泥巖質(zhì)山體高大支擋結(jié)構(gòu)病害防治
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摘要：泥巖屬于中等膨脹土，鐵路既有線路塹地段泥巖質(zhì)山體多采用漿砌片石擋土墻支護(hù)，坡面土體受自然因素影響，易發(fā)生膨脹擠壞支擋結(jié)構(gòu)，山體垮塌將嚴(yán)重危及既有線行車安全。本文主要介紹了泥巖質(zhì)山體高大支擋結(jié)構(gòu)的病害成因及其防治措施。
關(guān)鍵詞：泥巖；支擋；防治
2014年5月，我段設(shè)備檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)蘭新線下行K37+280左側(cè)路塹地段，橫向距線路道床坡腳1.6m處，高10m坡比1:0.25的一級(jí)漿砌片石擋墻出現(xiàn)剪出外鼓，上部片石脫落，二、三級(jí)漿砌片石擋墻出現(xiàn)鼓脹開裂，局部砂漿勾縫脫落，山頂出現(xiàn)明顯的裂縫，相鄰兩處山脊都處在蠕動(dòng)變形階段，嚴(yán)重危及既有線行車安全。險(xiǎn)情發(fā)生后，我段立即組織人力、機(jī)械對(duì)坡面進(jìn)行了卸載和臨時(shí)加固處理。隨后邀請(qǐng)科研院校專家共同對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了查勘，分析了病害成因，采取了綜合防治措施。經(jīng)過(guò)一年多的觀察，山體坡面和支擋結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，此處病害得到了徹底整治，確保了行車安全。
1工程地質(zhì)條件
1.1氣候氣象
該地區(qū)屬中溫帶大陸性氣候，最低氣溫-16.8℃，最高氣溫39.8℃，年降水量328mm。山體植被不發(fā)育，半坡為荒地，少有矮小植物生長(zhǎng)，坡腳平地處為黃河水提灌水澆地，多為農(nóng)作物生長(zhǎng)。
1.2地形地貌
蘭新線下行該段線路橫跨黃河后沿著黃河階地和坡體山腳接觸帶分布，總體地勢(shì)西高東低，海拔1600～1700m之間，具有深切谷坡地貌，剝蝕切割作用強(qiáng)烈，沖溝發(fā)育，多呈“V”字型。
1.3地層巖性
路塹地段山體坡面上覆0.2～3m厚棕黃色的第四系全新統(tǒng)沖積成因砂質(zhì)黃土（Q4al）和磚紅色夾灰色坡洪積卵石土（Q4dl+pl），下伏8～10m厚棕紅色、膨脹性白堊系泥巖，該泥巖自由膨脹率為58%～78%，屬于中等膨脹土。1.4地質(zhì)構(gòu)造該地區(qū)邊坡泥巖土層傾角16°～20°，無(wú)明顯斷裂等大型地質(zhì)構(gòu)造，但新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。原設(shè)計(jì)資料顯示，該地區(qū)地震活動(dòng)劇烈，地震峰值加速度為0.2g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度Ⅷ度。經(jīng)地表調(diào)繪，巖層產(chǎn)伏狀NE60°～70°/SE16°～20°,巖石較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。根據(jù)場(chǎng)地基巖露頭測(cè)量統(tǒng)計(jì)，巖體陡傾角節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育節(jié)理有三組：NW55°～70°/NE80°～90°、NW10°～20°/NEW77°～84°和NE20°/90°、NE16°/SE40°。
