山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

李 聰

山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

李 聰

針對(duì)山區(qū)高速公路因受地形限制和復(fù)雜地質(zhì)條件的影響,設(shè)計(jì)難度較大的情況,以湖南省龍山—永順高速公路為實(shí)例,對(duì)山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)形式分類介紹,并對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)例分析,以期為山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)提供一些幫助。

高速公路,山區(qū),邊坡,防護(hù),設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 項(xiàng)目概況

湖南省龍山—永順高速公路主線全長(zhǎng) 91.3 km,設(shè)計(jì)速度80 km/h,路基寬度24.5m,地處湘西武夷山腹地,呈南北向縱貫湘西地區(qū),位于湘西自治州龍山縣、永順縣,為湘鄂兩省西部地區(qū)一條重要的出省通道。本項(xiàng)目的建設(shè)將縮短沿線地區(qū)與外界溝通的時(shí)空距離,可帶動(dòng)湘西地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,有利于推動(dòng)該地區(qū)實(shí)現(xiàn)脫貧致富,保障湖南省全面建設(shè)小康社會(huì)。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)

本項(xiàng)目穿越湘西山區(qū),路線走廊帶內(nèi)沿線高差大,峽谷和山溝眾多,坡地植被發(fā)育,地質(zhì)條件復(fù)雜,所經(jīng)區(qū)域?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),四季分明,熱量較足,雨量充沛。本項(xiàng)目受地形和地貌控制,初步設(shè)計(jì)階段橋隧比達(dá) 60%,高填深挖路段多,工程概算達(dá) 1.4億/km,被稱為湖南省設(shè)計(jì)最復(fù)雜、施工最困難、造價(jià)最高的高速公路。山區(qū)高速公路中,高橋墩、大跨徑橋梁是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),同時(shí)高填深挖路基設(shè)計(jì)也是勘察設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜的部分,特別是路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì),是路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,需引起足夠的重視。筆者以龍永路為實(shí)例,對(duì)山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討,具有典型性和代表性。

3 路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)的分類

結(jié)合地質(zhì)條件和邊坡高度可按路塹邊坡的穩(wěn)定性分為兩類。

3.1 穩(wěn)定邊坡和基本穩(wěn)定邊坡

這類邊坡通常直接進(jìn)行普通防護(hù)設(shè)計(jì)就能滿足路塹邊坡穩(wěn)定性要求,一般直接采用草灌護(hù)坡、三維網(wǎng)植草灌護(hù)坡、客土噴播護(hù)坡、漿砌片石骨架護(hù)坡、漿砌片石窗式護(hù)面墻等。

3.2 欠穩(wěn)定邊坡和不穩(wěn)定邊坡

這類邊坡需要綜合考慮地形、地質(zhì)情況、邊坡受水的影響程度、邊坡受力荷載分析,采用治理與防護(hù)設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式,保證邊坡安全。一般首先采取“治水”措施,采取坡頂截水、坡面排水、坡體排水(地下排水),有效控制水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。有條件的地段可同時(shí)采用邊坡放緩、清方減載和壓力注漿等治理措施。對(duì)于這類路塹邊坡,需要采用鋼筋混凝土方格骨架錨桿護(hù)坡、路塹擋土墻、樁板墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索護(hù)坡、SNS掛網(wǎng)護(hù)坡等邊坡防護(hù)設(shè)計(jì),甚至多種防護(hù)形式相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。

4 本項(xiàng)目路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)介紹

4.1 路塹草灌護(hù)坡

適用于邊坡穩(wěn)定、坡面沖刷輕微,邊坡高度不大于 3.0m,坡比不陡于 1∶1,且宜于草類植物生長(zhǎng)的土質(zhì)或強(qiáng)風(fēng)化的巖石路塹邊坡。草灌護(hù)坡施工簡(jiǎn)便,價(jià)格低廉,在路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中被廣泛使用。

4.2 路塹三維網(wǎng)植草灌護(hù)坡

適用于邊坡高度 3m＜H≤6m、坡比一般不陡于 1∶1的土質(zhì)或耐沖刷性差的巖石路塹邊坡,邊坡綠化效果較好,成本低。

4.3 客土噴播護(hù)坡

適用于邊坡高度大于 6m,坡比一般不陡于 1∶0.75的穩(wěn)定巖石路塹邊坡,可在多級(jí)邊坡中使用?？屯羾姴ナ菍⒑兄参锷L(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)的基質(zhì)材料混合膠結(jié)材料噴附在巖基坡面上,在巖基坡面上創(chuàng)造出宜于植物生長(zhǎng)硬度、牢固且透氣、與自然表土相近的土板塊,種植出可粗放管理的植物群落,最大程度地恢復(fù)自然生態(tài)?？屯羾姴タ梢愿纳七吰峦临|(zhì)條件,水、土、肥均可以保持,綠化效果非常好,成本較高。

