王和平

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

地质核查是对设计采用地质资料的复核、验证和补充，是控制工程质量过程中不可或缺的一环[1-3]。在地质核查阶段，应根据施工需要进行补充勘察，并合理选择勘探手段[4-5]。针对地质条件复杂的深路堑地区，应采用综合勘察技术进行分析[6-7]，并对路堑边坡稳定性进行评价[8]。

已有许多学者对地质核查方法进行相关研究，肖国峰等考虑了岩质边坡岩石强度、坡高、坡度等因素，通过量化指标，建立岩质边坡稳定性分析定量分析方法，但未考虑地下水、降水等因素的影响[9]；董捷等综合分析路堑边坡岩石强度、岩体整体性、结构面特性、结构面方位、边坡高度、开挖坡角、降水量、地下水条件等因素，对山区铁路初步设计阶段沿线边坡进行稳定性评价，但是评价体系过于复杂，不适用于配合施工阶段[10-12]。

根据山东省丘陵地区某新建高速铁路构造破碎带深路堑实际地质条件，采用踏勘、调查取样、动力触探、钻探等综合勘察方法进行地质核查，利用断面、边坡正面展示，对基底及边坡构造破碎带分布情况进行直观展示。在边坡稳定性评价的基础上，对原设计方案进行危险性分析，提出相应的防护措施建议，为设计优化提供地质依据[13-15]。

1 工程概况

某新建高速铁路深路堑(DK91+770～DK92+070段)位于丘陵斜坡地带。线路中心最大挖深约22.57 m，路堑边坡最大高度约28.40 m。工点范围分布断层、褶皱构造破碎带，主要由断层角砾、断层泥组成，成分不均匀，工程性质差且分布极不规律。

场地地层自上而下主要有上更新统坡洪积粉质黏土、碎石土，古元古界断层角砾岩、长石石英岩及片麻岩。

场地位于暖温带亚湿润气候区，年平均降水量为667.4 mm，年平均降水日数为75.1 d，地下水为基岩裂隙水，本次开挖未揭露地下水。

2 综合地质核查方法

2.1 初步踏勘

该段线路走向86°，岩层产状89°∠35°。通过现场踏勘，该段路堑主要不良地质有构造破碎带和全风化黄绿色片麻岩软弱层。

(1)DK91+800～DK91+830、DK91+850～DK91+900段发育断层破碎带，岩土体主要表现为松散的黄褐色、红褐色、棕红色断层泥、断层角砾混合夹杂在坚硬的强-弱风化长石石英岩中，断层走向与线路方向近垂直，基底有断层穿过，两侧边坡表层有剥落、滑塌现象(见图1)。

图1 DK91+870右侧断层破碎带

(2)DK91+930～DK91+990段发育褶皱破碎带，褶皱轴面与线路方向近垂直，西侧翼产状100°∠30°，东侧翼产状240°∠30°，基底为弱风化长石石英岩与断层泥相间分布。

(3)DK91+990～DK92+040段发育黄绿色全风化片麻岩，主要为黄绿色，手搓有黏质感，承载力低，表层有剥落、滑塌现象(见图2)。

图2 K92+001右侧全风化片麻岩

2.2 现场调查

(1)基底调查

应查清基底两侧构造破碎带、软弱层边界，每处破碎带设置线路左右侧共4个分界点，测量其里程偏移量，可圈出破碎带基底分布范围，并进行编号。

(2)边坡调查

找出边坡上构造破碎带或软弱层分布边界拐点，测量其坐标、高程数据，记录拐点与区域对应关系，并对区域进行地质描述，对路堑边坡进行初步稳定性评价。编制观测点描述单(见表1)。

2.3 动力触探试验

对基底部分呈排状进行动力触探试验，查看实测地基承载力，结合现场调查，判断软弱层分界位置。

表1 观测点描述单

2.4 补充钻探

根据现场调查、动力触探试验结果，分析构造破碎带分布情况，结合既有勘察资料，布置网格状勘探孔30个，分别位于左中线偏左2 m、偏右8 m对称位置。对断层泥、断层角砾、黄褐色片麻岩，黄绿色片麻岩取膨胀样分析。结合路基基底调查结果，绘制左中线偏左2 m、偏右8 m两个断面(见图3、图4)。

