高边坡稳定性分析与防治
李吉东
(铁道第二勘察设计院,成都 610031)
摘要:京珠高速公路粤境小塘至甘塘段20m 以上高度的煤系地层路堑边坡共计11处。岩层以全 强风化层为主,厚度20~40m,其物理力学性质大大降低,边坡可能发生平面破坏和圆弧破坏等2种破坏模式。部分地下水水质中SO 2-4含量大于200mg l,具有强烈的硫酸盐侵蚀性。边坡防治对策应在详细勘察工程地质、水文地质的基础上,合理选用设置山坡截水沟、平台截水沟、泄水洞、边坡渗沟、排水仰孔等防、排水措施,减少地表水渗入坡体,疏干边坡表层地下水。关键词:高速公路;煤系地层;高边坡;稳定性分析;防治
中图分类号:P2 2;TU457 文献标识码:A 文章编号:1000 3665(2003)05 0086 03
收稿日期:2002 12 23;修订日期:2003 03 27
作者简介:李吉东(1969 ),男,从事岩土工程勘察、设计、施工
和研究工作。
京珠高速公路粤境小塘至甘塘段地处粤北韶关地区,是京珠国道主干线的重要组成部分,全线总长109 93km,分A~J 共10个标段。高于20m 的路堑边
坡136处,多数为不稳定边坡,其中煤系地层路堑边坡共有11处,主要出现在J 标段。由于煤系地层工程地质条件较差,施工中多次发生边坡坍滑等灾害。本文在分析其地质环境的基础上,经过多次取样试验,选定了煤系地层的物理力学指标,分析了边坡稳定性,提出了煤系地层边坡施工对策,可供类似工程区施工借鉴。
1 区域地质环境
1 1 地形地貌
本区属丘陵剥蚀山坡地貌,地形相对高差30~50m,自然横坡较平缓,一般在15 ~25 ,坡面上植被发
育一般,冲沟较发育。1 2 地层结构
本区地层由石炭系、三叠系薄 中层状砂岩、泥岩夹炭质页岩、炭质灰岩和煤层、煤线构成,为一套滨海
泻湖及海陆交替环境形成的含煤建造(图1)[1]
。其基本特征是:灰黑 黑色,含炭质、泥质较多,粉砂质泥晶 泥质结构,薄层状、页理状构造。以全 强风化层为主,厚20~40m,煤层每层厚0 2~0 6m,质软,暴露地表风化速率极快,易崩解,多呈鳞片状,煤层厚度变化较大,分布无规律,常呈透镜状、藕节状或鸡窝状。风
化程度不均匀,岩性变化也较大,岩芯呈灰黑色亚粘土状 半岩半土状,遇水易软化,稍湿 湿,可塑 硬塑,局部软塑,为软弱夹层,含水量高,强度低。弱风化炭质、泥质灰岩呈灰黑色,岩芯多为块状、短柱状,岩质较硬,局部岩芯很破碎。
图1 煤系地层代表性断面示意图Fig.1 Sketch map o f the representative section
of coal measure strata
1 第四系亚粘土;
2 三叠系上统艮口组页岩、炭质页岩、粉砂质泥
岩夹煤层;3 石炭系下统测水组灰岩;4 潜在滑动面
1 3 水文地质条件
由于构造活动强烈,岩体破碎,裂隙发育,为地下
水的渗入和循环带来良好的条件,形成了地下裂隙水。经检测,地下水水质大多属HCO -3+SO 2-4-Ca
2+
+
Mg 2+
型(表1),部分水质中SO 2-4含量大于200mg l,具有强烈的硫酸盐侵蚀性,带来了地下水的溶蚀、腐蚀和软化泥岩等不良地质问题,按照国际预应力协会的标准[2]
,对钢筋混凝土有腐蚀性。1 4 工程地质条件
煤系地层岩性软,含有大量伊利石,具有干裂、吸
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表1 水质分析成果表
Table 1 Results of water quality analysis
试样
编号pH 值阴离子含量(mg l)
阳离子含量(mg l)HCO -3
SO 2-4Cl
-
Ca
2+
Mg
2+
Na ++K +
游离CO 2(mg l)侵蚀性
CO 2(mg l)16 9820 5268.732 8070 2813 06
30 315 1427 18203 14233 633 76135 2
13 8517 68037 95124 7260 669 3656 1710 6512 63047 8230 0313 012 3160
38 523 256 856 637 8194 04 3 621 242 231 8
67 5
100 7
9 60 028 1
3 6
1 6
7
6 99228 449 36
3 76
5715 4631 570
水性强、遇水膨胀软化,其结构易破坏而丧失强度等特点,在水和其它外营力作用下易形成软弱带,软弱带大都由煤系岩层和风化物构成,具隔水、含水和强度软弱
等特点。
2 物理力学指标
通过岩石试验得到的各种指标,结合长期工作经
验,特别是长达3年的现场配合施工,经过多个雨季对工程措施的反复考验,总结出煤系地层不同风化程度时的物理力学指标(表2)。
表2 采用的物理力学指标值(经验值)
Table 2 Adoption of physcial and m echanical parameters
地层岩性
风化程度 (kN m 3)C (kPa) ( ) !(kPa)备注
上三叠统
艮口组(T 3g )下石炭统测水组(C 1c )
粉砂岩、砂质岩及炭质泥岩夹煤层
粉砂岩、细砂岩及粉砂质泥岩夹煤线砂岩、泥岩夹煤层
W 4+319 0~20 0W 2 21 0~23 5W 4+319 5~20 5W 2 21 0~23 5W 4+320 0~20 5W 2
21 5~24 5
8~1520~22 ∀=35~4010~1522~24 ∀=40~4310~20
18~22
∀=41~43
150~200200~300200~250250~350200~250250~400
有地下水出露时,C 、 值还应降低
有地下水出露时,C 、 值还
应降低
3 稳定性分析
煤系地层路堑边坡可能发生的破坏模式有平面破坏和圆弧破坏。3 1 平面破坏
由于煤系地层岩质软,含水量高且遇水易崩解呈土或碎石状的特点,边坡开挖后抗剪强度迅速降低,煤层常成为边坡的软弱带,与下伏弱风化灰岩或砂岩之间形成一软硬接触面,在倾向线路的情况下,发生平面破坏。局部节理交线倾向线路且倾角大于边坡坡率时,有楔块滑动现象。如K44+425~+500工点右坡有2组节理(90 #32 、170 #50 ),其中一组90 #32 倾向线路,且倾角小于坡角,易发生顺层的平面滑动。两组节理的交线70 #32 易发生楔体滑动(图2)。3 2 圆弧破坏