4.4 漿砌片石拱型骨架內(nèi)草灌護(hù)坡

適用于邊坡高度大于6m,坡比一般不陡于 1∶1,單靠植草不能維持邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定的路塹邊坡。漿砌片石厚度一般為 0.4m,每隔 10m～15m應(yīng)留一道伸縮縫,縫寬約 2 cm。骨架內(nèi)草皮采用花格草皮內(nèi)播草籽,當(dāng)邊坡不適宜草皮(噴草籽)生長(zhǎng)時(shí),骨架應(yīng)露出地面 10 cm,邊坡鑿槽、回填種植土厚 10 cm,草綠化后,可以栽植灌木。龍永路沿線石料資源非常豐富,漿砌片石拱型骨架內(nèi)草灌護(hù)坡,不但能維持邊坡穩(wěn)定,而且造型美觀,是本項(xiàng)目路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)使用最多的防護(hù)形式之一(見圖 1)。

4.5 漿砌片石窗式護(hù)面墻

適應(yīng)于易風(fēng)化或較破碎的巖石路塹邊坡以及坡面易受侵蝕的土質(zhì)路塹邊坡,坡比不陡于 1∶0.75。護(hù)面墻除自重外,不擔(dān)負(fù)其他荷載,亦不承受墻后的土壓力;修筑護(hù)面墻前,對(duì)所防護(hù)的邊坡,應(yīng)清除風(fēng)化層至新鮮巖面,并立即修筑;護(hù)面墻的頂部應(yīng)用原土夯填,以免邊坡水流沖刷,滲入墻后引起破壞。護(hù)面墻的頂寬和底寬均為 1.0m,漿砌片石厚度一般為 0.5m,單級(jí)護(hù)面墻的高度不宜超過 10m,每隔 10m～20m應(yīng)留一道伸縮縫。

4.6 路塹擋土墻和樁板墻

擋土墻是一種能夠抵抗側(cè)向土壓力,防止墻后土體坍塌,增加邊坡穩(wěn)定性的構(gòu)造物,同時(shí)也常被用于處理路基邊坡滑坡、崩塌等路基病害。在本項(xiàng)目路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中,大量的擋土結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。擋土墻按斷面的幾何形狀及特點(diǎn),常見的形式有：重力式、錨桿式、懸臂式、扶臂式、柱板式和豎向預(yù)應(yīng)力錨桿式等。各種擋土墻都有其特點(diǎn)及適用范圍,在處理實(shí)際擋土工程時(shí),應(yīng)對(duì)可能提供的一系列擋土體系的可行性作出評(píng)價(jià),選取合適的擋土結(jié)構(gòu)形式,做到安全、經(jīng)濟(jì)、可行。山區(qū)高速公路,自然邊坡較為陡峭,在邊坡坡率和邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),要注意結(jié)合原始邊坡坡率、地質(zhì)情況綜合考慮?？梢圆捎寐穳q擋土墻或樁板墻的設(shè)計(jì),增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定,同時(shí)達(dá)到大大降低邊坡開挖高度和挖方工程量,最大限度的減少對(duì)原始邊坡破壞的效果。

實(shí)例分析：本項(xiàng)目 K 40為分離式路基,左幅左側(cè)有段 110 m路塹邊坡,自然邊坡陡峭,地形坡度約為 35°～40°。該邊坡地質(zhì)由強(qiáng) ～中 ～微風(fēng)化砂質(zhì)頁(yè)巖組成,以薄層狀為主,巖層傾向與邊坡呈大角度相交,邊坡較穩(wěn)定,但淺部強(qiáng)風(fēng)化裂隙發(fā)育,裂隙傾角較陡,巖質(zhì)較軟,邊坡開挖后,結(jié)構(gòu)面遇水強(qiáng)度降低,坡體淺部巖石沿陡傾角裂隙可能會(huì)產(chǎn)生局部塌坍,下部中～微風(fēng)化巖組成的邊坡較穩(wěn)定。若按常規(guī)坡比設(shè)計(jì),第 1級(jí),第 2級(jí)坡比采用 1∶0.75,第 3級(jí)～第 5級(jí)坡比采用 1∶1,路基橫斷面顯示,邊坡高度達(dá)到 50m (見圖 2左),對(duì)原有山體擾動(dòng)較大,也增加了防護(hù)面積。在這種情況下,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加主動(dòng)工程防護(hù)措施,盡量放陡邊坡,減少邊坡高度。優(yōu)化設(shè)計(jì)后第 1級(jí)采用8m路塹擋土墻,第 2級(jí),第 3級(jí)坡比為 1∶0.75并采用鋼筋混凝土方格骨架錨桿護(hù)坡設(shè)計(jì)進(jìn)行邊坡加固,邊坡高度降低到 30m左右(見圖 2右),減少了對(duì)原始邊坡的破壞。同時(shí)采用坡頂截水溝,平臺(tái)截水溝,防止雨水沖刷,該路塹邊坡總體防護(hù)效果良好。

