本文摘要：明洞施工完成且強度達到設計要求后，這篇 工程師論文 認為應及時在洞頂及洞身兩側(cè)進行回填反壓。葉舞高速自2012年通車以來，運營良好，抗滑明洞狀態(tài)良好，充分驗證了方案和設計的合理性�！� 高速鐵路技術(shù) 》期刊是由中國中鐵股份有限公司主管，中鐵二院工程
明洞施工完成且強度達到設計要求后，這篇工程師論文認為應及時在洞頂及洞身兩側(cè)進行回填反壓。葉舞高速自2012年通車以來，運營良好，抗滑明洞狀態(tài)良好，充分驗證了方案和設計的合理性�！�高速鐵路技術(shù)》期刊是由中國中鐵股份有限公司主管，中鐵二院工程集團有限責任公司主辦的國家級科技期刊。本刊于2009年10月已獲國家新聞出版總署批準， 2010年2月正式向國內(nèi)外公開發(fā)行。國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號：CN51—1730/U;國際標準連續(xù)出版物號：ISSN1674—8247，郵發(fā)代碼：62-124。
【摘要】對葉舞高速在施工中出現(xiàn)的滑坡，從地形地貌、地層巖性等多方面分析了原因，提出抗滑明洞、抗滑樁、覆土反壓等綜合處治措施，重點對抗滑明洞作了詳細設計，結(jié)合有限元分析的結(jié)果，對抗滑明洞的結(jié)構(gòu)及配筋作針對性的設計，經(jīng)后期運營檢測，處治方案效果良好。
【關(guān)鍵詞】滑坡;成因分析;抗滑明洞;數(shù)值模擬
1引言
河南省焦(作)桐(柏)高速公路是河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中的“6條南北縱線”中的一條，葉縣至舞鋼高速公路(以下簡稱葉舞高速公路)是焦(作)桐(柏)高速公路重要組成部分。葉舞高速公路北起平頂山市葉縣，接南京至洛陽高速公路，向南經(jīng)葉縣、舞鋼市，止于平頂山與駐馬店市界，全長50.043340km。該項目北與蘭(考)南(陽)高速公路、連霍高速相連,東與京港澳高速公路相通，南接規(guī)劃中的焦(作)桐(柏)高速公路泌陽段，進而連接在建的駐馬店至泌陽高速公路，并通過在建的泌陽至桐柏高速公路，至豫鄂省界與隨(州)岳(陽)高速公路相接。屆時將成為貫穿河南省南部的又一條快速通道，對加快區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展步伐，溝通平頂山與駐馬店、信陽以及湖北、安徽等相鄰省份的經(jīng)濟聯(lián)系，推動沿線資源開發(fā)利用具有重要意義。
2工程地質(zhì)概況
滑坡所處區(qū)域地形復雜，地貌類型多樣，主要為中山、低山及山間坡地，均屬構(gòu)造侵蝕地形，滑坡坡頂高程255.0m，滑坡坡腳開挖路塹標高約220.0m，高差較大�；聟^(qū)內(nèi)坡度較大，約17°～25°，斜坡上建有階梯狀的平臺排水渠�；聟^(qū)平面總體形狀呈扇形展布。通過地質(zhì)調(diào)繪及現(xiàn)場鉆探及挖探[1]，從上至下揭露地層描述如下。
1)粉質(zhì)黏土(Q2dl+pl)：褐黃色,硬塑,壓縮模量平均值15.80MPa，直剪試驗指標c=20～60kPa，φ=20.9°～33.3°，自由膨脹率26.8%～58.0%，厚度0～11.1m。
2)粉質(zhì)黏土夾碎石(Q2dl+pl)：棕黃色～淺紅褐色，該層以粉質(zhì)黏土為主,含碎石,角礫多,局部碎石、角礫聚集成堆，可見巨型塊石、漂石，含水量18.3%～25.2%，標貫擊數(shù)10～20擊，自由膨脹率33%～52%。厚度4.0～15.0m。物探結(jié)果表明，該層視電阻率值一般在10～25Ω/m，局部碎石富集部位視電阻率值偏高，瑞雷波波速一般為150～250m/s。
