广东省红层边坡病害机理及对策曾 帅，万军利，张玉芳，向润泽 (中国铁道科学研究院，北京 100081) 摘 要 系统地分析了广东省红层的工程特点、红层边坡岩体结构及破坏模式。通过典型工点剖析，得出红层边坡病害特点并提出相应防治对策。红层边坡设计时抗剪强度应偏保守取值并重视边坡排水。红层边坡破坏模式与岩体结构密切相关，降雨起重要作用。多次分段钢花管注浆作为一种新型边坡治理技术，可有效改善红层岩土工程性质，对此类边坡治理效果良好。 关键词 公路路基；防治技术；现场试验；红层边坡；岩体结构；钢花管注浆 红层是一种外观以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层，在中国有比较广泛的分布[1]。主要沉积时代为三叠纪、侏罗纪、白垩纪及第三纪，在我国西南地区、西北地区、中南及东南地区均有分布。 红层岩体在天然状态下较为完整、坚硬，强度较高，力学性能好，但遇水会在短时间内崩解软化，强度大幅度降低，成为软弱层，易造成边坡失稳[2]。红层遇水强度降低、易崩解的特点决定了红层的工程特性控制着边坡的稳定性。红层遇水泥化后，一方面结构破坏强度降低，另一方面在水和其他外力作用下易形成具有隔水作用的软弱夹层，堵塞地下水的渗流通道，造成孔隙水压力上升，有效强度降低。故红层边坡设计中应加强排水同时用发展的眼光选择抗剪强度。 对于红层的岩土工程特性，现阶段已经有大量研究。朱峰[3]对湘南红层滑带土直剪蠕变特性及长期强度进行了试验研究，构建了红层滑带土的蠕变模型及长期强度模型。谢蒙等[4]分析了广州白垩系红层岩石相关物理力学参数，提出了不同途径回归分析结果力学参数之间相对误差的计算理论和方法。周翠英等[5]选取粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等华南地区典型红层软岩为研究对象，通过饱水试验和软化临界现象研究，分析了水作用下软岩工程特性变异达到稳定的临界时刻。何珊儒等[6]根据多年从事岩土工程勘察和治理工作，分析了惠州地区红层岩体裂隙水特征并建立了软质岩类按线风化率进行岩体风化程度的宏观分带。张磊等[7]通过对华南地区典型的红层—粉砂质泥岩开展了浸水裂纹扩展试验与破裂机制研究，获得了红层软岩浸水裂纹扩展的规律，分析了软岩浸水后裂纹扩展的细观力学机制及其破裂全过程特点。 1 广东省红层特点及边坡岩体结构在一定的地质构造、岩性特征和气候与时间等因素的作用下，广东的红层都分布在白垩-第三纪的红色盆地中[8]。红层边坡岩体结构类型不同，其失稳破坏类型也不同。 程强[9]将红层软岩边坡划分为近水平红层软岩边坡岩体、倾斜红层软岩边坡岩体、断-褶破碎地层边坡岩体、堆积层-基岩的红层边坡岩体、风化损伤岩体-中风化岩体等5个大类，并给出各类岩体结构特征及失稳破坏模式。胡厚田[10]通过详细考虑红层边坡岩体的特征，根据红层边坡岩体结构状态，将红层边坡岩体结构划分为4类，并按红层边坡岩体的岩性组合特征、岩性产状与坡面产状的关系、结构面发育及与坡面关系、上覆堆积土的边坡岩体坡顶线形状和岩土组合特征细分为13小类。给出了各类边坡岩体结构的工程地质评价、破坏类型和工程建议。李传宝等[11]通过对边坡系统调查，结合岩土体介质特征，将“滇中红层”边坡岩体结构划分为硬质岩、软质岩、软硬岩互层和堆积层4类，建立了各类边坡岩体结构的变形破坏模式。肖尚德等[12]从运动方式和影响因素两个方面研究了恩施盆地红层边坡变形破坏模式。杨旭等[13]经过调查发现，华南地区主要存在巨厚层红层软岩、软硬互层及硬质岩体夹软弱夹层等岩体结构类型，其中，巨厚层红层软岩边坡由于软弱岩层较厚、孔隙裂隙发育，降雨引发的工程灾害十分突出。 2 典型工点剖析2.1 江门-肇庆高速公路右侧路堑边坡 2.1.1 工程概况 江肇高速公路K57+715—K57+837段右侧路堑边坡原设计为二级边坡，坡率1∶0.75～1∶1.0，分级坡高8 m，最大坡高17 m，一级坡采用浆砌片石护面墙+菱形骨架植草护坡，二级坡采用菱形骨架植草护坡。 2.1.2 工程地质条件 该工点地貌属丘陵区，坡面植被较发育，地面起伏较大，线路开挖从山体中部穿过。据地质钻探和现场地质调查，场区地层主要由第四系坡残积层、石炭系下统测水组泥质砂岩、泥灰岩组成。中部软弱夹层滑带岩性为石炭系下统测水组泥灰岩，黏聚力为15 kPa，内摩擦角为18°。 2.1.3 边坡病害 2012年6月22日，养护单位在巡查过程中发现该右侧路堑出现滑动；2012年6月26日现场调查时，最远一道滑动后缘位于标高85.0 m村道附近，裂缝宽约5 cm，长约20.0 m，距路基面高约25 m。 前缘剪出口位于坡脚边沟附近，挡墙鼓胀开裂，泄水孔多处渗水流泥。 2.1.4 原因分析 坡体内存在多层顺坡向软弱夹层(泥灰岩或泥岩风化物)，全风化物呈黏土状，软塑～硬塑，其受水后强度较低。连续强降雨期间，由于地表排水不畅地表水急剧下渗补给破碎岩土体，导致土体饱水后土压力增大抗滑力减小。该边坡的岩土结构类型属于顺坡层状边坡岩体结构，其破坏模式为沿层间软弱结构面的顺层滑动破坏。 2.1.5 整治工程措施 采用人工整顺坡面不平整段和锚索地梁加固。K57+804断面设置4排5φ15.2 mm锚索(见图1)，锚索设计长度均为30.0 m。  图1 江肇高速公路K57+804右侧边坡整治措施 2.2 江门-肇庆高速公路左侧路堑边坡 2.2.1 工程概况 江肇高速公路K57+630—K57+770段左侧路堤边坡原设计为三级边坡，为半填半挖地带，最大填方高度约19 m。坡率1∶1.5～1∶1.75,一～二级坡坡面采用植草防护，三级坡坡脚采用浆砌片石护脚。 2.2.2 工程地质条件 与江肇高速公路K57+700—K57+840右侧路堑边坡类似。 