泥巖質山體高大支擋結構病害防治

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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山體多采用漿砌片石擋土墻支護，坡面土體受自然因素影響，易發生膨脹擠壞支擋結構，山體垮塌將嚴重危及既有線行車安全。本文主要介紹了泥巖質山體高大支擋結構的病害成因及其防治措施。

關鍵詞：泥巖；支擋；防治

2014年5月，我段設備檢查時發現蘭新線下行K37+280左側路塹地段，橫向距線路道床坡腳1.6m處，高10m坡比1:0.25的一級漿砌片石擋墻出現剪出外鼓，上部片石脫落，二、三級漿砌片石擋墻出現鼓脹開裂，局部砂漿勾縫脫落，山頂出現明顯的裂縫，相鄰兩處山脊都處在蠕動變形階段，嚴重危及既有線行車安全。險情發生后，我段立即組織人力、機械對坡面進行了卸載和臨時加固處理。隨后邀請科研院校專家共同對現場進行了查勘，分析了病害成因，采取了綜合防治措施。經過一年多的觀察，山體坡面和支擋結構趨于穩定，此處病害得到了徹底整治，確保了行車安全。

1工程地質條件

1.1氣候氣象

該地區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。山體植被不發育，半坡為荒地，少有矮小植物生長，坡腳平地處為黃河水提灌水澆地，多為農作物生長。

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，剝蝕切割作用強烈，沖溝發育，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沖積成因砂質黃土（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地質構造該地區邊坡泥巖土層傾角16°～20°，無明顯斷裂等大型地質構造，但新構造運動強烈。原設計資料顯示，該地區地震活動劇烈，地震峰值加速度為0.2g，對應地震基本烈度Ⅷ度。經地表調繪，巖層產伏狀NE60°～70°/SE16°～20°,巖石較破碎，節理裂隙發育。根據場地基巖露頭測量統計，巖體陡傾角節理裂隙較發育，主要發育節理有三組：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左側路塹邊坡高約30m，坡腳設計抗滑擋墻（高10m，坡比1:0.25），二級坡面采用護面墻（高5m，坡比1:0.75），坡頂設置截水溝，同時后緣鋪設防水布。現場調查發現，沿截水溝邊墻出現長度15m、寬度0.5～1cm的張開裂縫，坡腳擋墻中部可見稍微鼓脹變形，其坡頂處可見清晰滑面，該處山體邊坡處于蠕動變形階段。蘭新線下行K37+277～K37+283左側路塹邊坡高約20m，坡腳設計擋墻（高10m，坡比1:0.25）,其上部分別采用四級護面墻，坡頂設置截水溝。現場調查發現，截水溝內側出現大量0.5～5cm寬張開裂縫，并圍繞頂部護面墻延伸，呈圓弧狀，裂縫長20m，坡腳擋墻中部可見明顯脫落掉塊和鼓脹跡象，其頂部可見破損變形，該處山體邊坡處于蠕動變形階段。蘭新線下行K37+283～K37+348左側路塹邊坡高30m，坡腳設計擋墻（高10m，坡比1:0.25）,二級、三級坡面采用護面墻（高6～10m，坡比1:0.75），坡頂設置截水溝。現場調查發現，一級擋墻5m高處出現明顯的剪出鼓脹帶，砂漿勾縫脫落掉塊。裂縫沿擋墻中部延伸，長約25m。坡面頂部截水溝后緣3～5m處發現明顯的1～2cm寬張開裂縫，呈弧形狀由山脊左側延伸至右側，長約25m。該處山體邊坡處于蠕動變形階段，嚴重危及行車安全。

