山區(qū)高等級公路高邊坡穩(wěn)定防治

[摘要]山區(qū)高等級公路高邊坡是施工中常見的現(xiàn)象,只有科學(xué)設(shè)計(jì),根據(jù)高邊坡具有的特點(diǎn)選擇精心的施工方法,才能避免因高邊坡不穩(wěn)定給工程帶來的各種危害。

[關(guān)鍵詞]山區(qū)公路高邊坡設(shè)計(jì)防危害施工

中圖分類號:TU1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號:1671-7597(2009)0820079-01

一、前言

隨著山區(qū)高等級公路建設(shè)的迅速發(fā)展,路線等級高,路面寬,開挖量大,出現(xiàn)了大量高邊坡、也發(fā)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(chǎn)生了巨大浪費(fèi)。

高邊坡一般認(rèn)為巖質(zhì)邊坡高于301n,土質(zhì)邊坡高于20m即為高邊坡。通過多年施工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為治理高邊坡首先應(yīng)以“治早治小,一次根治,不留后患”的經(jīng)驗(yàn),其次應(yīng)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(chǎn)生高邊坡應(yīng)以“守里勿外,早進(jìn)、晚出?！备鶕?jù)以上經(jīng)驗(yàn)和原則,應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工等幾方面綜合考慮、詳細(xì)摸清地質(zhì)條件,完善設(shè)計(jì),合理施工,達(dá)到高邊坡穩(wěn)定的目的。

二、高邊坡工程的設(shè)計(jì)原則

1.高邊坡工程的設(shè)計(jì)要有詳細(xì)的地質(zhì)資料

要有預(yù)測性、動(dòng)態(tài)性,對施工程序和方法要提出嚴(yán)格要求。

2.路塹高邊坡設(shè)計(jì)要遵循的原則

極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則,荷載效應(yīng)原則、綜合治理原則。

3.高邊坡變形破壞要準(zhǔn)確分類

如是山體變形,坡體變形、邊坡變形、坡面變形、最終產(chǎn)生是坍塌、崩塌、滑坡、傾倒、錯(cuò)落。要把山體變形分清,產(chǎn)生的后果判斷準(zhǔn)確,確定的施工方案實(shí)用,才能達(dá)到最終目的。

4.高邊坡變形破壞的主要防治方法

應(yīng)采用合理,經(jīng)濟(jì),安全。主要方法有:預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿、抗滑樁、噴錨砼、擋墻、邊坡防護(hù)工程等。

三、高邊坡地段發(fā)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(fù)活。路基通過老病體的不同部位,病體產(chǎn)生變形的特點(diǎn)和性質(zhì)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(fā)生變形的地形和地質(zhì)條件,自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定成極限平衡狀態(tài),高邊坡開挖后發(fā)生變形,有的施工期間發(fā)生,有的開挖后一兩年發(fā)生,主要發(fā)生類型坍塌、崩塌、滑坡、錯(cuò)落、傾倒等。

(一)坍塌

是出現(xiàn)最多的變形類型。是設(shè)計(jì)的坡形和坡率過了巖石體所能保持的穩(wěn)定角。在自然風(fēng)蝕干濕循環(huán)和強(qiáng)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(qiáng)度降低而引起上部邊坡失穩(wěn)。在一個(gè)邊坡范圍內(nèi)一般先出現(xiàn)多個(gè)局部坍塌,而后逐漸擴(kuò)大形成一個(gè)或數(shù)個(gè)大型坍塌,條件適宜時(shí),坍塌可能引起坡體的整體滑動(dòng)。

(二)朋塌

風(fēng)化破碎的高陡邊坡,由于一組或多組結(jié)構(gòu)面組合,將巖體切割成大小不等的塊體形結(jié)構(gòu)面陡于邊坡率,常在結(jié)構(gòu)面與邊坡面結(jié)合部首先產(chǎn)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(cuò)的變形破壞現(xiàn)象。受結(jié)構(gòu)面和臨空面的控制,可發(fā)生沿“V”字形節(jié)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(gòu)造面的滑動(dòng)式崩塌,多數(shù)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(yīng)力大于其抗剪強(qiáng)度時(shí),上覆巖土體整體地沿軟弱帶或帶整體產(chǎn)生下滑的現(xiàn)象。巖土體軟弱面發(fā)生滑動(dòng),在高邊坡變形中,滑坡體數(shù)量多,規(guī)模大,危害嚴(yán)重,治理費(fèi)用高。發(fā)生最多的堆積層沿基巖,頂面滑動(dòng)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(shí)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(nèi)應(yīng)力場發(fā)生變化面,導(dǎo)致坡體松弛,坡體沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切位移,向臨空面緩慢變形的現(xiàn)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(fā)生傾倒而破壞。

