浅谈公路穿越残积土挖方路堑边坡稳定性

2015-08-03 08:47王文光
黑龙江交通科技 2015年7期
关键词:坡坡路堑风化

王文光

(山西省交通规划勘察设计院)

1 项目区自然条件

(1)地形地貌

地貌单元属黄土覆盖低山区,微地貌有山梁、黄土斜坡、陡坎、冲沟等,地势整体南高北低,地形起伏较大,冲沟近南北走向,沟谷切割约5~10 m,沟岸较缓,沟底宽约10~20 m,呈“U”字型沟谷(见图1)。勘察区位于冲沟南侧斜坡地带,现因施工开挖边坡,改变了原地貌形态,形成人工边坡,设计为3 级边坡,坡脚与坡顶相对高差约25 m,边坡坡率为1∶0.50~1∶0.75。

(2)气象

项目区属温带大陆性季风气候区,主要特点是:大陆性气候明显,冬短夏长,季风强盛;春季干燥多风,十年九旱;夏季炎热多雨,雨势不均;秋季温和宜人,阴雨稍多;冬季寒冷寡照,雨雪稀少,地方性风盛行。气温历年平均10.60 ℃,一月份最冷,平均最低气温-5.20 ℃,七月份较热,平均最高气温25.00 ℃;多年平均降雨量为610.0 mm。历史上年最大降水量877.2 mm,日最大降水量220.5 mm,时最大降水量60.6 mm,10 min 最大降水量34.5 mm,年平均蒸发量为1 800 mm,历年土壤最大冻结深度55 cm,无霜期历年平均170 d 左右。

(3)地层岩性

依据工程地质调绘、钻探及挖探揭露,勘察区地层由第四系中更新统(Q2al+pl)冲洪积物和二叠系上统石千峰组沉积岩组成。现具体分述如下。

①第四系中更新统(Q2al+pl)

黄土(低液限黏土):在开挖边坡上部分布,揭露厚度10.6 m,浅棕红色,土质较均,结构较紧密,针状孔隙及柱状节理发育,成分主要为粉质黏土为主,含少量砾石,呈硬塑状态,局部由于裂缝位移破坏原土体结构破坏,土质很疏松。

②二叠系上统上石盒子组(P2sh)沉积岩

a 强风化泥岩:在勘察区内均有分布,揭露厚度11.9~25.2 m,灰黄色,泥质结构,泥质胶结,中厚层状构造,节理裂隙极发育,组织结构已基本破坏,但尚可辨认并且有微弱残余结构,岩芯多呈散体土状,局部呈碎块状,夹多层薄层灰绿色砂岩,差异风化明显,极易崩解,锤击声哑。

b 中风化泥岩:灰黄色,泥质结构,泥质胶结,中厚层状构造,节理裂隙发育,极易崩解,岩芯呈短柱状,局部呈碎块状,一般柱长5~15 cm,锤击哑,有凹痕,局部夹多层薄层灰绿色砂岩,差异风化明显,极易崩解。

c 中风化砂岩:黄绿色,中细粒结构,中厚层状构造,节理裂隙发育,岩芯呈柱状,柱长5~10 cm,锤击声较清脆,稍震手,局部夹薄层灰黄色泥岩。

(4)地质构造

项目区在大地构造上处于中朝准地台之山西地台,Ⅱ级构造单元为山西断隆,Ⅲ级单元为沁水台凹,Ⅳ级单元为沁水凹陷,地层总体倾向SW,倾角5°~8°,以单斜构造为主,局部发育两翼平缓的波状褶曲。

勘察区内地层主要由第四系上更新统(Q2al+pl)黄土(低液限黏土)、二叠系上统石千峰组(P2sh)泥岩、砂岩组成,岩层产状平缓,为35~121 <9°。

2 边坡现状特征

本项目工程类型为挖方路堑,路堑边坡的地层以黄土及强风化泥岩为主,强风化泥岩,风化裂隙极发育(见图2),岩体以散体土状为主,局部为碎块状,整体呈松散结构和碎裂状结构,自稳能力差,边坡开挖后,为边坡形成了有利的临空面,而在雨季施工,降水集中,大气降水沿节理裂隙下渗,导致开挖边坡局部出现蠕动变形,在强风化泥岩吸水膨胀,失水干裂,极易崩解等因素的共同作用之下,最终将会导致开挖边坡沿路基面产生整体滑动,运动形式以牵引式为主。大气降水、人类工程活动是影响边坡稳定性的主要因素。

