水南高速公路某巖溶邊坡加固優(yōu)化研究

董貴春

邊坡治理一直是水利水電、交通、礦山、國防等工程建設中經(jīng)常遇到的問題。隨著我國大規(guī)模工程建設的進行,高山峽谷區(qū)的一系列重大工程涉及到大量高陡邊坡的變形、穩(wěn)定和治理問題。巖溶邊坡在南方巖溶發(fā)育地區(qū)修建高速公路時經(jīng)常遇到,很容易受到外界因素的影響而失穩(wěn),嚴重危脅著施工的安全及道路運營期間的安全。如果無法在建設過程中處理妥當,則會在公路運營期間留下潛在的危險。水南高速公路穿越廣西巖溶發(fā)育區(qū),在修建過程中遇到多處巖溶高邊坡,在修建過程中由于降雨及外界擾動等原因產(chǎn)生失穩(wěn)破壞,嚴重影響施工進度及施工安全,為保證公路建設中的安全和進度,對多處巖溶邊坡進行了加固處理,考慮施工過程中的經(jīng)濟性和可行性,巖溶邊坡的加固優(yōu)化研究就顯得尤為重要。本文結合水南高速重點巖溶邊坡(K133+180),對巖溶邊坡加固方案進行優(yōu)化研究,為相應的工程提供可以參考的處理措施。

1 工程概況

水南高速公路K133+180左邊坡山體存在一個古滑坡,由于深部接近路基邊緣處一段硅質巖風化程度較低,巖石條件較好,形成一個大型“抗滑樁”,將該滑坡一分為二,形成兩個剪出口。該滑坡是由于薄層、軟弱的硅質巖和頁巖沿陡傾的硅質灰?guī)r層面產(chǎn)生重力蠕滑潰缺形成的,具有多級底滑面。

2 K133+180左邊坡加固設計方案優(yōu)化分析

根據(jù)該邊坡開挖過程中破壞現(xiàn)象和破壞過程,并結合邊坡地質條件分析,提出兩種加固設計方案,主要對下部潛在主滑坡和未擾動的薄層硅質巖進行加固,同時對坡面進行防護、防排水處理。為優(yōu)化邊坡加固設計,利用數(shù)值分析軟件FLAC3D對兩種加固方案進行分析比較(數(shù)值模型見圖1),選擇最佳的加固方案進行施工,保證邊坡的穩(wěn)定。

該邊坡主要由硅質巖組成,其中夾雜著泥巖,巖土體物理力學性質見表1。

2.1 加固方案設計

1)格梁錨索加固方案。該方案把邊坡下部未擾動的薄層硅質巖部分作為古滑坡加固的持力層,通過打設系統(tǒng)長錨桿(L=6 m,間排距小于3 m),提高巖體的整體性和整體承載力。對存在于第二級、第三級邊坡的古滑坡體采用格梁錨索加固。每級邊坡布置兩排錨索(L=30 m,間距為 5 m),設計荷載60 t,鎖定荷載40 t。加固的結構單元主要是錨索、格梁和錨桿單元,它們的物理力學性質如表2所示。

表1 巖土體物理力學性質

表2 結構單元物理力學性質

2)抗滑樁和錨桿加固方案。該方案在第三級邊坡上布置一排鋼筋混凝土抗滑樁,截面形式為2 m×1.5 m矩形樁,樁長為15 m,中心間距為5 m;對第一級邊坡仍然打設系統(tǒng)長錨桿(L=6 m,間排距小于3 m),并在第二級邊坡下部,抗滑樁前沿打設3排錨桿(L=12 m,間排距小于3 m)。抗滑樁的力學性質見表3。

表3 抗滑樁力學性質

2.2 加固方案模擬分析

為比較兩種加固方案的效果,在未降雨時和降雨強度為100mm/d情況下,從邊坡的剪應變率和結構單元受力情況進行分析,對加固方案進行優(yōu)化。

1)格梁錨索加固方案。通過數(shù)值計算,降雨前后邊坡開挖的剪應變率及結構單元受力圖表明,邊坡在降雨前開挖后基本能保證穩(wěn)定,施加的錨索和格梁對邊坡的穩(wěn)定起到加固的作用效果,表示錨索在開挖后承受拉力,說明錨索對邊坡潛在的滑坡體起到加固的效果;當隨著降雨的持續(xù),邊坡出現(xiàn)明顯滑坡的趨勢,而且錨索由原來受拉的狀態(tài)變成受壓狀態(tài),說明滑坡體下滑力開始發(fā)揮作用,而且隨著降雨的持續(xù),錨索所受的壓力也越來越大。綜合分析該加固方案對邊坡的約束效果,表明該加固方案起到增強邊坡潛在滑體的抗剪切能力的作用,但是在降雨的過程中,邊坡依然具有沿潛在滑坡體剪切破壞的趨勢;而且通過分析錨索在降雨前后及降雨過程中的受力變化可知,邊坡的潛在滑坡體隨著降雨時間的增加,其下滑力逐漸增大,說明該潛在滑坡體在降雨過程中逐漸開始滑動,因此,該方案的加固效果相對較差。

2)抗滑樁和錨桿加固方案。通過數(shù)值模擬,降雨前后邊坡開挖的剪應變率及結構單元受力圖表明,邊坡在降雨前開挖后基本能保證穩(wěn)定,施加的抗滑樁對邊坡的穩(wěn)定起到很好的加固作用;而且在降雨過程中,由于抗滑樁的存在改變了滑坡體滑動面積的大小,同時有效的阻止了滑坡體的滑動。綜合分析該加固方案對邊坡的約束效果,表明該加固方案起到增強邊坡潛在滑體抗剪切能力的作用,而且在降雨的過程中,抗滑樁的存在改變了邊坡潛在滑坡體剪切破壞的大小和趨勢;對邊坡潛在滑坡體的滑動起到很好的抑制作用,因此,該方案的加固效果比第一種加固方案的加固效果要好得多,該方案對該邊坡的加固將更加有效和合理。

3 結語

在考慮降雨的情況下,針對水南高速公路K133+180左邊坡施工過程中邊坡破壞過程及其選擇的加固方案,進行數(shù)值分析,對兩種加固方案的加固效果進行優(yōu)化研究。研究認為,兩種加固方案都對邊坡潛在的滑坡體起到抑制作用,但是錨索和格梁加固方案在降雨過程中,邊坡潛在的滑坡體依然會產(chǎn)生滑移面,具有下滑的趨勢和條件;而抗滑樁和錨桿加固方案在降雨過程中,可有效的阻止邊坡潛在滑坡體的進一步下滑,并能夠改變邊坡滑坡體的大小和下滑的趨勢。因此,抗滑樁和錨桿加固方案對治理K133+180左邊坡這種類型的邊坡將會收到較好的效果。

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