山區高等級公路高邊坡穩定防治

[摘要]山區高等級公路高邊坡是施工中常見的現象,只有科學設計,根據高邊坡具有的特點選擇精心的施工方法,才能避免因高邊坡不穩定給工程帶來的各種危害。

[關鍵詞]山區公路高邊坡設計防危害施工

中圖分類號:TU1文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0820079-01

一、前言

隨著山區高等級公路建設的迅速發展,路線等級高,路面寬,開挖量大,出現了大量高邊坡、也發生了高邊坡變形和破壞。即增加了投資,又延誤了工期,也為行車埋下了安全隱患,為工程投資也產生了巨大浪費。

高邊坡一般認為巖質邊坡高于301n,土質邊坡高于20m即為高邊坡。通過多年施工總結經驗認為治理高邊坡首先應以“治早治小,一次根治,不留后患”的經驗,其次應以“陡峻山坡切忌剝山坡,深長路塹重視排水和加固”原則。第三隧道橋梁兩端防止產生高邊坡應以“守里勿外,早進、晚出。”根據以上經驗和原則,應從設計、施工等幾方面綜合考慮、詳細摸清地質條件,完善設計,合理施工,達到高邊坡穩定的目的。

二、高邊坡工程的設計原則

1.高邊坡工程的設計要有詳細的地質資料

要有預測性、動態性,對施工程序和方法要提出嚴格要求。

2.路塹高邊坡設計要遵循的原則

極限狀態設計原則,荷載效應原則、綜合治理原則。

3.高邊坡變形破壞要準確分類

如是山體變形,坡體變形、邊坡變形、坡面變形、最終產生是坍塌、崩塌、滑坡、傾倒、錯落。要把山體變形分清,產生的后果判斷準確,確定的施工方案實用,才能達到最終目的。

4.高邊坡變形破壞的主要防治方法

應采用合理,經濟,安全。主要方法有:預應力錨索、錨桿、抗滑樁、噴錨砼、擋墻、邊坡防護工程等。

三、高邊坡地段發生病害變形種類

首先要分析開挖體處的山體是否存在老病體,開挖是否造成老病體復活。路基通過老病體的不同部位,病體產生變形的特點和性質也不同。無論開挖邊坡高度多大,邊坡的變形破壞都是必然的。斜坡有發生變形的地形和地質條件,自然狀態下處于穩定成極限平衡狀態,高邊坡開挖后發生變形,有的施工期間發生,有的開挖后一兩年發生,主要發生類型坍塌、崩塌、滑坡、錯落、傾倒等。

(一)坍塌

是出現最多的變形類型。是設計的坡形和坡率過了巖石體所能保持的穩定角。在自然風蝕干濕循環和強降雨的作用下,或因開挖后地F水滲透條件改變,坡腳或滲水處巖土被軟化,強度降低而引起上部邊坡失穩。在一個邊坡范圍內一般先出現多個局部坍塌,而后逐漸擴大形成一個或數個大型坍塌,條件適宜時,坍塌可能引起坡體的整體滑動。

(二)朋塌

風化破碎的高陡邊坡,由于一組或多組結構面組合,將巖體切割成大小不等的塊體形結構面陡于邊坡率,常在結構面與邊坡面結合部首先產生破壞;后部巖體在自重作用下脫離母巖,失去支撐的前提下崩落、倒塌、翻滾、和剪切下錯的變形破壞現象。受結構面和臨空面的控制,可發生沿“V”字形節理面崩塌,硬巖下伏軟巖的傾倒式崩塌,以及沿順傾層面或構造面的滑動式崩塌,多數為局部邊坡變形。

(三)滑坡

邊坡中存在傾向臨空的緩傾、軟弱帶,由于開挖路塹使斜坡下部失去支撐,在重力作用下,該軟弱帶的剪應力大于其抗剪強度時,上覆巖土體整體地沿軟弱帶或帶整體產生下滑的現象。巖土體軟弱面發生滑動,在高邊坡變形中,滑坡體數量多,規模大,危害嚴重,治理費用高。發生最多的堆積層沿基巖,頂面滑動的堆積土滑坡,順傾巖層的順層滑坡,以及斷層破碎巖面滑坡。有時特殊巖土分布有粘土滑坡,黃土滑坡等。

(四)傾倒

陡傾的薄層狀巖層,在開挖或溝谷下切卸荷過程中,邊坡內應力場發生變化面,導致坡體松弛,坡體沿結構面產生剪切位移,向臨空面緩慢變形的現象,在高邊坡開挖快速卸荷和失去傾向支撐下,巖層向臨空面發生傾倒而破壞。

(五)錯落

陡傾斜坡地段,坡體中發育一組陡傾的結構面,以下臥一層一定厚度的軟弱破碎帶,形成基層式坡體結構,該軟弱破碎帶緩傾,傾角一般大于20°,順傾斜角度更小,當軟弱在地面下水浸潤作用下,抗壓強度降低,或當坡體前緣遭受人工開挖,河流淘蝕,致使軟弱帶面積減小,而上覆巖體重量又不變的情況,導致軟弱產生,壓縮變形,坡體變形特點是巖體沿陡傾結構面下錯、張開、巖體以垂直位移為主,水平位移為輔,這樣的變形以錯落體為后壁,軟弱帶為錯落帶,錯落是坡體中巖體自下而上調整內力的過程。

