yù)防半山腰上路堤滑移及涵排水結(jié)構(gòu)物、通道、擋土墻損毀的措施
綜合來看,造成這些問題的根本原因在于地面覆蓋層和炭質(zhì)泥巖的界面傾斜,經(jīng)過路塹開挖、路堤填筑、行車加載后界面上的重力分力大于摩擦力致使路堤失穩(wěn)。此時界面形成滑移面,路堤失穩(wěn)的下滑推力相當(dāng)大,幾十米外的下邊坡會出現(xiàn)多處拱起的現(xiàn)象。要避免這些情況的發(fā)生,首先避免在雨季施工,做好
排水設(shè)施,再根據(jù)不同的地形和路堤填筑高度需采取不同的措施。一般來說,高度<12 m的路堤在填筑前應(yīng)該先行把原地面覆蓋層和炭質(zhì)泥巖較軟弱層挖除,整平成一個寬度>4 m(寬度視情況定,越寬越好)的反向臺階,然后快速填筑優(yōu)質(zhì)填料(不建議填筑片石,因為有可能滲水使基底被軟化),及時封閉,避免濕水暴曬;高度>12 m的路堤則應(yīng)該在路堤下邊坡坡腳增加抗滑樁,抗滑樁的規(guī)格根據(jù)現(xiàn)場實際情況而定,而且須優(yōu)先施工抗滑樁。在這些路段的涵洞應(yīng)避免做成階梯式,同時,涵洞、擋土墻和臺背回填等基底要加深入巖深度,整平后用混凝土及時封閉并做好排水設(shè)施,然后進行下一道工序。整個施工過程要求組織合理、嚴密配合、施工緊湊。
3.3?預(yù)防橋梁墩柱偏位的措施
就設(shè)計而言應(yīng)選擇合理的橋臺位置和橋長,在地質(zhì)條件特別差的位置建議采用雙排樁基或群樁加承臺設(shè)計,同時避免橋頭出現(xiàn)大填方高路堤最為有利。施工方面除應(yīng)采取如上述填筑路堤、施工結(jié)構(gòu)物的措施外,仍應(yīng)優(yōu)先施工路堤和排水設(shè)施,穩(wěn)定的路堤和合理的排水能減少對橋梁墩柱、橋臺的擾動,確保墩柱、橋臺的穩(wěn)固性。
3.4?炭質(zhì)泥巖區(qū)域的隧道進洞施工方式
嚴禁大挖,宜少開挖,比較推薦“零開挖”進洞方式。即通過精心測量,找到洞頂覆蓋層厚度有60 cm左右的橫斷面位置進洞,有偏壓的情況則應(yīng)在側(cè)面合適位置澆筑洞口側(cè)墻,回填反壓土后在洞門施作加長管棚及雙導(dǎo)管超前支護。根據(jù)“早進洞、短進尺、少擾動、強支護、早封閉、勤量測”的原則開挖進洞,同時根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分折洞身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,采用合適的支護參數(shù),要求預(yù)留變形量取大值(最大時有22 cm),優(yōu)先用Ⅰ20型鋼鋼拱架,間距50 cm,輔以注漿加固、加長錨桿、增加鎖腳錨桿、增加墊板等措施,使鋼拱架牢固,圍巖體自穩(wěn)。當(dāng)有拱頂涌水掉塊,可先噴射混凝土封閉掌子面,掛防水板作掩護體,打孔、插PVC管沿洞壁往下引排,用水泥-水玻璃雙液間隔跳孔超前注漿直至封住涌水。隨后依次進行后續(xù)工序,施工中做到快挖、快支、快封閉,仰拱及時跟上,適時施作二襯。
4?結(jié)語
炭質(zhì)泥巖給高速公路建設(shè)帶來了一定的困擾,但并非不可克服。本文六寨至河池高速公路施工實例證明上述炭質(zhì)泥巖病害的源頭治理方案是有效的,希望能為后繼類似地質(zhì)情況的工程建設(shè)提供借鑒。
[1]JTG F10-2006,公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].
[2]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].
[3]JTG F80/1-2017,公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準[S].
[4]JTG F60-2009,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].
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