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(shè)中經(jīng)常遇到的問題。隨著我國大規(guī)模工程建設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)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(yīng)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(zhì)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(zhì)巖和頁巖沿陡傾的硅質(zhì)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(shè)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(jié)合邊坡地質(zhì)條件分析,提出兩種加固設(shè)計方案,主要對下部潛在主滑坡和未擾動的薄層硅質(zhì)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(shè)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(zhì)巖組成,其中夾雜著泥巖,巖土體物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

2.1 加固方案設(shè)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(zhì)巖部分作為古滑坡加固的持力層,通過打設(shè)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(shè)計荷載60 t,鎖定荷載40 t。加固的結(jié)構(gòu)單元主要是錨索、格梁和錨桿單元,它們的物理力學(xué)性質(zhì)如表2所示。

表1 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

表2 結(jié)構(gòu)單元物理力學(xué)性質(zhì)

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(shè)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(shè)3排錨桿(L=12 m,間排距小于3 m)。抗滑樁的力學(xué)性質(zhì)見表3。

表3 抗滑樁力學(xué)性質(zhì)

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(yīng)變率和結(jié)構(gòu)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(yīng)變率及結(jié)構(gòu)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(yīng)變率及結(jié)構(gòu)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(jié)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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