图3 深路堑破碎带偏左2 m断面

图4 深路堑破碎带偏右8 m断面

图5 工程地质平面及边坡正面展示

3 地质核查结果

根据边坡调查观测点里程及高程，将边坡上不良地质区域放入边坡正面图，与平面及断面一一对应，形成工程地质平面及边坡正面展示(见图5)。

(1)构造破碎带

本段路基分布构造破碎带，主要为褶皱破碎带和断层破碎带，其中,断层破碎带主要表现为断层泥、断层角砾。断层破碎带呈黄褐色、红褐色、棕红色，断层泥呈土状，硬塑状态，矿物成分以黏土矿物为主，局部夹长石石英岩角砾碎石，成分不均匀；断层角砾呈碎块状夹砂土状，角砾成分以长石、石英岩为主。断层破碎带基本承载力为150～200 kPa。

(2)物理力学性质

根据土工化验报告成果分析，断层泥岩性为黏性土，具有高含水量、大孔隙比、高压缩性及低强度特征；根据膨胀性化验成果分析，断层泥自由膨胀率为49%～99%，蒙脱石含量为15.71%～38.12%，阳离子交换量为174.08～341.34 mmol/kg，综合分析具有弱-中等膨胀性，局部为强膨胀性，遇水易软化、吸水膨胀。

地质核查阶段，对断层破碎带进行了动探测试及标贯测试，原位测试统计数据见表2。

表2 原位测试统计

测试结果表明，断层泥承载力低，与周围强风化岩工程性质差异较大。该段落断层破碎带因含砾石成分差异，动探数据离散性大，断层破碎带与周围岩层存在软硬不均现象。

(3)膨胀性岩土

工点范围分布片麻岩，黄绿色为主，少量黄褐色、灰黄色，全-强风化，根据全风化层片麻岩膨胀性化验成果，黄绿色片麻岩自由膨胀率为50%，蒙脱石含量为49.05%，阳离子交换量为406.6 mmol/kg，具强膨胀性；黄褐色片麻岩自由膨胀率为13%～17%，蒙脱石含量为19.67%～23.24%，阳离子交换量为332.67～342.71 mmol/kg，具有中等膨胀性。受构造破碎带影响，该段岩石产状变化剧烈，节理裂隙很发育，局部褶皱与断层构造复合，岩体地质结构更加复杂。加之变质作用及风化不均作用影响，路堑边坡坡体地质结构复杂，呈现显著不均性特征。构造破碎带、黄绿色片麻岩工程性质差，局部边坡稳定性较差。

4 路堑边坡危险性评价

4.1 危险性影响因子

根据对该段路堑边坡调查情况，将其分为8个段落，按左右两侧边坡区分，共16部分(见表3)。

表3 路堑边坡分区描述

路堑边坡危险性由多种影响因子及其影响程度综合确定，根据该段落路堑边坡具体情况，为适应配合施工阶段快速评价机制，选取5个主要影响因子，分别为岩土类型、结构面类型、边坡高度、边坡坡率、降雨，影响因子危险性分析如下。

(1)岩土类型S1研究区岩土类型有强风化片麻岩、强风化长石石英岩、断层角砾、断层泥、黄绿色全风化片麻岩，其中，断层角砾、断层泥承载力低、具有中等膨胀性，黄绿色全风化片麻岩具有强膨胀性，不良岩体易遇水崩解，不利于边坡稳定，所以岩土类型与边坡危险性密切相关。

(2)结构面类型S2结构面类型主要由结构面与坡面相对位置关系决定，顺层边坡不利于边坡稳定。

(3)边坡高度S3指路堑边坡的垂直高度，高度越高，边坡危险性越大。

(4)边坡坡率S4边坡坡率越大，越不利于边坡稳定。

(5)降雨S5大气降水会加速膨胀性岩土结构破坏。

将路堑边坡危险性分为5个等级，见表4，根据相关规范和岩质边坡类似工程经验，将影响因子进行量化，并对其危险性指数进行赋值，见表5。

表4 路堑边坡危险性分级标准

表5 路堑边坡危险性影响因子指标量化

4.2 层次分析法确定指标权重

根据影响因子两两相对重要程度，采用Stanty的标度法(见表6)，得到判断矩阵(见表7)。

表6 Stanty的标度法

表7 影响因子重要程度判定

判断矩阵满足一致性检验，得到权重向量w=[0.355，0.177，0.142，0.089，0.237]T。

4.3 路堑边坡危险性评价

根据各影响因子危险性指数与相应权重，得到不同评价区域综合危险性指数Pi，即

(1)