3)第三系泥巖：灰綠色,上部以全風化為主,呈土狀,全風化層厚度4.9～15.8m;下部強風化,以黏土礦物為主,節(jié)理、裂隙發(fā)育;裂隙面呈銹黃色狀,手捏易碎,遇水極易崩解軟化，產(chǎn)狀125°∠32°、131°∠20°;單軸抗壓強度0.4～20.94MPa,自由膨脹率30%～40%。該層分布不勻,場地內(nèi)厚度不等。視電阻率值一般在30Ω/m以上，但當破碎泥巖富水以后視電阻率會降低到20Ω/m以下，瑞雷波波速一般超過250m/s。
4)第三系泥巖:紫紅色,強風化,礦物成分以黏土礦物夾粉砂顆粒為主;各向節(jié)理發(fā)育,巖芯破碎,遇水易崩解;該層分布于灰綠色泥巖之下，埋深較大,部分鉆孔揭示，但未全部揭穿,揭露最大厚度6.0m。
3滑坡變形破壞與成因分析
該滑坡是在邊坡開挖后進行護坡施工時，發(fā)生連續(xù)強降雨，雨水沿土體表面裂隙下滲而引發(fā)的�；庐a(chǎn)生后，邊坡中上部出現(xiàn)錯臺裂縫，錯臺高度達2.5～5.5m，后緣出現(xiàn)拉裂縫，裂縫寬度9～12.0m;坡體表層出現(xiàn)了弧形的張拉裂縫，裂縫寬度0.2～12.5m，長度2～35m，深度7～16.0m，個別裂縫已深入至全風化泥巖中。從總體上來看，造成滑坡的成因主要有以下幾點。1)坡體結(jié)構(gòu)：坡體上覆粉質(zhì)黏土夾碎石組成滑體的主要成分，下伏泥巖相對密實隔水，是易形成滑坡面的地層;上部夾碎石粉質(zhì)黏土滲水，吸水膨脹變軟;下部泥巖相對隔水，在含碎石粉質(zhì)黏土與泥巖的相接面形成滑動面，使其具備了滑坡形成的物質(zhì)條件。2)連續(xù)強降雨，雨水下滲軟化具膨脹性的泥巖和黏土是滑坡產(chǎn)生的誘因。3)高邊坡開挖過程中，由于放炮及土方開挖等工程因素擾動邊坡土體，造成土體結(jié)構(gòu)松動，邊坡前緣形成高陡臨空面，邊坡土體發(fā)生應力重分布，是形成滑坡另一重重要因素[2]。
4滑坡處治措施
據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，現(xiàn)有滑坡土體仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，明洞施工期間，仍存在滑動的可能，為了確保明洞施工、運營期間安全，擬采用以下措施。4.1卸土減載選擇主滑動區(qū)域，并結(jié)合明洞施工段落順序，逐步卸載。卸載時，應從滑坡體的后緣向滑坡前緣逐層開挖，并設置3%~8%傾向于路基的斜坡，嚴禁開挖滑坡體的舌部，防止滑坡體繼續(xù)下滑。4.2抗滑樁支擋為了避免明洞施工期間滑坡體繼續(xù)下滑，確保施工安全，在明洞右側(cè)設置一排抗滑樁，明洞外壁與抗滑樁之間凈距4.0m，反壓回填完成后，抗滑樁將對明洞起永久性保護作用。
抗滑樁采用2.0m×1.5m矩形樁，樁間距3.0m，樁長18m，基坑底面以下錨固段長度10m，基坑底面以上懸臂長8m(含冠梁);根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料，經(jīng)計算，抗滑樁設計時，控制樁距的因素為錨固段地基土的側(cè)向容許應力，樁側(cè)土為全風化及強風化泥巖，特別是施工時雨水較大，滑坡后施工現(xiàn)場積水，單軸極限抗壓強度極低�？紤]到上述因素，矩形樁的設計與常用的設計斷面稍有差異，抗滑樁的寬度(2.0m)大于抗滑樁的高度(1.5m)。為了加強樁與樁之間的整體受力，在樁頂設置冠梁進行連接，每隔30m冠梁設置一道伸縮縫�？够瑯对O計采取不對稱配筋，鋼筋籠安裝時，應注意配筋位置，以防安裝錯誤。4.3抗滑明洞滑坡路段，明洞施工應從明洞的兩端向中間分段漸進式施工，嚴禁全段落一次性開挖，降低施工風險。一般一次施工段落長度為30m左右，待本段落施工完畢，并回填反壓后，再清除下一段的臨時回填反壓土方，進行下一段施工。
