垂直节理发育红层软岩路堑边坡工程病害分析

唐立明

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

红层软岩在我国四川、重庆、广西、贵州等地广泛分布，我国红层软岩主要指中生代以来即侏罗系、三叠系、白垩系和新生代古近系的河流相、湖相、河湖交替相或是山麓洪积相等陆相碎屑岩，多以夹层互层出现，外表颜色为红色。

由于地质年龄相对较轻，经历的地壳变动相对较少，褶皱不剧烈，产状平缓，其岩性主要是砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质泥岩、粘土岩或泥质页岩等，岩相变化大，并含透镜状或薄层状多孔疏松砂岩，都不同程度地发育有层间剪切带，还常见有诸如石膏等易溶岩类，与老地层相比，成岩作用差，有的呈半胶结状，强度较低。

红层软岩的岩体力学特性[1-6]，主要体现在以下两个方面：(1)红层软岩多由泥质岩类和砂岩类互层组成，软硬层间具有较大的差异性。泥质岩类工程性质较差，表现为强度低，亲水性强、透水性弱，遇水易风化、易软化、易崩解等特点，并具有一定的膨胀性。(2)红层软岩中节理和层面通常较为发育，尤其是层间结合差、软弱夹层发育且具有显著的蠕变性。在基岩裂隙水长期软化作用下，其泥化夹层力学性质较差，物理力学参数指标较低。

工程建设中出现过大量的红层软岩路堑边坡病害[7-8]，大多为红层软岩顺层边坡，但也有水平岩层，工程中垂直节理裂隙发育的红层软岩路堑病害十分典型，拟结合具体工程病害，提出垂直节理裂隙发育的红层软岩路堑设计与施工对策，以指导工程实践。

1 红层软岩工程病害(案例一)

1.1 工程概况

某铁路路堑工程，地势东高西低，起伏较小，左侧边坡上覆粉质黏土，硬塑状，下伏基岩为泥岩夹砂岩，岩层产状为N10°W/2°SW，陡倾节理裂隙发育。路堑中心挖深11.8 m，边坡最大高度14.7 m，为2级路堑边坡；设计采用分级放坡、分级加固防护，左侧一般坡率1∶1.0～1∶1.25，坡面采用空窗式护墙、人字型截水骨架护坡防护；边坡平台处设置平台截水沟，堑顶外设计天沟，如图1所示。

图1 施工图代表性横断面示意图

1.2 施工及病害情况

病害发生前天沟部分铺砌，部分天沟已开挖、未铺砌；路堑开挖至路基面附近，一部分完成左侧二级边坡人字形截水骨架和一级边坡空窗式护墙；另一部分只完成一级边坡空窗式护墙，二级人字形截水骨架未施工。

2011年3月以来连续暴雨(日降雨量达166.3 mm)，路堑滑坡分段产生且不断发展，边坡变形可分为3个阶段：(1)局部土层坍滑；(2)坍滑规模扩大，连成一片；(3)下伏岩层发生滑移，与土层坍滑体形成牵引式工程滑坡。最终形成沿线路长度390 m，开裂最远处距离左线70 m、滑体厚度15 m的工程滑坡。滑坡范围裂缝遍布，最宽裂缝达到0.5 m，最大错台达到5 m，左侧路堑边坡工程病害，如图2所示。

图2 左侧路堑边坡工程病害图

1.3 病害整治情况

(1)受力计算

滑坡主轴垂直于线路纵向，计算采用路基断面为准，滑面采用稳定安全系数K=0.95反算综合φ，计算稳定安全系数K=1.25时的滑坡出口推力。

(2)工程措施

①临时应急措施：平顺坡面，夯实坡面裂缝，避免地表水继续下渗；开挖临时截水天沟，减小地表水的影响；变形体坡脚设置回填反压土，避免滑坡进一步发展。

②永久工程措施：线路左侧于一级边坡中部平台处设置路堑桩板墙，桩间距6.0 m，桩长13～23 m；桩板墙墙顶边坡设置人字型截水骨架护坡，桩板墙前第一级边坡采用锚杆框架梁护坡加固。

路堑边坡整治代表性断面,如图3所示。

图3 病害整治代表性断面示意图

2 红层软岩工程病害(案例二)

2.1 工程概况

某铁路YHDIIK 190+000红层软岩工点，基岩为侏罗系上统遂宁组(J3s)紫红色泥岩夹泥质砂岩，岩层倾角平缓，陡倾节理较发育，附近出露基岩产状：N20°W/5°S，主要节理产状：N50°W/90°、N45°E/90°。