四、高邊坡路段的施工方法及原則

高邊坡地段的施工,要認真研究吃透設計意圖,認真分析地質條件,制定出嚴格的施工工序,使之可行后方可進行施工。高邊坡的加固措施和工程類型取決于以下幾個方面;第一,取決于對地質條件的掌握程度,對高邊坡可能的變形性質、類型和規模認知的正確性;第二,要充分掌握各種工程措施的適用條件;第三,高邊坡病害的治理一般采用綜合治理的措施,要充分考慮多種工程措施的有機結合和合理配置;第四,要充分考慮施工水平、施工工序和施工周期,選擇最佳的工程措施以滿足最大限度減小高邊坡大變形的產生。高邊坡加固工程主要有:擋土墻、抗滑樁、錨桿、褂網噴錨、預應力錨索等支撐錨固結構,防止高邊坡的變形。

(一)擋土墻

擋土墻是巖土工程中廣泛采用的主要加固支擋工程結構,采用庫侖土壓力理論,當墻體向外變形墻面土體達到主動土壓力狀態時,主動土壓滑動面為平面并按滑動土楔的極限平衡條件求算主動土的壓力。擋土墻分為重力式和衡重式兩種。重力式擋土墻適用于一般地區,浸水地區,地震地區的邊坡支擋,地基承載力較復雜時應適當控制墻高;衡重式主要用于地面橫坡較陡的路肩墻壁路堤墻,也可用于攔擋落石的路塹墻。

(二)抗滑樁

抗滑樁是一種抗滑加固:工程結構,抗滑樁及預應力錨索抗滑樁,與鋼筋混凝土擋板,樁間擋墻,土釘墻等相結合,但成復合結構大量使用在路塹邊坡的坡腳預加固工程。抗滑樁有:普通抗滑樁、預應力錨索抗滑樁,板式抗滑樁、橫梁抗滑樁等。

(三)錨桿褂網噴錨

為了保證多級開挖后的邊坡穩定性,根據巖石的風化程度,節理發育情況,依靠錨桿,鋼筋網和噴射砼,共同負荷來穩定邊坡巖體的結構強度和抗變形,所采取錨桿褂網,噴錨用以保護邊坡。

五、高邊坡路塹大開挖控制施工技術

山區高等級公路要完全避開不良地質地段是不可能的,完全采用高橋、長隧避免高邊坡也不合理。這些地段由于地質構造作用,巖層節理發育,風化嚴重,在邊坡開挖過程中,常難以保持邊坡自身的穩定而出現坍滑。目前機械化施工程度的提高,邊坡開挖速度加快,但后續支擋防護工序間隔大,邊坡開挖后暴露時間長,邊坡的臨時穩定受到各種因素影響,問題更為突出。通過近年宋的工程實踐,高邊坡的設計及施工必須遵守“分層開挖、分層穩定、坡腳預加固”的原則,保證高邊坡的邊坡坡腳穩定。

(一)高邊坡控制開挖推動預加固效果

為了正確使用預加固技術,首先要開挖影響區和松動區小的部位,高陡邊坡,為了減小開挖影響區,盡可能不擾動巖體,多采用預加固技術,即從上到下分挖,邊開挖,邊加固,每層開挖后設支擋防護結構,再開挖下層。

(二)高邊坡加固工程結構的組合方式

1.樁一錨結合治理高大邊坡。一般上部采用預應力錨索,下部采用抗滑樁,當施工到最后一段邊坡時,先把抗滑樁施工,再進行樁前路槽開挖,可預防大變形產生(陜西勉寧)。

2.錨一錨組合。即在坡腳處以擋墻、護面墻、進行防護,擋墻以路基坡面采用預應力錨索框架或長錨稈架加固(半虎線)。

3.樁一樁組合。當邊坡不高,滑體較重、滑坡推力較大,滑坡有可能從邊坡的“中腰”剪土時,一般采用。即由上而下,在滑坡體上布置兩排抗滑樁,上排抵擋后級滑坡推力,下排樁穩定前級滑坡(京承高速南山根段)。

(三)高邊坡設計施工應遵循的理念

高邊坡治理都應堅持“固腳強腰”的理念。所謂“固腳”就是在高邊坡治理中對高邊坡的坡腳進行加固處理。首先,坡腳是邊坡的應力集中區,由邊坡開挖,坡率變化等原因,坡腳產生應力區,開挖后地下水也向坡腳集中排泄,軟化坡腳巖土體。其次,對于軟硬巖層地段,特別是順層地段,出現上硬下軟時,由于軟硬巖在強度、應力、應變、抗風化等。各方面存在差異,往往坡腳處易出現由于壓力與剪切集中導致的破壞,從而危及整個坡體穩定。再次對順層地段,控制邊坡變形失穩的軟弱面,由于風化或構造等作用,常出現多層現象,邊坡開挖使得坡體內的隱裂面等進一步強升,結構面有隨時間逐漸向深部發展的趨勢。所謂“強腰”,在高邊坡病害點的邊坡高度較高時,組成坡體的巖體巖性存在較大差異,但差異隨時間變化不同步,反映在坡體變形上,即可能出現多級失穩破壞,因此高邊坡病害治理要考慮中部加強,對坡體應力進行調整。

作者簡介:

方寶君,男,本科學歷,1994年畢業于河北理工學院,工程師,1994年至今就職于豐寧滿族自治縣交通局。