5抗滑明洞設計
5.1計算模型本次采用MIDAS/GTS隧道專用有限元分析軟件，基于地層—結(jié)構(gòu)法，以處治后的山體、抗滑明洞及回填土層形成的整體作為計算對象，計算分析邊坡處治后的應力、變形狀態(tài)。幾何模型水平向取5倍單洞寬度，仰拱底部取2倍明洞高度，洞頂回填土層按照實際厚度10m取值。為計算方便，簡化回填土層2%的橫坡，按無橫向坡度建立模型(見圖1)[5，6]。
5.2計算結(jié)果計算結(jié)果見圖2～圖4。
5.3計算結(jié)果分析由應力計算結(jié)果可以看出，明洞頂部回填完成后，左右洞外側(cè)墻均有明顯的應力集中現(xiàn)象，明洞結(jié)構(gòu)兩側(cè)拱肩及拱腳處應力集中也較為明顯。中隔墻處由于受到兩側(cè)明洞結(jié)構(gòu)傳遞的大小不等的軸向力，其受力較為復雜且不規(guī)律。由位移計算結(jié)果可以看出，明洞頂部回填完成后，由于邊坡下滑力得到有效的抵抗，水平位移值較小，僅以毫米計，豎向位移最大值發(fā)生在洞頂回填土部分，最大值為8.9471mm。根據(jù)應力及變形結(jié)果分析，可以看出，邊坡處治后整體變形不大，多表現(xiàn)為回填土層的沉降變形;由于10m的回填土層作為全荷載作用于明洞結(jié)構(gòu)，原坡面以上回填土部分局部存在淺層的下滑力，明洞結(jié)構(gòu)在側(cè)墻處、兩側(cè)拱肩處、兩側(cè)拱腳處產(chǎn)生了應力集中現(xiàn)象。鑒于此，應對明洞結(jié)構(gòu)的配筋及安全性進行計算。
5.4明洞結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)配筋及安全性計算，按照荷載-結(jié)構(gòu)法進行有限元數(shù)值計算，針對明洞結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵點，著重對結(jié)構(gòu)的彎矩、軸力、剪力、結(jié)構(gòu)配筋強度安全性進行計算分析。明洞主體結(jié)構(gòu)形式為連拱斷面。二次襯砌厚度80cm，采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);中間連拱部分采用整體式中隔墻，中隔墻厚度240cm、C35鋼筋混凝土;拱頂以上反壓回填值按10m厚度的土層計算。5.4.1計算結(jié)果分析通過計算結(jié)果可以得出：拱頂、拱腳及二襯與中隔墻連接的拱肩處受彎矩比較大，尤其是拱腳部位，最大彎矩達到342856N•m;拱肩和仰拱處受到的軸力比較大，尤其是拱肩部位,最大達到1230kN;拱腳受到的剪力最大，最大值為242282N(見圖5)。
5.4.2結(jié)構(gòu)配筋及裂縫驗算如圖6所示，由有限元模擬分析結(jié)果可知：右洞拱腳A1、仰拱B1、靠近中隔墻C1、拱頂D1、側(cè)墻E15個部位受力比較顯著;左洞拱腳A2、仰拱B2、靠近中隔墻C2、拱頂D2、側(cè)墻E2五個部位受力也比較顯著;兩洞受力整體呈對稱性分布，尤其是以右洞拱腳A1、靠近中隔墻C1，左洞拱腳A2、靠近中隔墻C2處受力最為不利，配筋應以受力最不利部位作為控制點，驗算抗彎、抗剪強度和是否滿足裂縫寬度要求(見表1、表2)。
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