(五)錯(cuò)落

陡傾斜坡地段,坡體中發(fā)育一組陡傾的結(jié)構(gòu)面,以下臥一層一定厚度的軟弱破碎帶,形成基層式坡體結(jié)構(gòu),該軟弱破碎帶緩傾,傾角一般大于20°,順傾斜角度更小,當(dāng)軟弱在地面下水浸潤作用下,抗壓強(qiáng)度降低,或當(dāng)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(dǎo)致軟弱產(chǎn)生,壓縮變形,坡體變形特點(diǎn)是巖體沿陡傾結(jié)構(gòu)面下錯(cuò)、張開、巖體以垂直位移為主,水平位移為輔,這樣的變形以錯(cuò)落體為后壁,軟弱帶為錯(cuò)落帶,錯(cuò)落是坡體中巖體自下而上調(diào)整內(nèi)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(rèn)真研究吃透設(shè)計(jì)意圖,認(rèn)真分析地質(zhì)條件,制定出嚴(yán)格的施工工序,使之可行后方可進(jìn)行施工。高邊坡的加固措施和工程類型取決于以下幾個(gè)方面;第一,取決于對地質(zhì)條件的掌握程度,對高邊坡可能的變形性質(zhì)、類型和規(guī)模認(rèn)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(jī)結(jié)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(chǎn)生。高邊坡加固工程主要有:擋土墻、抗滑樁、錨桿、褂網(wǎng)噴錨、預(yù)應(yīng)力錨索等支撐錨固結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),采用庫侖土壓力理論,當(dāng)墻體向外變形墻面土體達(dá)到主動(dòng)土壓力狀態(tài)時(shí),主動(dòng)土壓滑動(dòng)面為平面并按滑動(dòng)土楔的極限平衡條件求算主動(dòng)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(qū),浸水地區(qū),地震地區(qū)的邊坡支擋,地基承載力較復(fù)雜時(shí)應(yīng)適當(dāng)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(jié)構(gòu),抗滑樁及預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁,與鋼筋混凝土擋板,樁間擋墻,土釘墻等相結(jié)合,但成復(fù)合結(jié)構(gòu)大量使用在路塹邊坡的坡腳預(yù)加固工程?？够瑯队?普通抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁,板式抗滑樁、橫梁抗滑樁等。

(三)錨桿褂網(wǎng)噴錨

為了保證多級開挖后的邊坡穩(wěn)定性,根據(jù)巖石的風(fēng)化程度,節(jié)理發(fā)育情況,依靠錨桿,鋼筋網(wǎng)和噴射砼,共同負(fù)荷來穩(wěn)定邊坡巖體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗變形,所采取錨桿褂網(wǎng),噴錨用以保護(hù)邊坡。

五、高邊坡路塹大開挖控制施工技術(shù)

山區(qū)高等級公路要完全避開不良地質(zhì)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(zhì)構(gòu)造作用,巖層節(jié)理發(fā)育,風(fēng)化嚴(yán)重,在邊坡開挖過程中,常難以保持邊坡自身的穩(wěn)定而出現(xiàn)坍滑。目前機(jī)械化施工程度的提高,邊坡開挖速度加快,但后續(xù)支擋防護(hù)工序間隔大,邊坡開挖后暴露時(shí)間長,邊坡的臨時(shí)穩(wěn)定受到各種因素影響,問題更為突出。通過近年宋的工程實(shí)踐,高邊坡的設(shè)計(jì)及施工必須遵守“分層開挖、分層穩(wěn)定、坡腳預(yù)加固”的原則,保證高邊坡的邊坡坡腳穩(wěn)定。

(一)高邊坡控制開挖推動(dòng)預(yù)加固效果

為了正確使用預(yù)加固技術(shù),首先要開挖影響區(qū)和松動(dòng)區(qū)小的部位,高陡邊坡,為了減小開挖影響區(qū),盡可能不擾動(dòng)巖體,多采用預(yù)加固技術(shù),即從上到下分挖,邊開挖,邊加固,每層開挖后設(shè)支擋防護(hù)結(jié)構(gòu),再開挖下層。

(二)高邊坡加固工程結(jié)構(gòu)的組合方式

1.樁一錨結(jié)合治理高大邊坡。一般上部采用預(yù)應(yīng)力錨索,下部采用抗滑樁,當(dāng)施工到最后一段邊坡時(shí),先把抗滑樁施工,再進(jìn)行樁前路槽開挖,可預(yù)防大變形產(chǎn)生(陜西勉寧)。

2.錨一錨組合。即在坡腳處以擋墻、護(hù)面墻、進(jìn)行防護(hù),擋墻以路基坡面采用預(yù)應(yīng)力錨索框架或長錨稈架加固(半虎線)。

3.樁一樁組合。當(dāng)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?xí)r,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(wěn)定前級滑坡(京承高速南山根段)。

(三)高邊坡設(shè)計(jì)施工應(yīng)遵循的理念

高邊坡治理都應(yīng)堅(jiān)持“固腳強(qiáng)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(jìn)行加固處理。首先,坡腳是邊坡的應(yīng)力集中區(qū),由邊坡開挖,坡率變化等原因,坡腳產(chǎn)生應(yīng)力區(qū),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(xiàn)上硬下軟時(shí),由于軟硬巖在強(qiáng)度、應(yīng)力、應(yīng)變、抗風(fēng)化等。各方面存在差異,往往坡腳處易出現(xiàn)由于壓力與剪切集中導(dǎo)致的破壞,從而危及整個(gè)坡體穩(wěn)定。再次對順層地段,控制邊坡變形失穩(wěn)的軟弱面,由于風(fēng)化或構(gòu)造等作用,常出現(xiàn)多層現(xiàn)象,邊坡開挖使得坡體內(nèi)的隱裂面等進(jìn)一步強(qiáng)升,結(jié)構(gòu)面有隨時(shí)間逐漸向深部發(fā)展的趨勢。所謂“強(qiáng)腰”,在高邊坡病害點(diǎn)的邊坡高度較高時(shí),組成坡體的巖體巖性存在較大差異,但差異隨時(shí)間變化不同步,反映在坡體變形上,即可能出現(xiàn)多級失穩(wěn)破壞,因此高邊坡病害治理要考慮中部加強(qiáng),對坡體應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整。

作者簡介:

方寶君,男,本科學(xué)歷,1994年畢業(yè)于河北理工學(xué)院,工程師,1994年至今就職于豐寧滿族自治縣交通局。