路基以挖方通过，右侧边坡最大挖深约18 m，坡脚设置重力式路堑挡土墙，最大墙高4.0 m，墙顶边坡10 m一级，边坡率为1∶1，坡面采用喷混植生防护，施工图设计代表性断面，如图4所示。

图4 施工图设计代表性断面示意图

2.2 施工及病害情况

本段路堑于2006年4月2日开挖， 2006年8月15日开挖结束；2006年11月5日挡土墙浇注完毕，2006年12月18日天沟施作完毕，2007年2月5日喷混植生施工结束，施工过程中未发现边坡异常现象。路堑侧沟未施工，临时排水措施未实施。

2007年7月2日-12日连续降雨后，7月14日发现本段堑顶附近出现约5 cm宽裂缝，挡土墙也出现轻微移动及裂纹，2007年7月16日天降暴雨，16：00点左右坡面出现大范围滑坡。滑坡轴线与线路近正交，沿线路方向长约120 m，轴向宽约70 m，呈半椭圆型。挡墙断裂，天沟错断，堑坡鼓胀。滑体后壁错台高约3 m，路堑基床隆起约3 m，挡墙外移0.65 m，挡墙顶面抬高0.7 m，路堑挡土墙后未见砂夹卵石反滤层。滑体裂缝断续延伸，裂缝宽约0.2～0.5 m，目测深约0.5～2.0 m。滑坡堆积体厚度5～24 m，其成份主要为块石土，中后部滑面倾角40°～50°。

2.3 病害整治情况

(1)受力计算

滑坡主轴垂直于线路纵向，计算采用路基断面为准，滑面采用稳定安全系数K=0.95反算综合φ，计算稳定安全系数K=1.25时的滑坡出口推力。

(2)工程措施

该工程滑坡采用桩板墙加固，桩间距5.5 m，桩长8.5～19.0 m，挡土板背后满铺一层复合排水网+0.3 m厚碎石反滤层；桩板墙墙顶边坡采用人字型截水骨架内灌草护坡防护，边坡率1∶2，且每隔12 m于主骨架下设一道支撑渗沟。路堑边坡整治代表性断面，如图5所示。

图5 病害整治代表性断面示意图

3 工程病害原因及对策分析

(1)经分析此类红层软岩易发生工程病害的原因主要有以下几个方面：

①软岩垂直节理裂隙极发育，岩体较破碎，路堑开挖后形成临空面，节理裂隙变大，大爆破施工更加重了裂隙的张开程度。

②边坡开挖多采用大拉槽施工，未严格按照设计要求的分级开挖分级防护，多为开挖至路基面以后再进行边坡防护施工，并存在未防护边坡放置过长的现象，未及时形成坡面防水体系。

③开挖病害边坡均遇连续强暴雨，垂直张开节理裂隙极易造成雨水入渗，雨水入渗节理裂隙后，软化岩体，岩体强度急剧降低，重度增大。

(2)针对病害发生原因，提出垂直节理发育的红层软岩工程对策如下：

①工程施工中距离路堑坡面2～3 m范围岩体宜采用机械开挖或采用小爆破施工，减小对岩体的振动，施工严格执行“分级开挖分级防护”，禁止大拉槽施工。

②完善临时和永久排水系统，坡面防护采用易形成防排水功能的防护措施，如喷混植生、空心砖客土植草等措施，不宜在雨季进行边坡开挖和防护施工。

③宜在路堑坡脚设置预加固桩措施，宜采用框架锚杆对边坡坡面进行加固防护。

4 结论

红层软岩在我国广泛分布，其成岩时间短，力学性质较差，具有强度低、亲水性强、遇水易软化、易崩解等特点，极易产生工程病害。针对垂直节理发育的红层典型软岩，通过具体工程病害分析，得出以下主要结论：

(1)垂直节理裂隙发育的红层软岩，路堑开挖后形成临空面，节理裂隙变大，大爆破施工更加重了裂隙的张开程度，距离路堑坡面2～3 m范围岩体宜采用机械开挖或采用小爆破施工。

(2)严禁边坡采用大拉槽施工，严格执行“分级开挖分级防护”，不宜在雨季进行边坡开挖和防护施工。

(3)完善临时和永久排水系统，坡面防护采用易形成防排水功能的防护措施，宜在路堑坡脚设置预加固桩措施、坡面采用框架锚杆加固防护措施。