山区高等级公路高边坡稳定防治

[摘要]山区高等级公路高边坡是施工中常见的现象,只有科学设计,根据高边坡具有的特点选择精心的施工方法,才能避免因高边坡不稳定给工程带来的各种危害。

[关键词]山区公路高边坡设计防危害施工

中图分类号:TU1文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0820079-01

一、前言

随着山区高等级公路建设的迅速发展,路线等级高,路面宽,开挖量大,出现了大量高边坡、也发生了高边坡变形和破坏。即增加了投资,又延误了工期,也为行车埋下了安全隐患,为工程投资也产生了巨大浪费。

高边坡一般认为岩质边坡高于301n,土质边坡高于20m即为高边坡。通过多年施工总结经验认为治理高边坡首先应以“治早治小,一次根治,不留后患”的经验,其次应以“陡峻山坡切忌剥山坡,深长路堑重视排水和加固”原则。第三隧道桥梁两端防止产生高边坡应以“守里勿外,早进、晚出。”根据以上经验和原则,应从设计、施工等几方面综合考虑、详细摸清地质条件,完善设计,合理施工,达到高边坡稳定的目的。

二、高边坡工程的设计原则

1.高边坡工程的设计要有详细的地质资料

要有预测性、动态性,对施工程序和方法要提出严格要求。

2.路堑高边坡设计要遵循的原则

极限状态设计原则,荷载效应原则、综合治理原则。

3.高边坡变形破坏要准确分类

如是山体变形,坡体变形、边坡变形、坡面变形、最终产生是坍塌、崩塌、滑坡、倾倒、错落。要把山体变形分清,产生的后果判断准确,确定的施工方案实用,才能达到最终目的。

4.高边坡变形破坏的主要防治方法

应采用合理,经济,安全。主要方法有:预应力锚索、锚杆、抗滑桩、喷锚砼、挡墙、边坡防护工程等。

三、高边坡地段发生病害变形种类

首先要分析开挖体处的山体是否存在老病体,开挖是否造成老病体复活。路基通过老病体的不同部位,病体产生变形的特点和性质也不同。无论开挖边坡高度多大,边坡的变形破坏都是必然的。斜坡有发生变形的地形和地质条件,自然状态下处于稳定成极限平衡状态,高边坡开挖后发生变形,有的施工期间发生,有的开挖后一两年发生,主要发生类型坍塌、崩塌、滑坡、错落、倾倒等。

(一)坍塌

是出现最多的变形类型。是设计的坡形和坡率过了岩石体所能保持的稳定角。在自然风蚀干湿循环和强降雨的作用下,或因开挖后地F水渗透条件改变,坡脚或渗水处岩土被软化,强度降低而引起上部边坡失稳。在一个边坡范围内一般先出现多个局部坍塌,而后逐渐扩大形成一个或数个大型坍塌,条件适宜时,坍塌可能引起坡体的整体滑动。

(二)朋塌

风化破碎的高陡边坡,由于一组或多组结构面组合,将岩体切割成大小不等的块体形结构面陡于边坡率,常在结构面与边坡面结合部首先产生破坏;后部岩体在自重作用下脱离母岩,失去支撑的前提下崩落、倒塌、翻滚、和剪切下错的变形破坏现象。受结构面和临空面的控制,可发生沿“V”字形节理面崩塌,硬岩下伏软岩的倾倒式崩塌,以及沿顺倾层面或构造面的滑动式崩塌,多数为局部边坡变形。

(三)滑坡

边坡中存在倾向临空的缓倾、软弱带,由于开挖路堑使斜坡下部失去支撑,在重力作用下,该软弱带的剪应力大于其抗剪强度时,上覆岩土体整体地沿软弱带或带整体产生下滑的现象。岩土体软弱面发生滑动,在高边坡变形中,滑坡体数量多,规模大,危害严重,治理费用高。发生最多的堆积层沿基岩,顶面滑动的堆积土滑坡,顺倾岩层的顺层滑坡,以及断层破碎岩面滑坡。有时特殊岩土分布有粘土滑坡,黄土滑坡等。

(四)倾倒

陡倾的薄层状岩层,在开挖或沟谷下切卸荷过程中,边坡内应力场发生变化面,导致坡体松弛,坡体沿结构面产生剪切位移,向临空面缓慢变形的现象,在高边坡开挖快速卸荷和失去倾向支撑下,岩层向临空面发生倾倒而破坏。

(五)错落

陡倾斜坡地段,坡体中发育一组陡倾的结构面,以下卧一层一定厚度的软弱破碎带,形成基层式坡体结构,该软弱破碎带缓倾,倾角一般大于20°,顺倾斜角度更小,当软弱在地面下水浸润作用下,抗压强度降低,或当坡体前缘遭受人工开挖,河流淘蚀,致使软弱带面积减小,而上覆岩体重量又不变的情况,导致软弱产生,压缩变形,坡体变形特点是岩体沿陡倾结构面下错、张开、岩体以垂直位移为主,水平位移为辅,这样的变形以错落体为后壁,软弱带为错落带,错落是坡体中岩体自下而上调整内力的过程。

