钙质页岩路堑边坡顺层滑坡分析与防治

代云山

(中铁第四勘察设计院集团有限公司, 武汉　430063)



钙质页岩路堑边坡顺层滑坡分析与防治

代云山

(中铁第四勘察设计院集团有限公司, 武汉430063)

摘要：合福铁路某区段钙质页岩边坡顺层滑坡,经过对顺层滑坡工点钙质页岩地貌、构造、岩性、风化、水文特征及施工影响等方面的综合分析,得出滑坡形成原因,并据此对其采用综合防治措施。通过施工后长期的变形监测及季节考验,该区段边坡稳定,处理效果良好。特殊地貌构造产出的钙质页岩,易产生岩层断裂及顺层滑动,施工时需分级刷坡支护,坡脚支挡结构应分段开挖施工。

关键词：铁路路堑；钙质页岩边坡；顺层滑坡；防治

1工程概述

1.1工程概况

合福铁路某区段位于DK272+350～DK275+370，分布的路基工点类型主要为路堑边坡支挡防护工程，区段内线位走向239°。图1为区段内的3个代表性路堑边坡防护工点。

1.2工程地质

图1　工点分布平面示意

地形地貌：区域内为剥蚀丘陵及丘间谷地区，自然坡度30°～45°，植被发育，山脊及沟谷呈北西-南东走向。

地层岩性：区域涉及地层主要为奥陶系下统印渚埠组(O1y)钙质页岩，具体为：(1)O1y钙质页岩全风化，灰黄色，风化呈土状，层厚0～5.5 m，σ0=200 kPa；(2)O1y钙质页岩强风化，灰绿色、灰黄色，节理发育，岩体破碎，层厚6～18 m，σ0=350 kPa；(3)O1y钙质页岩弱风化，灰色，节理较发育，σ0=500 kPa。

水文地质：区域内地表水系发育，沟谷中多分布地表径流，沿沟谷向东南向排泄；地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水，不发育。环境水受降雨影响变化明显，无化学及氯盐侵蚀性。

物理地质：区域内地震动峰值加速度<0.05g，动反应谱特征周期为0.35 s。

不良地质：区域内岩层产状131°～141°∠31°～45°，视倾角20°～41°，线路右侧路堑边坡顺层[1]。

1.3工程措施

区段内路基工点设计类型主要为顺层深路堑边坡支挡防护工点，路堑边坡多分一至三级设置。支挡防护措施主要为C30混凝土重力式路堑挡墙、承压板预应力锚索、框架梁预应力锚索、框架梁锚杆；边坡加固措施主要是在顶级边坡土层比例较大的时候采用C25混凝土拱形截水骨架护坡加固；绿色防护只要是立体植被网固土植草+栽种灌木、基材植生等。

2顺层滑坡

2.1滑坡类型分析

段落内路堑边坡均已刷坡完成，局部进行了边坡支挡防护(承压板锚索或框架梁锚杆)，在边坡挡墙基础开挖过程中，岩体尚未进行支护部分由中间断裂，顺其层面滑下[2]，因此，该滑坡类型应为顺层工程滑坡[3]。

2.2滑坡特征介绍

(1)滑坡均在已完成刷坡，边坡历经雨水天气，大部分挡墙基础已开挖完成的情况下发生。(2)滑坡滑面均为岩层层面。(3)滑坡层岩体已加固部分稳定，未加固部分垂直岩层面断裂后沿层面下滑；未加固防护边坡则有整体岩层下滑。(4)滑坡在强、弱风化岩层均有发生，视倾角在20°～41°。

图2以区段内某工点为例，揭示了滑坡断面特征，该边坡共分为3级，第三级边坡设计为C25混凝土拱形截水骨架+立体植被网固土植草+栽种灌木防护，已完成刷坡，加固防护尚未施做；第二级边坡设计为承压板锚索+基材植生，基材植生尚未施做；第一级边坡只完成了刷坡，支挡防护尚未施做。在开挖挡墙基础过程中，第一级边坡岩体由边坡平台上部(第二级边坡最低一排锚索承压板底部)断裂，沿岩体层面顺层滑坡。