2.2.3 边坡病害 受2012年6月中旬连续强降雨的影响，该左侧路堤出现滑坡，最后一道后缘位于中央分隔带附近，滑坡前缘剪出口位于坡脚鱼塘内，滑坡体沿线路方向长约140 m，高约19 m，滑体厚约13 m。 自2012年9月3日以来，位于道路河侧人行道和中央分隔带靠河侧的两道后缘裂缝逐渐贯通，次一级裂缝逐渐发展。 2.2.4 原因分析 1)该高路堤为陡坡路堤：该路堤填筑于15°～26°的自然斜坡上，填筑体的最大高度约19 m。 2)坡体内存在顺坡向软弱夹层(泥灰岩风化物)：自然斜坡的岩土体主要为坡残积粉质黏土和全～强风化泥质砂岩夹泥灰岩，其岩层产状为190°∠21°，全风化物呈黏土状，软塑～硬塑，受水后其强度较低。 3)地下水和承压水的作用：在陡坡上填筑路基，堵塞了原有地下水的排泄通道，使基础中裂隙水遇到填土层阻碍并向下承压，水位不断升高。 4)坡脚常年泡水:坡脚鱼塘内常年积水，浸泡基底，使其强度不断降低，软化坡脚岩土体。 2.2.5 整治工程措施 采用刷方卸载和多次分段钢花管注浆加固，结合锚索框架的治理方案。K57+732左侧断面路肩设4排φ89 mm×4.0 mm竖向钢花管注浆(应急工程),一级坡设2排5φ15.2 mm预应力锚索框架+1排φ50×4.0 mm 斜向钢锚管框架加固，一级平台下部设4排φ89×4.0 mm竖向钢花管注浆(见图2)。  图2 江肇高速公路K57+732左侧边坡整治措施 3 防治对策1)红层遇水崩解，抗剪强度降低，易造成边坡失稳破坏。通常采用截排水沟及生态防护，红层边坡尽可能采用浆砌片石封闭措施。合理布置支撑盲沟和仰斜排水孔均为有效的排水手段。 2)多次分段钢花管注浆是一种新型的边坡加固技术，对红层岩土进行注浆加固，可以有效改善土体工程特性，增强水稳性，提高降雨条件下的边坡稳定性。 3)红层边坡岩土工程特性不佳，边坡设计中应采取保守的坡形坡率。对于对受结构面控制、滑动深度及范围大的红层边坡，可采取支挡措施，如抗滑挡墙和抗滑桩，同时辅以锚杆框架等措施以改善岩土体受力性状。 4 结论1)红层边坡遇水强度降低，易崩解，红层边坡设计时抗剪强度取值应偏保守并重视排水工作。 2)红层边坡破坏模式与岩体结构密切相关，降雨在边坡病害形成的过程中起关键重用。 3)多次分段钢花管注浆可以有效改善红层岩土的工程性质，提高水稳性，对该类型的病害治理效果良好。 参考文献 [1]李廷勇,王建力.中国的红岩及发育的地貌类型[J].四川师范大学学报(自然科学版),2002,25(4):427-431. 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Mechanism and Countermeasures of Red LayerSlope Defects in Guangdong ProvinceZENG Shuai,WAN Junli,ZHANG Yufang，XIANG Runze (China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China) Abstract The engineering features of red layer，the rock mass structure and failure modes of red layer slope in Guangdong province were analyzed systematically，the defect characteristics of red layer slope were concluded and the corresponding prevention countermeasures were presented through the analysis of typical sites in this paper.The shear strength should be conservative value and the slope drainage should be paid attention to during the red layer slope design.The failure modes of the red layer slope are closely related to the rock mass structure and rainfall plays an important role.As a new type of slope treatment technology，the multi-segmental perforated steel pipe grouting could effectively improve the engineering properties of red layers，which has a good treatment effect on this kind of slope. Key words Highway subgrade;Control technique;Field test;Red layer slope;Rock mass structure;Perforated steel pipe grouting 中图分类号 U213.1+58 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1995.2017.10.30 文章编号：1003-1995(2017)10-0113-04 收稿日期：2017-05-16； 修回日期：2017-07-13 作者简介：曾帅(1985— )，男，助理研究员，硕士。 E-mail:911679069@qq.com (责任审编 刘 莉)
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