某路堑边坡溜塌形成机理分析
2015-03-17洪德海
洪德海
(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100010)
A Cut Slope Collapse Mechanism Analysis
HONG Dehai
某路堑边坡溜塌形成机理分析
洪德海
(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100010)
A Cut Slope Collapse Mechanism Analysis
HONG Dehai
摘要通过分析该边坡地层岩土体性质、岩土结构和边坡施工开挖情况，以及导致本次边坡溜塌主要诱发因素等，详细论述造成边坡病害的形成机理。
关键词深路堑结构面滑动面溜塌稳定性
1工程概况
某城际铁路深路堑边坡工点在广东省东莞市谢岗镇与既有京九铁路广梅汕段毗邻，部分路堑段直接在既有铁路边坡上，路堑工点长276 m(含50 m运梁便线)，路堑边坡成折线形(见图1)。既有京九铁路边坡采用“分级放坡+平台”，坡面采用浆砌片石护坡；本线路堑边坡最大开挖深度约34 m，设计采用“桩板墙+框架锚杆支护+骨架护坡”。
图1 工点平面
2工程地质特征
2.1 地形地貌特征
本路基工点场地地貌属于剥蚀丘陵区，地形稍有起伏，高程18.1～84.0 m，自然坡度5°～25°，山体植被发育。
2.2 地层岩性
山体表层为残积粉质黏土，褐红色，硬塑，厚度0.5～7.3 m，坡顶向两侧厚度逐渐变大；下伏全—弱风化的侏罗系泥质粉砂岩；岩层产状62°∠30°，节理裂隙发育。主要发育两组节理面，第一组节理面产状141°∠40°、间距3条/4 m，第二组节理面产状230°∠65°、间距4条/5 m。
2.3 地质构造
本工点区域处于北东东-南西西向延伸的开阔向斜构造-潼湖向斜，向斜宽度6～15 km，线路走向与向斜走向呈小角度交叉。
3施工地质情况
根据边坡开挖揭露山体地层情况：表层残积土粉质黏土厚度0.3～7.3 m，下层全风化泥质粉砂岩厚度0.3～1.5 m，边坡面主要为强—弱风化层，岩体产状扭曲，节理裂隙发育，岩体破碎。
4病害问题及分析
4.1 病害情况
施工单位于2011年8月将边坡开挖至设置桩板墙设计顶高程，挖深11.0～25.6 m，边坡坡率1∶1.0，在高8.0 m处设置2.0 m二级平台。
边坡开挖后至2011年9月边坡未经任何遮盖，直接暴露在外界；2011年8月至9月15日东莞地区经历数次长时间降雨。至9月19日施工单位发现边坡顶部有裂缝，边坡二级平台上坡体下部有渗水缝，可能形成连续的结构面，二级平台上边坡底部有少部分岩土体塌落，边坡表层可能形成溜塌体。
4.2 稳定性分析
(1)基本情况分析
路堑边坡开挖情况揭露，边坡顶部表层0.3～3.0 m为残积土和全风化泥质粉砂岩，边坡坡面主要为强—弱风化泥质粉砂岩，岩层产状62°∠30°，边坡坡面倾向150°，坡率1∶1；边坡开挖后产生临空面，坡顶坡脚未发现有裂缝，坡面表层也没有岩土体垮落；边坡整体稳定。
(2)结构面投影分析
根据现场调查岩体主要发育两组节理面，产状分别是：J1：141°∠40°、间距3条/4 m；J2：230°∠65°、间距4条/5 m。赤平投影分析：①岩层走向与边坡坡面近垂直，边坡不存在岩体顺层滑动问题；②岩体有一组节理面141°∠40°与坡面(150°∠45°)倾向近一致，节理倾角小于边坡放坡角度，对边坡稳定性不利，边坡存在不利的的结构面。
(3)边坡稳定性数理检算
①边坡滑动面
图2 边坡横断面(单位：m)
根据现场边坡顶的开裂缝与二级边坡平台上坡底的渗水缝，结合岩体裂隙发育情况，推测边坡滑动面为一个近平面(见图2)。
②数理检算
边坡稳定系数计算采用平面滑动法，根据《建筑边坡工程设计规范》第5.2.4条计算公式如下
式中：γ——岩土体的重度/(kN/m3)；
c——结构面的黏聚力/kPa；
α——结构面的内摩擦角/(°)；
A——结构面的面积/m2；
V——岩体的体积/m3；
θ——结构面的倾角/(°)。
本工点计算将岩土体的体积(V)和结构面的面积(A)简化成典型路基断面的溜塌体的面积(S)和结构面的长度(L)，溜塌体的力学分析见图3。
图3 溜塌体受力分析
未经扰动的计算参数如表1。
将上述参数带入公式计算得到，在不考虑其他外力因素时边坡的稳定系数：Ks=1.24。
表1 设计参数
4.3 综合分析及评价
(1)边坡开挖后揭露岩体层理与边坡未形成顺层问题，但岩体节理裂隙发育，其中一组节理面倾向(J1∶141°∠40°)与边坡倾向(150°∠45°)近一致，且裂隙倾角小于边坡倾角，致使边坡存在不利的结构面，坡体开挖后在线路侧形成临空面。
(2)边坡2011年8月开挖后至2011年9月边坡未经任何遮盖，直接暴露在外界，该段时间多次长时间降水，造成边坡岩土体软化，并在裂隙面形成渗水通道，造成结构面强度下降。
综合上述：本工点路堑病害是典型的边坡浅层溜塌；造成边坡病害的原因，主要有开挖后形成临空面；岩体内部存在不利结构面；特殊的岩土体结构，在外力水的作用下，致使岩土体软化，造成本次病害的发生。
5工程整治措施
原设计方案采用“桩板墙+框架锚杆+骨架护坡”对边坡进行加固；至边坡发现存在溜塌可能时，边坡已经挖好部分框架槽，部分段落已经插入锚杆，正在施工桩板墙，如果不及时处理，势必引起溜塌的进一步发展，对施工人员、设备造成安全隐患。
5.1 整治原则
(1)确保现场人员和设备的安全。
(2)对可能溜塌的岩土体加强监测，及时掌握边坡的稳定情况。
(3)加强坡顶和坡面地表排水。
5.2 治理措施
(1)暂停桩板墙的施工，边坡下施工设备移至安全地方。
(2)边坡上部盖上防水布。
(3)清除边坡表层松动岩土体。
(4)经过检算，边坡仍沿用之前的设计方案，将整体边坡防护措施往边坡内侧移3 m(增加刷坡土方)，对已经施工的锚杆截断后继续使用。
参考文献
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中图分类号：TU42
文献标识码：A
文章编号：1672-7479(2015)03-0064-03
作者简介：洪德海(1983—)，男，工学学士，工程师。
收稿日期：2015-01-30