4.7 抗滑樁

抗滑樁是一種能迅速、經(jīng)濟(jì)、有效地整治滑坡的工程結(jié)構(gòu)物,它主要通過錨固在滑床的樁體,同時(shí)在有些情況下通過發(fā)揮受力段樁前土力來抵抗滑坡體的下滑力?？够瑯堵袢牖嬉韵碌牟糠址Q為錨固段,滑動(dòng)面以上的部分稱為受力段,承受滑坡推力,并通過樁身傳遞到錨固段,依靠錨固段地層反力來嵌住樁身,如果樁身強(qiáng)度及錨固段地層強(qiáng)度能夠承受住滑坡的下滑力,那么抗滑樁就能阻止樁背滑體的滑動(dòng)?？够瑯兜耐怀鰞?yōu)點(diǎn)是：抗滑能力強(qiáng),尤其適用于滑坡推力大、滑動(dòng)帶深的滑坡;樁位靈活,可設(shè)置在滑坡中最利抗滑的部位;開挖量小,不易惡化滑坡狀態(tài);圬工量小,節(jié)省材料,設(shè)備簡(jiǎn)單,施工方便。抗滑樁是目前工程中滑坡處置應(yīng)用最廣的工程方法,技術(shù)成熟,效果明顯,但造價(jià)較高。

4.8 鋼筋混凝土方格骨架錨桿護(hù)坡

適用于邊坡坡率 1∶0.75～1∶1.25的頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖等巖質(zhì)邊坡,主要是防止邊坡坍塌和頁(yè)巖泥化剝落,是加強(qiáng)路塹邊坡穩(wěn)定的一種重要而又成熟的防護(hù)設(shè)計(jì)形式,也是本項(xiàng)目中對(duì)欠穩(wěn)定邊坡采用的最主要的防護(hù)設(shè)計(jì)形式之一(見圖 3)。

實(shí)例分析：本項(xiàng)目 K60左側(cè)有段 120m的路塹邊坡,地質(zhì)條件為該路塹山體由碎石和頁(yè)巖組成,巖層產(chǎn)狀：124°∠28°。巖層走向與路線走向呈小角度相交,對(duì)邊坡穩(wěn)定較不利。頁(yè)巖節(jié)理裂隙發(fā)育,易風(fēng)化碎落。針對(duì)地質(zhì)情況本項(xiàng)目采用的邊坡坡比和防護(hù)設(shè)計(jì)為：第 1級(jí),第2級(jí)坡比為 1∶0.75,第 3級(jí),第 4級(jí)坡比為 1∶1級(jí),第 1級(jí),第 2級(jí),第 3級(jí)邊坡采用鋼筋混凝土方格骨架錨桿護(hù)坡,第 4級(jí)邊坡采用漿砌片石方格骨架內(nèi)草灌護(hù)坡,坡頂設(shè)置截水溝。

4.9 預(yù)應(yīng)力錨索護(hù)坡

適用于巖體松散破碎地段或局部承載能力較低,粘結(jié)式錨桿不能滿足穩(wěn)定需要的路塹邊坡。預(yù)應(yīng)力錨索護(hù)坡能適應(yīng)坡比不陡于 1∶0.5的路塹欠穩(wěn)定邊坡。非順層坡路段錨索垂直于坡面設(shè)置,順層坡地段錨索與坡面間夾角視巖層傾角等因素確定。立柱斷面尺寸為800mm×600mm,采用C30澆筑,鋼筋混凝土保護(hù)層為 35mm,搭接長(zhǎng)度 35d。立柱與立柱之間采用厚層基材噴射植被護(hù)坡。預(yù)應(yīng)力錨索護(hù)坡,通常與路塹擋土墻、樁板墻配合設(shè)計(jì),處治較復(fù)雜的欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定的路塹邊坡,實(shí)際效果好,但對(duì)施工工藝要求較高。