四、高边坡路段的施工方法及原则

高边坡地段的施工,要认真研究吃透设计意图,认真分析地质条件,制定出严格的施工工序,使之可行后方可进行施工。高边坡的加固措施和工程类型取决于以下几个方面;第一,取决于对地质条件的掌握程度,对高边坡可能的变形性质、类型和规模认知的正确性;第二,要充分掌握各种工程措施的适用条件;第三,高边坡病害的治理一般采用综合治理的措施,要充分考虑多种工程措施的有机结合和合理配置;第四,要充分考虑施工水平、施工工序和施工周期,选择最佳的工程措施以满足最大限度减小高边坡大变形的产生。高边坡加固工程主要有:挡土墙、抗滑桩、锚杆、褂网喷锚、预应力锚索等支撑锚固结构,防止高边坡的变形。

(一)挡土墙

挡土墙是岩土工程中广泛采用的主要加固支挡工程结构,采用库仑土压力理论,当墙体向外变形墙面土体达到主动土压力状态时,主动土压滑动面为平面并按滑动土楔的极限平衡条件求算主动土的压力。挡土墙分为重力式和衡重式两种。重力式挡土墙适用于一般地区,浸水地区,地震地区的边坡支挡,地基承载力较复杂时应适当控制墙高;衡重式主要用于地面横坡较陡的路肩墙壁路堤墙,也可用于拦挡落石的路堑墙。

(二)抗滑桩

抗滑桩是一种抗滑加固:工程结构,抗滑桩及预应力锚索抗滑桩,与钢筋混凝土挡板,桩间挡墙,土钉墙等相结合,但成复合结构大量使用在路堑边坡的坡脚预加固工程。抗滑桩有:普通抗滑桩、预应力锚索抗滑桩,板式抗滑桩、横梁抗滑桩等。

(三)锚杆褂网喷锚

为了保证多级开挖后的边坡稳定性,根据岩石的风化程度,节理发育情况,依靠锚杆,钢筋网和喷射砼,共同负荷来稳定边坡岩体的结构强度和抗变形,所采取锚杆褂网,喷锚用以保护边坡。

五、高边坡路堑大开挖控制施工技术

山区高等级公路要完全避开不良地质地段是不可能的,完全采用高桥、长隧避免高边坡也不合理。这些地段由于地质构造作用,岩层节理发育,风化严重,在边坡开挖过程中,常难以保持边坡自身的稳定而出现坍滑。目前机械化施工程度的提高,边坡开挖速度加快,但后续支挡防护工序间隔大,边坡开挖后暴露时间长,边坡的临时稳定受到各种因素影响,问题更为突出。通过近年宋的工程实践,高边坡的设计及施工必须遵守“分层开挖、分层稳定、坡脚预加固”的原则,保证高边坡的边坡坡脚稳定。

(一)高边坡控制开挖推动预加固效果

为了正确使用预加固技术,首先要开挖影响区和松动区小的部位,高陡边坡,为了减小开挖影响区,尽可能不扰动岩体,多采用预加固技术,即从上到下分挖,边开挖,边加固,每层开挖后设支挡防护结构,再开挖下层。

(二)高边坡加固工程结构的组合方式

1.桩一锚结合治理高大边坡。一般上部采用预应力锚索,下部采用抗滑桩,当施工到最后一段边坡时,先把抗滑桩施工,再进行桩前路槽开挖,可预防大变形产生(陕西勉宁)。

2.锚一锚组合。即在坡脚处以挡墙、护面墙、进行防护,挡墙以路基坡面采用预应力锚索框架或长锚秆架加固(半虎线)。

3.桩一桩组合。当边坡不高,滑体较重、滑坡推力较大,滑坡有可能从边坡的“中腰”剪土时,一般采用。即由上而下,在滑坡体上布置两排抗滑桩,上排抵挡后级滑坡推力,下排桩稳定前级滑坡(京承高速南山根段)。

(三)高边坡设计施工应遵循的理念

高边坡治理都应坚持“固脚强腰”的理念。所谓“固脚”就是在高边坡治理中对高边坡的坡脚进行加固处理。首先,坡脚是边坡的应力集中区,由边坡开挖,坡率变化等原因,坡脚产生应力区,开挖后地下水也向坡脚集中排泄,软化坡脚岩土体。其次,对于软硬岩层地段,特别是顺层地段,出现上硬下软时,由于软硬岩在强度、应力、应变、抗风化等。各方面存在差异,往往坡脚处易出现由于压力与剪切集中导致的破坏,从而危及整个坡体稳定。再次对顺层地段,控制边坡变形失稳的软弱面,由于风化或构造等作用,常出现多层现象,边坡开挖使得坡体内的隐裂面等进一步强升,结构面有随时间逐渐向深部发展的趋势。所谓“强腰”,在高边坡病害点的边坡高度较高时,组成坡体的岩体岩性存在较大差异,但差异随时间变化不同步,反映在坡体变形上,即可能出现多级失稳破坏,因此高边坡病害治理要考虑中部加强,对坡体应力进行调整。

作者简介:

方宝君,男,本科学历,1994年毕业于河北理工学院,工程师,1994年至今就职于丰宁满族自治县交通局。