图2　滑坡断面

2.3滑坡原因分析

2.3.1地貌构造特征

该区域山脊沟谷走向具备明显的定向排列特征，及北西-南东走向，该方向与岩层的走向近垂直，自然边坡与岩层的倾向非常相近，岩层的倾向与节理倾向相反，节理深切岩层(图3)。此为岩层横向断裂的首要条件，该地貌构造特征是内力地质作用与外力地质作用综合作用的结果。

图3　地貌构造特征示意

2.3.2岩性风化特征

钙质页岩属沉积岩类，是在静水环境中，泥沙及鳞片状的黏土矿物等沉积，经压力及热力作用形成的岩石。

钙质页岩主要矿物成分有黏土矿物占50%，碳酸钙约占20%，石英细粉砂占10%，另有长石、云母等碎屑矿物及氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁等自生矿物。矿物颗粒微小易碎，容易形成明显的层理。

该岩石呈含微晶及粉砂微纹层的泥～微细鳞片结构，页理化构造。

该岩石的普氏硬度系数为2.5，弱风化岩饱和抗压强度为13～20 MPa，属软质岩[4]。

钙质页岩，由于其矿物组成及独特的结构构造形式，使得该岩石极易产生风化、软化、断裂等现象。此为岩石断裂的本质条件。

2.3.3水文影响特征

该区段边坡刷坡后未能及时施工，遭遇了连续的强降雨冲刷，由于岩体节理发育，刷坡后岩体节理裸露于表面，有利于对地表降水的吸收下渗，形成基岩裂隙水。该裂隙水由坡面吸收，通过了岩石裂隙及层理结构面由坡脚裂隙排泄，形成了排泄通道，通过其对岩体的软化及水压力作用[5，6]，减弱了岩层层间结合条件，此为岩层滑动的促进条件。

2.3.4现场施工影响

顺层滑坡岩层坡面尚未进行支挡防护，坡脚进行通长段落挡墙基础开挖，致使边坡岩层临空失稳，顺层滑坡，此为岩层滑动的诱发条件。

2.3.5顺层滑坡原因分析

经以上滑坡形成条件综合分析：内因，该滑坡岩体所处的独特地貌构造特征，使岩体易产生薄弱层面，不利于边坡稳定；该滑坡岩体性状软弱，其矿物组成及独特的结构构造形式，使得该岩石极易产生风化、软化、断裂等现象。外因，连续强降雨冲刷渗漏，加速了岩体的风化、软化进程，岩层间浸润饱水恶化减弱了岩层层间结合条件[7，8]，在坡面没有任何支护的情况下，坡脚长段落开挖致使岩层临空过大进而失稳，顺层滑坡。因此，该滑坡并非是简单的顺层工程滑坡，它是由内、外因共同作用下形成的，对它进行分析并提出防治措施，对测区内其他同类型工点及时进行防范治理，可以大大减少此类工程事故的发生，避免工程浪费及人员安全事故的发生。

2.3.6顺层层面设计参数

其反算层面设计参数：γ=22 kN/m3，C=6 kPa，φ=15°。

3防治措施

经分析研究，边坡岩体是在多因素影响下沿薄弱层面顺层滑坡破坏，治理措施首当卸荷减载，并采用锚索等支挡措施增强薄弱层面的抗剪性能[9]。 因此，对于测区内钙质页岩顺层岩体边坡防护工点，采取了卸载刷坡、支挡工程、加固及绿色防护、顺通排水等综合防治措施。

3.1卸载刷坡

相关路基边坡进行分级刷坡，设置为台阶式边坡，单级边坡高度不得大于8.0 m，边坡坡率(1∶1.5)～(1∶2)(在视觉美观的条件下或顺层刷坡)，坡率角度不得大于边坡岩体岩层倾角。每级边坡间设置边坡平台，平台宽2 m，坡脚挡墙墙顶设置5.0 m宽平台[10]。

3.2支挡工程

3.2.1路堑挡墙

边坡坡脚即路基侧沟平台外侧设置C30混凝土重力式路堑挡墙进行支挡，挡墙坡(1∶0.25)～(1∶0.30)，墙背设置反滤层，墙身侧沟以上范围设置泄水孔[11]。施工时当分段开挖施工，每段长度不大于10 m。

