湖雍线白岩脚高边坡失稳原因简析（DK57+800～DK58+200）

2016-12-05张小林中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610000

低碳世界 2016年22期

关键词：天沟挡墙风化

张小林（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610000）

张小林（中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610000）

通过对湖雍线白岩脚软质岩土高边坡变形失稳的原因分析，找出其形成原因和最终剪切破坏机制，针对性的提出了处理措施意见，并对类似边坡提出了勘察设计及施工过程的参考注意事项，对此类边坡具有高度的代表性。

高边坡；失稳；原因简析；注意事项

1 地形地貌及概述

1.1 地形地貌

白岩脚高边坡处于湖雍线末端贵州省纳雍县境内，煤系地层分布广泛，素有“煤海”之称，段内属中山地貌，地形起伏较大。线路左侧5m外为陡崖，下部为苦栗河，常年有水。地表基本多为旱地，段内无居民及民房分布，段内有施工便道相通，交通条件较好。该段边坡处于一丘包前缘，边坡高37m，从目前天沟以外地表裂缝至路基面相对高差45m，边坡外约50m既为在用110kV高压铁塔，如该高边坡发生整体滑动，将牵引大面积山体滑坡，影响巨大。

1.2 变形情况

目前路堑已基本施工完成。施工单位在施工DK57+939～DK58+125段路基边坡防护工程过程中，在2015年3月开始施工最后一级边坡挡土墙，开挖挡墙基础及墙后土体时，先后出现二级边坡锚杆框架梁出现框架梁间土体滑塌，框架梁被拉裂，抗滑桩出现位移沉降。桩间桩板墙下沉，桩前平台隆起。桩顶部平台截水沟下降严重，三级边坡骨架拉裂破坏，边坡开裂。天沟下沉开裂，天沟以为5～8m最远20m出现山体地表开裂（见图1）。

图1

1.3 降雨情况

2015年3月1日～6日连续6d阴雨天；3月26日～28日3d断续有暴雨；4月5日～4月11日7d持续小雨，短时大雨；4月20日～29日10d均为雨天，26日下暴雨；5月9日～15日7d为雷阵雨，雨量较大；5月19日下午17点～20点下暴雨；5月25日～27日4d为中雨。共计38个雨天。

2 地层岩性及地质构造

2.1 地层岩性

段内地表上覆第四系全新统坡残积（Q4dl+el）粉质粘土、局部为碎石土；下伏基岩为二叠系上统长兴组和大龙组（P2c+d）页岩、泥灰岩夹煤层，二叠系上统龙潭组（P2l）粉砂质泥岩、粉砂岩夹炭质页岩及煤层，二叠系下统茅口组（P1m）灰岩。

各层岩性特征分述如下：

＜1＞粉质黏土（Q4del）：黄褐色、褐黄色等，表层硬塑～软塑状，滑动面附件呈软塑状，桩前平台底部局部为流塑状，土质不均匀，含约10～30%泥岩、砂岩角砾，粒径1～5cm，厚度2～8m。

＜5＞粉质黏土（Q4dl+el）：黄褐色、褐黄色等，硬塑状，土质不均匀，含约10～30%泥岩、砂岩角砾，粒径1～5cm。主要分布于测区斜坡表层，普遍厚0～3m，局部偏厚，厚度2～8m，属Ⅱ级普通土，C组填料。

＜6-1＞炭质页岩夹煤层（P2c+d）：灰色，灰黑色，染手，岩心多呈碎块状及土状，遇水极易软化，根据钻孔揭示，厚度变化较大，局部呈透镜尖灭状，有机质含量较重，不宜作填料。

＜6-2＞粉砂岩、页岩、泥灰岩（P2c+d）：黄褐色、灰褐色、红褐色、灰黑色，砂泥质结构，泥质胶结，薄至中厚层状构造，节理裂隙发育，全风化带（W4）已风化呈土状及土柱状，厚3～10m，属Ⅲ级硬土，D组填料；强风化带（W3）岩芯多呈块状及碎块状，少量呈短柱状，厚5～15m，属Ⅳ级软石，D组填料；弱风化带（W2）岩芯多呈柱状及短柱状，暴晒后崩解严重，属Ⅳ级软石，C组填料。

＜7-1＞炭质页岩夹煤层（P2l）：灰色，灰黑色，染手，岩心多呈碎块状及土状，遇水极易软化，根据钻孔揭示，厚度变化较大，局部呈透镜尖灭状，有机质含量较重，不宜作填料。

＜7-2＞粉砂质泥岩、粉砂岩（P2l）：灰绿色，深灰色、灰绿色，主要为薄-中厚层状，岩质较软，含煤层10～20层，多为薄层。全风化层厚度起伏较大，一般4～10m，属Ⅲ级硬土；强风化带厚4～20m，属Ⅳ级软石；弱风化带（W2）岩性完整性较好，多为Ⅳ级软石，局部坚硬。

＜8＞灰岩（P1m）：灰色、深灰色，隐晶质结构，钙质胶结，中厚层状构造，具缝合线及层纹状构造，局部含泥质、含白云质斑块灰岩，夹燧石结核，节理裂隙较发育，溶蚀较发育。岩体较完整，质坚性脆。弱风化带（W2）岩芯较完整，多呈柱状及短柱状，属Ⅴ级次坚石，A-B组填料。