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歷卸載、地震和降雨下滲等不利條件影響之后，坡面巖土強度逐漸降低，風化層持續加深，最終出現沿著風化界線發生滑動變形。坡頂后緣張開裂縫清晰，坡腳擋墻出現明顯的鼓脹開裂，坡體出現滑移變形跡象，主要成因有以下三點：一是特殊巖土性質是邊坡滑移的基礎。首先，該段山體為順傾層狀產出白堊系泥巖，泥巖傾角16～20°，傾向路塹，成為邊坡變形的控制因素。其次，泥巖本體強度差，中風化埋深約8～10m，巖體陡傾角節理裂隙發育，強風化巖體破碎松散，造成坡體強風化層自穩性差。再次，該地區泥巖屬于中等膨脹土，雨水下滲，泥巖膨脹，擠壞支擋結構護面，出現裂縫和鼓脹開裂變形，最終發生邊坡滑移變形。二是自然因素影響。2014年5月份該地區持續降雨，伴隨地表水沿張開裂隙面的不斷下滲，軟化泥巖，降低了巖體的力學性質，巖體容易沿軟弱面或風化強度界線發生滑動變形。三是人類活動因素影響。鐵路線自山坡前部以深挖路塹的形式通過，已挖方邊坡高達25～30m，形成新的高陡臨空面，受重力作用，在暴雨、地震及長期應力等不利因素影響下，坡體穩定性逐步降低，最終發生邊坡滑移變形。

3綜合治理措施

根據地勘報告定性該處路塹邊坡處于蠕動變形階段，為確保既有線行車安全，應立即采取刷方減載措施以穩定塹坡變形。但由于該處邊坡為泥巖，刷方存在極大困難。因此綜合考慮對一級坡面采用鋼軌樁支擋，二、三級坡面拆除既有漿砌片石護面，采用錨桿框架支護，最后重新布設地表排水系統，以利坡面排水。具體實施方案為：

3.1一級平臺設施微型鋼軌樁支擋

在蘭新線下行K37+270～K37+330左側路塹一級平臺設置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坡腳一級坡面砼擋墻支護

拆除蘭新線下行K37+270～K37+320左側一級鼓脹漿砌片石擋墻，重新澆筑C20砼擋土墻，頂寬0.6m，胸坡1:0.4，背坡1:0.35，基礎埋設1.4m，基底設置0.2:1的反坡。

3.3二、三級坡面錨桿框架支護

拆除二級坡面漿砌片石護面墻，采用錨桿框架支護。錨桿采用Φ25mm螺紋鋼，長度自下而上依次為12m、12m、9m，水平和垂直間距均為3m，傾角25°，錨桿端部設置Ⅱ型框架。框架截面均為0.3m×0.3m，嵌入坡面10cm，現澆C25鋼筋砼。拆除三級坡面漿砌片石護面墻，采用錨桿框架支護。錨桿采用Φ25mm螺紋鋼，長度自下而上依次為6m、6m、6m、6m，水平和垂直間距均為3m，傾角25°，錨桿端部設置Ⅰ型框架。框架截面均為0.3m×0.3m，嵌入坡面10cm，現澆C25鋼筋砼。3.4重新布設坡面截水溝在一、二級平臺分別設置截面為0.4m×0.4m的C20砼截水溝，將坡面匯水引排至兩側吊溝。3.5封閉一、二級平臺面在一、二級平臺現澆厚度為10cm的C20砼封閉平臺面，橫向排水坡為4％，以利坡面排水。

4施工經驗教訓

4.1安全措施

施工前期為了提高作業效率，采用了大型挖掘機對坡面刷方減載。但未考慮到干燥狀態時泥巖的堅硬和易破碎性，山體坡面刷方過程中經常有不可控的石塊滾落坡腳，刷方減載前需在一級平臺增設可靠的攔阻網，以防止石塊滾落碰撞列車。

4.2技術措施

鋼軌微型樁成孔直徑只有300mm，施工過程中采用廢舊60kg/m鋼軌。在吊裝過程中，由于部分鋼軌疲勞彎曲，很難順利入孔，遇到卡阻需調整時，不利于吊裝作業安全。建議在今后的施工設計過程中，采用50kg/m鋼軌或同等強度鋼材。4.3預防措施由于施工過程中拆除既有護面墻和平臺面后，泥巖完全裸露，遇降雨地表水順裂隙下滲，加劇不穩定坡體變形。應充分準備坡面防雨隔水材料，遇降雨停止施工，提前做好坡面防護，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段