4.10 SNS柔性網(wǎng)防護(hù)系統(tǒng)

SNS(Safety Netting System)系統(tǒng)是一種以鋼絲網(wǎng)為主要構(gòu)成部分來防止崩塌落石危害的柔性防護(hù)系統(tǒng),它和以圬工結(jié)構(gòu)為代表的傳統(tǒng)防護(hù)方法的主要差別在于系統(tǒng)本身具有柔性和高強(qiáng)度,更能適應(yīng)抗擊集中荷載和高沖擊荷載,且在大量的室內(nèi)外試驗(yàn)和理論分析計(jì)算基礎(chǔ)上建立的標(biāo)準(zhǔn)化部件形式,使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算原理趨于科學(xué)化和標(biāo)準(zhǔn)化。此外,系統(tǒng)設(shè)置后的較小視覺干擾和最大限度的維持原始地貌和植被,同時(shí)可進(jìn)行人工植被綠化,在美化環(huán)境方面的社會(huì)效益是其他方法無法比擬的。該系統(tǒng)包括覆蓋(主動(dòng)防護(hù))和攔截(被動(dòng)防護(hù))兩大基本類型,主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)通過錨桿和支撐繩固定方式將鋼繩網(wǎng)覆蓋在有潛在危害的坡面上,從而實(shí)現(xiàn)阻止和限制崩塌落石危害的目的(見圖4)。

實(shí)例分析：本項(xiàng)目 K54左側(cè)有段長(zhǎng) 200 m的路塹邊坡,自然邊坡陡峭,地形坡度約為 50°～55°,地質(zhì)條件：該路塹山體主要由灰?guī)r組成,薄層狀,方解石脈較發(fā)育,巖層產(chǎn)狀：288°∠57°,巖層走向與路線走向雖呈小角度相交,但巖質(zhì)堅(jiān)硬,巖石較完整,邊坡較穩(wěn)定。由于該段邊坡離隧道進(jìn)口不遠(yuǎn),隧道棄渣數(shù)量大,路線周邊有大量居民區(qū),很難找到合適的棄土場(chǎng),若采用 1∶0.75和 1∶1放坡,邊坡高度將達(dá)到60m。結(jié)合挖方工程量和地質(zhì)條件綜合考慮后,決定將邊坡放陡,坡比按1∶0.5設(shè)計(jì),邊坡高度降低到 34m,大量減少了棄方和防護(hù)工程量。由于邊坡開挖爆破的施工過程中,擔(dān)心會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定造成擾動(dòng),從安全的方面考慮,本項(xiàng)目對(duì)該路塹邊坡采用SNS掛網(wǎng)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng),防止崩塌落石危害,同時(shí)坡頂設(shè)置截水溝,防止雨水沖刷。

5 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)施工

設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)施工過程中的信息反饋,不斷修改和調(diào)整設(shè)計(jì),對(duì)原有路塹邊坡設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善與優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工”。在設(shè)計(jì)階段盡管對(duì)邊坡的地質(zhì)情況做了大量調(diào)查工作,但要想徹底搞清楚是很難的,時(shí)間和財(cái)力也是不允許的。而邊坡挖開后能對(duì)邊坡地質(zhì)情況有直觀明了的認(rèn)識(shí),再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工情況和監(jiān)測(cè)單位反饋的信息,重新審視原先設(shè)計(jì),合理之處可以得到印證和總結(jié)提高,不妥之處及時(shí)修正,從而有效避免因防護(hù)不足而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的情況發(fā)生,或防護(hù)過當(dāng)而造成的浪費(fèi),使路塹邊坡設(shè)計(jì)更為合理。

6 結(jié)語

我國(guó)是個(gè)多山的國(guó)家,山區(qū)高速公路因受地形的限制和復(fù)雜地質(zhì)條件的影響,設(shè)計(jì)難度大大增加,在進(jìn)行路塹邊坡設(shè)計(jì)時(shí)必須結(jié)合實(shí)際地形、地質(zhì)情況、邊坡受水的影響程度等因素綜合考慮,從而制定合理的路塹邊坡開挖坡率和防護(hù)設(shè)計(jì)方案,同時(shí)要注意“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)施工”的原則在施工過程中進(jìn)一步完善和優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文以湖南省龍山—永順高速公路為實(shí)例,分類介紹了山區(qū)高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)形式,并對(duì)幾段邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例分析,希望能使讀者在高速公路路塹邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)中得到一點(diǎn)幫助。

[1] JTG D 30-2004,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 公路設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.公路設(shè)計(jì)手冊(cè)——路基[M].第 2版.北京：人民交通出版社,2009.

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The design ofm ountainous area depressed highway slope protection

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For the influence of terrain restrictions and comp lex geological condition tohighway and the difficulty of design situation,take the examp le of Longshan to Yongshun highway,introduce themountainous area depressed highway slope cut slope protection design forms and analysis the design essentials examp les in order to p rovide some help tomountainous area highway cut slope protection design.

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U 412.36

A

1009-6825(2011)09-0138-03

2010-12-02

李 聰(1978-),男,工程師,湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,湖南長(zhǎng)沙 410008