2山體坡面病害特征及變形原因分析
2.1山體坡面病害特征
蘭新線下行K37+227～K37+277左側(cè)路塹邊坡高約30m，坡腳設(shè)計(jì)抗滑擋墻（高10m，坡比1:0.25），二級(jí)坡面采用護(hù)面墻（高5m，坡比1:0.75），坡頂設(shè)置截水溝，同時(shí)后緣鋪設(shè)防水布?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沿截水溝邊墻出現(xiàn)長(zhǎng)度15m、寬度0.5～1cm的張開裂縫，坡腳擋墻中部可見(jiàn)稍微鼓脹變形，其坡頂處可見(jiàn)清晰滑面，該處山體邊坡處于蠕動(dòng)變形階段。蘭新線下行K37+277～K37+283左側(cè)路塹邊坡高約20m，坡腳設(shè)計(jì)擋墻（高10m，坡比1:0.25）,其上部分別采用四級(jí)護(hù)面墻，坡頂設(shè)置截水溝?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，截水溝內(nèi)側(cè)出現(xiàn)大量0.5～5cm寬張開裂縫，并圍繞頂部護(hù)面墻延伸，呈圓弧狀，裂縫長(zhǎng)20m，坡腳擋墻中部可見(jiàn)明顯脫落掉塊和鼓脹跡象，其頂部可見(jiàn)破損變形，該處山體邊坡處于蠕動(dòng)變形階段。蘭新線下行K37+283～K37+348左側(cè)路塹邊坡高30m，坡腳設(shè)計(jì)擋墻（高10m，坡比1:0.25）,二級(jí)、三級(jí)坡面采用護(hù)面墻（高6～10m，坡比1:0.75），坡頂設(shè)置截水溝?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一級(jí)擋墻5m高處出現(xiàn)明顯的剪出鼓脹帶，砂漿勾縫脫落掉塊。裂縫沿?fù)鯄χ胁垦由?，長(zhǎng)約25m。坡面頂部截水溝后緣3～5m處發(fā)現(xiàn)明顯的1～2cm寬張開裂縫，呈弧形狀由山脊左側(cè)延伸至右側(cè)，長(zhǎng)約25m。該處山體邊坡處于蠕動(dòng)變形階段，嚴(yán)重危及行車安全。
2.2邊坡病害成因分析
開挖山脊坡腳形成的路塹高陡邊坡在經(jīng)歷卸載、地震和降雨下滲等不利條件影響之后，坡面巖土強(qiáng)度逐漸降低，風(fēng)化層持續(xù)加深，最終出現(xiàn)沿著風(fēng)化界線發(fā)生滑動(dòng)變形。坡頂后緣張開裂縫清晰，坡腳擋墻出現(xiàn)明顯的鼓脹開裂，坡體出現(xiàn)滑移變形跡象，主要成因有以下三點(diǎn)：一是特殊巖土性質(zhì)是邊坡滑移的基礎(chǔ)。首先，該段山體為順傾層狀產(chǎn)出白堊系泥巖，泥巖傾角16～20°，傾向路塹，成為邊坡變形的控制因素。其次，泥巖本體強(qiáng)度差，中風(fēng)化埋深約8～10m，巖體陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化巖體破碎松散，造成坡體強(qiáng)風(fēng)化層自穩(wěn)性差。再次，該地區(qū)泥巖屬于中等膨脹土，雨水下滲，泥巖膨脹，擠壞支擋結(jié)構(gòu)護(hù)面，出現(xiàn)裂縫和鼓脹開裂變形，最終發(fā)生邊坡滑移變形。二是自然因素影響。2014年5月份該地區(qū)持續(xù)降雨，伴隨地表水沿張開裂隙面的不斷下滲，軟化泥巖，降低了巖體的力學(xué)性質(zhì)，巖體容易沿軟弱面或風(fēng)化強(qiáng)度界線發(fā)生滑動(dòng)變形。三是人類活動(dòng)因素影響。鐵路線自山坡前部以深挖路塹的形式通過(guò)，已挖方邊坡高達(dá)25～30m，形成新的高陡臨空面，受重力作用，在暴雨、地震及長(zhǎng)期應(yīng)力等不利因素影響下，坡體穩(wěn)定性逐步降低，最終發(fā)生邊坡滑移變形。