3 边坡稳定性计算及分析

(1)边坡稳定性计算

采用简化Bishop 法计算本边坡的稳定系数,计算简图见图1,计算公式见式1。

图1 计算简图

式中:Wi为第i 土条重力;ai为第i 土条底滑面的倾角;Qi为第i 土条垂直方向外力;Ki为系数,按式①-1 计算。

式中:Pi为第i 条块推力,kN/m;Pi-1为第i-1 条块的剩余下滑力,kN/m;Ti为第i 条块下滑力;Ri为第i 条块抗滑力;ψ 为下滑力传递系数;Ks为设计安全系数。

分别计算正常工况(天然状态)和非正常工况Ⅰ(饱水状态)下开挖路堑边坡稳定性,其稳定系数计算结果见表1。

表1 开挖路堑边坡稳定性计算成果表

(2)边坡稳定性分析

根据现场勘察结果,边坡前缘未见明显的剪出口,钻探也未揭示到明显的滑面擦痕,滑坡特性不明显。该段边坡岩土体以强风化泥岩、砂岩组成,岩层倾向于路基方向(凌空面)。坡面坍塌、坡体开裂现象严重,坡脚出现大量积水。综合考虑以上因素,该段边坡坡体内地下水较为丰富,砂泥岩遇水软化、抗剪强度降低,在这种工况下,山体沿岩层结构面从路基坡脚处剪出的可能性较大。

4 边坡处治方案

(1)调整边坡坡率及卸载:一级边坡坡率采用1∶0.5,高度8 m,留设4 m 宽的平台,二级及三级边坡坡率采用1∶1.0,每8 m 高留2 m 的平台。三级边坡以上进行卸载,卸载横坡5%,从坡口卸至不稳定体后缘(最远裂缝处)。

(2)完善排水系统:根据勘察可知,此次滑坡的主要诱发因素之一即为地下水(地表水下渗),卸载的同时,应完善排水系统,如坡口的截水沟、平台截水沟、坡面急流槽,路侧边沟等,使地表汇水能顺利汇流并排出路基之外的自然沟渠。对边坡裂缝及坡口裂缝应进行回填,防止雨水下渗。

(3)设置抗滑挡土墙:刷方主要为土体部分,下覆强风化泥岩,为了方便植被恢复,泥岩顶面预留1~2 m 厚的黄土。刷方后的剩余下滑力,一级边坡设置C15片石混凝土挡土墙进行抵抗。挡土墙顶宽1.2 m,面坡1∶0.5,背坡1∶0.3,基础埋深2.0 m,墙后设置碎石排水层,碎石排水层底部设置一道纵向带孔PE 排水管。平台进行25 cm 厚的浆砌片石硬化,并施工30 ×30 cm 的平台截水沟。

边坡治理施工,应先进行坡顶卸载、边坡刷坡,然后施工前缘防护。前缘防护基坑开挖应跳巢进行,间距以10 m 为宜,方案布置见图2。

图2 处治方案布置图

5 结 论

结合公路路基设计规范、对应的相关地质勘察资料和以往路堑的工程资料,同时考虑残积物结构松散、用作路堑边坡时易出现坍塌和冲刷的工程特性,最终得出合理的设计施工方案,解决了高沁高速相应段落左侧路堑边坡稳定性问题,可为以后类似的工程提供经验,作为参考依据。

[1]张社荣,贾世军,郭怀志.岩石边坡稳定的可靠度分析[J].岩土力学,1999,20(2):57-61.

[2]中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范(JTG D30-2004)[S].北京:交通出版社,2004.

[3]郑颖人,陈祖煌,王恭先,等.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社,2007.

猜你喜欢
坡坡路堑风化
高速公路路堑边坡监测与分析研究
山西省祁县G208公路某段深挖路堑边坡稳定性评价及防治对策
一种基于样本传播的图像风化方法
高边坡路堑监控量测技术控制要点
全风化花岗岩路基设计与应用
某高速公路复杂地质路堑高边坡防护工程设计
虚惊一场
随风化作满天星——吴江涛诗词读后
打老婆等
春风化丝雨润物细无声