2.2 地质构造

段内断层主要为苦栗河正断层。苦栗河正断层走向N23° E，倾向SE，倾角60°，与线路交于DK57+875，以后基本跟线路平行，断层上盘为二叠系上统大龙组、长兴组及龙潭组（P2l+c+ d）、峨眉山玄武岩组（P2β），下盘地层为二叠系下统茅口组（P1m）。该边坡岩体受断层影响较大，岩体较破碎。

段内构造发育，岩层产状比较紊乱，主要岩层产状有N30°E/36°SE、N70°W/30°SW，节理裂隙较发育，主要节理为N25°E/83°NW、N80°W/70°SW、N45°～60°E/65°～70°SE、N70°W/62°NE、N65°W/90°；受构造影响局部岩层产状较乱。该段边坡开挖过程中，可见岩层产状倾向山里。

3 地震动参数

根据《中华人民共和国国家标准》（GB18306-2001）公布的《中国地震动峰值加速度区划图》（1/400万）和《中国地震动反应谱特征周期区划图》（1/400万）划定，测区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。

4 水文地质特征

4.1 地下水特征

段内地下水主要第四系孔隙潜水、基岩裂隙水。

第四系孔隙潜水主要赋存于第四系松散土层中，主要受大气降水补给。

目前该段由于地表开裂变形，大量表水入渗，在裂缝深部积水严重，同时受断层及泥页岩的隔水影响，断层岩体破碎带也已严重积水，在抢险大锚杆成孔过程中，受空气压力的作用，成孔区域裂隙水上冒，顺裂缝通道涌出地面。

段内地表水系主要有苦栗河水，苦栗河河水水质差，常年有水，水流量受季节控制。

4.2 地下水类型

经补定测阶段取地表水、地下水进行水质简分析，水质为HCO3-·SO42--Ca2+、HCO3--Ca2+型水，根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号及[2007]140号），经过二叠系上统（P2l+c+d）地层段，环境水按对混凝土结构具硫酸盐侵蚀，侵蚀等级为H3，酸性侵蚀等级为H2；二叠系下统茅口组（P1m）灰岩地层区域水质无侵蚀性。

5 边坡变形情况分析

5.1 变形范围

根据地表开裂变形调查及监控量测数据，变形范围主要集中于DK57+930～DK58+120段，该区域正好属于桩板墙段。DK58+120以后为埋入式抗滑桩，未见变形等其他失稳迹象。

5.2 变形特征

2015年3月以前未施工最下一级挡墙时，边坡未发现任何变形迹象，3月开始施工挡墙，陆续出现变形失稳现象，并出现变形加剧的趋势，施工单位在施作挡墙过程中，已严格跳槽开挖，并尽可能的缩短每模长度。

2015年6月2日建指、监理、施工、设计四方对现场再次踏勘发现变形更加严重。正在施工最下一级重力式挡墙，剩余30余米未施工完成。该段边坡出现大范围开裂变形及错台，天沟以外原地表出现牵引张裂缝，裂缝最宽30cm，并下跌，裂缝与天沟并行，距离天沟最远20m，一般5～8m，桩板墙出现向临空方向位移，桩前原预留平台严重开裂、变形，裂缝最宽达50cm，裂缝延伸方向多与临空面平行，挡墙顶部锚杆框架梁边坡出现土体及风化岩体漏空，框架梁出现剪断变形现象，最下部已施作完成的重力式挡墙在DK57+980～DK58+000；DK58+ 030～035；DK58+060～070三处墙顶出现错台现象，错距2.6cm，从挡墙开挖基础及墙后可见弱风化灰岩、砂岩出露，同时也见强风化泥、页岩，煤层出露。

5.3 物质成分

根据目前开挖情况，变形失稳带物质成分主要以粉质粘土及原强风化泥页岩、煤层及局部原弱风化带受水浸泡后所形成的全风化体为主，全风化层呈土状，在水的影响下，物理力学指标甚至比粉质粘土低。

5.4 原因分析

该边坡目前在原土层及风化层中已形成贯通弧形软弱剪切面，软弱面从坡顶裂缝一直延伸至挡墙中上部或挡墙墙顶以上，受挡墙、锚杆框架梁的约束作用下，目前还未出现整体下滑失稳，但蠕动变形在进一步发展，如锚杆框架梁被完全破坏后，可能出现整段边坡沿软弱面整体快速失稳，破坏挡墙或从挡墙顶剪出的严重后果，进而牵引本段原山体发生大规模的滑动。

从3月以来，累计雨天38d，长时间的下雨，导致表水大量下渗，进而引起软质岩体遇水进一步软化，差异风化更加明显，同时该段土层及风化层较厚，岩体破碎，岩性较杂。持续降雨使原土层及岩层物理力学指标降低，致使桩前岩土体抗剪强度下降，导致该段桩基锚固端长度不够，受到桩后岩土体持续挤压最终导致了边坡整体蠕动变形，有整体失稳趋势。