评价结果见表8。

表8 路堑边坡危险性评价结果

根据地质核查结果，区域F1(DK91+930～DK91+990左侧)边坡位于褶皱破碎带，岩土体为断层角砾、黄绿色全风化片麻岩，混夹强风化长石石英岩，岩体结构复杂，完整性差，岩土体基本承载力为200～300 kPa，具有中等-强膨胀性。褶皱结构面与坡面夹角约20°，为顺层边坡，坡高最高处为28 m，整体评价危险性等级高。

通过综合评价，DK91+930～DK91+990段左侧边坡为危险；DK91+800～DK91+830、DK91+850～DK91+930段两侧边坡，DK91+930～DK91+990段右侧边坡、DK91+990～DK92+040段两侧边坡为较危险；DK91+770～DK91+800段左侧边坡，DK91+830～DK91+850段两侧边坡为一般危险；其他段落两侧边坡为较安全。

4.4 原设计方案危险性分析

根据施工图资料，DK91+863～DK92+027段左侧路堑边坡、DK91+863～DK91+985段右侧路堑边坡采用现浇C35钢筋混凝土锚杆框架，锚杆采用直径32 mm HRB400螺纹钢，锚杆长10.0 m，堑脚采用桩板墙支护，锚固桩桩长为16.0 m，桩间距6.0 m，其余段落路基堑脚设重力式挡土墙。路堑两侧设置C25钢筋混凝土矩形侧沟，间隔50 m设置集水井。

采取路基边坡防护措施后，一般危险区域A1、C1、C2段边坡坡高3～12 m，坡面为强风化片麻岩、长石石英岩，结构面与坡面近乎垂直，设置重力式挡土墙后边坡为较安全；较危险区域D1、D2、E1、E2、F2、G1段边坡坡高12～28 m，坡面为断层破碎带，结构面与坡面近乎垂直，坡面设置锚杆框架，堑脚采用桩板墙支护后边坡为较安全。较危险区域B1、B2、G2段边坡坡高6～18 m，坡面为断层破碎带、黄绿色全风化片麻岩，结构面与坡面近垂直，设置重力式挡土墙后边坡为一般危险；危险区域F1段边坡坡高22～28 m，坡面为断层破碎带夹黄绿色全风化片麻岩，为顺层边坡，坡面设置锚杆框架，堑脚采用桩板墙支护后，边坡为一般危险。

4.5 边坡处理措施

较危险区域B1、B2(DK91+800～DK91+830两侧)边坡坡高6～9 m，坡面为断层破碎带，建议在设置挡土墙基础上再进行放坡；较危险区域G2(DK91+990～DK92+040右侧)边坡坡高15～18 m，坡面为黄绿色全风化片麻岩，建议坡面设置锚杆框架，堑脚改为桩板墙防护；危险区域F1(DK91+930～DK91+990左侧)边坡坡高22～28 m，坡面为断层破碎带夹黄绿色全风化片麻岩，结构面与坡面顺层，建议增加锚杆杆长、增加桩板墙锚固桩桩长并减小桩间距。

综上所述，建议在原设计基础上，DK91+800～DK91+830两侧边坡应适当放坡，“锚杆框架+桩板墙”支护段落里程范围调整为DK91+850～DK92+040两侧边坡，其中，DK91+930～DK91+990左侧边坡应采取增加锚杆杆长、桩板墙锚固桩桩长及减小桩间距等措施。

5 结论

(1)高速铁路构造破碎带深路堑地区地质核查宜采用踏勘、调查取样、动力触探、钻探等综合勘察技术，对路堑基底与边坡进行综合分析，制作工程地质平面及边坡正面展示，可提高路基横断面填绘准确性。

(2)根据综合勘察结果，采用层次分析法，将路堑边坡危险性分为4个等级：危险、较危险、一般危险、较安全。评价结果显示DK91+930～DK91+990左侧边坡为危险段，评价结果与实际情况吻合。

(3)根据危险性评价结果，在原设计方案基础上，提出放坡、调整“锚杆框架+桩板墙”支护里程段落和增加锚杆杆长等措施，可有效规避地质风险。