3綜合治理措施
根據(jù)地勘報(bào)告定性該處路塹邊坡處于蠕動(dòng)變形階段，為確保既有線行車安全，應(yīng)立即采取刷方減載措施以穩(wěn)定塹坡變形。但由于該處邊坡為泥巖，刷方存在極大困難。因此綜合考慮對(duì)一級(jí)坡面采用鋼軌樁支擋，二、三級(jí)坡面拆除既有漿砌片石護(hù)面，采用錨桿框架支護(hù)，最后重新布設(shè)地表排水系統(tǒng)，以利坡面排水。具體實(shí)施方案為：
3.1一級(jí)平臺(tái)設(shè)施微型鋼軌樁支擋
在蘭新線下行K37+270～K37+330左側(cè)路塹一級(jí)平臺(tái)設(shè)置3排微型鋼軌樁，樁孔間距和排距均為1.5m，鋼軌樁成孔直徑300mm，內(nèi)置1根60kg/m鋼軌，壓注1:1水泥砂漿，水灰比為1:0.4。
3.2坡腳一級(jí)坡面砼擋墻支護(hù)
拆除蘭新線下行K37+270～K37+320左側(cè)一級(jí)鼓脹漿砌片石擋墻，重新澆筑C20砼擋土墻，頂寬0.6m，胸坡1:0.4，背坡1:0.35，基礎(chǔ)埋設(shè)1.4m，基底設(shè)置0.2:1的反坡。
3.3二、三級(jí)坡面錨桿框架支護(hù)
拆除二級(jí)坡面漿砌片石護(hù)面墻，采用錨桿框架支護(hù)。錨桿采用Φ25mm螺紋鋼，長(zhǎng)度自下而上依次為12m、12m、9m，水平和垂直間距均為3m，傾角25°，錨桿端部設(shè)置Ⅱ型框架?？蚣芙孛婢鶠?.3m×0.3m，嵌入坡面10cm，現(xiàn)澆C25鋼筋砼。拆除三級(jí)坡面漿砌片石護(hù)面墻，采用錨桿框架支護(hù)。錨桿采用Φ25mm螺紋鋼，長(zhǎng)度自下而上依次為6m、6m、6m、6m，水平和垂直間距均為3m，傾角25°，錨桿端部設(shè)置Ⅰ型框架?？蚣芙孛婢鶠?.3m×0.3m，嵌入坡面10cm，現(xiàn)澆C25鋼筋砼。3.4重新布設(shè)坡面截水溝在一、二級(jí)平臺(tái)分別設(shè)置截面為0.4m×0.4m的C20砼截水溝，將坡面匯水引排至兩側(cè)吊溝。3.5封閉一、二級(jí)平臺(tái)面在一、二級(jí)平臺(tái)現(xiàn)澆厚度為10cm的C20砼封閉平臺(tái)面，橫向排水坡為4％，以利坡面排水。
4施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
4.1安全措施
施工前期為了提高作業(yè)效率，采用了大型挖掘機(jī)對(duì)坡面刷方減載。但未考慮到干燥狀態(tài)時(shí)泥巖的堅(jiān)硬和易破碎性，山體坡面刷方過(guò)程中經(jīng)常有不可控的石塊滾落坡腳，刷方減載前需在一級(jí)平臺(tái)增設(shè)可靠的攔阻網(wǎng)，以防止石塊滾落碰撞列車。
4.2技術(shù)措施
鋼軌微型樁成孔直徑只有300mm，施工過(guò)程中采用廢舊60kg/m鋼軌。在吊裝過(guò)程中，由于部分鋼軌疲勞彎曲，很難順利入孔，遇到卡阻需調(diào)整時(shí)，不利于吊裝作業(yè)安全。建議在今后的施工設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用50kg/m鋼軌或同等強(qiáng)度鋼材。4.3預(yù)防措施由于施工過(guò)程中拆除既有護(hù)面墻和平臺(tái)面后，泥巖完全裸露，遇降雨地表水順裂隙下滲，加劇不穩(wěn)定坡體變形。應(yīng)充分準(zhǔn)備坡面防雨隔水材料，遇降雨停止施工，提前做好坡面防護(hù)，并安排人員24h不間斷看守。
作者：郭銳 單位：蘭州鐵路局蘭州西工務(wù)段