3.2.2承压板锚索

鉴于钙质页岩顺层边坡岩体易断裂现象，该类边坡不易纵向开槽设置框架梁，遂采用承压板锚索结构进行支挡。锚索角度考虑岩层产状设置，一般15°～20°，长度13～15 m。承压板采用C35钢筋混凝土，承压板尺寸1.0 m×1.0 m或1.5 m×1.5 m。

3.3加固及绿色防护

对于路堑最顶级边坡，在其高度不高且土质占主

要比例的，采用C25混凝土拱形截水骨架+立体植被网固土植草+栽种灌木防护。其他的岩质边坡采用基材植生绿色防护[12]。

3.4排水工程

边坡堑顶外不小于5.0 m处设置天沟，边坡每级平台设置纵向截水沟，并于天沟连通，坡面纵向每隔10 m设置横向排水槽，并于平台截水沟连通。坡面地表水将沿天沟排至坡外自然排水系统或排至路堑侧沟排水系统，保障其排水规则畅通，谨防其下渗影响岩体稳定。如图4所示。

图4　边坡支挡防护正面示意

4结语

区段内钙质页岩顺层岩质路堑边坡支挡防护工程已完成施工，经历了长时间变形监测及季节降雨等考验，边坡稳定，未发现任何异常迹象。

特殊地貌构造规律产出的钙质页岩，多存在薄弱层面，其顺层路堑边坡，经历长时间裸露及连续雨水冲刷、渗漏、侵蚀后，易产生断裂顺层滑坡，设计中当依据每个工点的岩性、构造、风化特征及地下水情况等因素，有针对性地进行支挡防护。顺层边坡施工当中一定要注意施工工序工艺，需由上到下分级开挖刷坡，分级支挡防护，开挖一级防护一级。坡脚挡墙等支挡结构需分段开挖支护，开挖一段支护一段，每段长度不大于10 m，以免长段开挖造成边坡顺层岩体临空面过大而失稳滑坡。

参考文献：

[1]中铁第四勘察设计院集团有限公司. 合福路-130～合福路-140工程地质勘察报告[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2010.

[2]中铁第四勘察设计院集团有限公司.合福施(路)-130右侧边坡顺层滑坡现状调查[R].武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司，2012.

[3]中华人民共和国铁道部.TB10012—2007铁路工程地质勘察规范[S].北京:中国铁道出版社，2007.

[4]铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社，1999.

[5]刘军，秦四清，张倬元.缓倾角岩层岩体失稳的尖点突变模型研究[J].岩土工程学报，2011(1):42-44.

[6]杨艳娜，许模.边坡失稳段路基的排水系统设计[J].长安大学学报，2003(3):43-46.

[7]刘府生.某铁路斜坡软弱土层路堑的设计对策[J].铁道标准设计，2013(9):26-28.

[8]赵晋乾.降水入渗对边坡稳定性的影响研究[J].铁道标准设计，2011(5)：19-21.

[9]杨延毅.加锚层状岩体的变性破坏过程与加固效果分析模型[J].岩石力学与工程学报，1994(4)：309-317.

[10]孙宏伟.铁路路堑高边坡稳定性分析和设计方案优化[J].铁道标准设计，2012(1):26-29.

[11]中华人民共和国铁道部.TB10025—2006铁路路基支挡结构设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2006.

[12]中华人民共和国铁道部.TB10621—2009高速铁路设计规范[S].北京:中国铁道出版社，2009.

Analysis and Control of Landslide of Calcareous Shale Cutting SlopeDai Yun-shan

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China)

Abstract：In view of the landslide of one section of calcareous shale slope on HeFu Railway, a comprehensive analysis is conducted to root its causes in perspective of the landform, structural, lithologic, weathering, and hydrological conditions, and corresponding measures are taken. The long term observation of deformation shows that this section after construction is stabile and the treatment is effective. The calcareous shale in special geological area is likely to generate bedding slide and rock fracture, and the calcareous shale bedding slope should be graded with necessary support during construction, the slope retaining structure should be excavated in sections.

Key words：Railway cutting; Calcareous shale slope; Bedding landslide; Control

中图分类号：U213.1+3

文献标识码：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.02.012

文章编号：1004-2954(2015)02-0049-03

作者简介：代云山(1981—)，男，工程师，2005年毕业于中国地质大学(武汉)工程学院岩土工程专业，工程硕士， E-mail：64702180@qq.com。

收稿日期：2014-05-05； 修回日期：2014-06-20