当整个边坡的砂岩、页岩、煤层全风化呈土状,且厚度较大,边坡高、坡度陡时,在地下水或地表水作用下,应力集中在坡脚,坡脚土体强度不足被压溃,从而
使整个边坡发生圆弧破坏,滑体常有一定的旋转[2]
。
确定了可能发生的破坏模式后,并考虑所受的各种荷载(如重力、水作用、地震或爆破振动力等),选定适当的参数进行稳定性定量验算,作出包括开挖、支护费用在内的技术经济比较,然后从中选出最优的坡角、
坡形和加固防护措施。
图2 煤系地层破坏模式赤平投影分析图Fig.2 Stereographic projection o f failure mode
of coal measure strata
(节理1为90 #32 ;节理2为170 #50 ;右坡为78 #45 8 ,
KO 为楔块滑动方向;MO 为平面滑动方向)
4 防治对策
在对一系列煤系地层路堑高边坡工程地质灾害的认识、治理过程中(表3),总结出一套防治煤系地层路堑高边坡病害的经验:
(1)边坡台阶高度以6~8m 、平台宽度4m,坡率在1∃1 25~1∃1 75范围内为最佳。
(2)设置较强的锚固桩,使用锚索,煤系地层
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水文地质工程地质
全、强风化厚度大,难以提供理想的锚固力,因而锚固桩一般设置在坡脚一级平台内侧,达到%强腰固脚&的
目的。
表3 部分煤系地层路堑高边坡加固实例一览表
Table 3 The reinforcement cases of cutting high slope of some coal measure strata
里程边坡最大高度
(m)台阶高度(m)平台宽度(m)边坡坡率边坡加固措施
边坡防护措施K95+960~+068左侧20841∃1 5挡土墙、边坡渗沟
拱型骨架内植草护坡K99+420~+0左侧46,右侧3083~41∃1 25~1∃1 5锚固桩、锚索、边坡渗沟、排水仰孔护面墙、六棱砖植草防护K100+820~+980左侧3484~81∃1 5~1∃1 75
锚固桩、锚索、边坡渗沟、排水仰孔六棱砖植草防护K101+060~+325左侧32,右侧28
841∃1 25锚固桩、锚索、边坡渗沟、排水仰孔护面墙、六棱砖植草防护K103+400~+720左侧221∃1 5~1∃1 75挡土墙
六棱砖植草防护K107+620~+880
左侧30
8
3~4
1∃1 1~1∃1 5
挡土墙、锚固桩、微型桩、锚索、排水仰孔
六棱砖植草防护
(3)施工中应采取预加固方法先支后挖或随挖随支的原则。必须杜绝一挖到底的冒险做法。
(4)做好坡面浆砌片石护坡或护面墙全封闭防护工程,为了进一步绿化环境,适当的坡面可用六棱砖植草防护。另一方面设置山坡截水沟、平台截水沟、泄水洞、边坡渗沟、排水仰孔等防、排水措施,减少地表水渗入坡体的可能及疏干坡面地下水,使煤系地层边坡的变形破坏得到有效控制。
5 结语
煤系地层由于具有干裂、吸水性强、遇水膨胀软化、抗剪强度骤降而丧失强度、部分水质具有强烈的硫酸盐侵蚀性等特点,致使地层风化严重,强风化层及全
风化层可深达40m,因而对路堑高边坡的长期稳定极为不利;地层风化速度快,且岩性软弱,其力学指标较低,须合理选择综合性措施进行整治。长期监测资料显示,本区工程在经历多个雨季后,每个边坡监测点都是稳定的,说明综合整治效果明显。参考文献:
[1] 广东省地质矿产局七∋六地质大队区调分队.中华
人民共和国区域地质调查报告[R].广州:广东省地质矿产局七∋六地质大队,1986.
[2] (岩土工程手册)编写委员会.岩土工程手册[M].北
京:中国建筑工业出版社,1994.
Stability analysis and control of cutting high slopes in coal measure
strata along Xiaotang Gantang of Beijing Zhuhai expressway
LI Ji dong
(The Second Railways Survey &Design Institute ,Chengdu 610031,China )
Abstract :There are 11artificial slopes above 20m high in the coal measure strata along Xiaotang Gantang sec tion of Beijing Zhuhai expressway.The strata of slopes are all over strong weathered,20~40m in thickness,and are of lower physical mechanical strength.The slopes failures have two models:plane failure and curve failure.In some of the strata,SO 2-
4of groundwater that is strong corrosive is above 200mg l.Slopes control countermeasures,such as drainage ditches,terrace drainage ditches,flood discharge caves,discharge hole of elevation etc.,should be properly designed on the basis of hydrogeology and engineering geology investigation to decrease water infiltration and dewater shallo w ground water.
Key words :expressway;coal measure strata;high slope;stability analysis;c ontrol
编辑:张明霞
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