冯 荣
(山西路桥集团隰吉高速公路有限公司,山西 太原 030006)
边坡具有倾斜的临空面,在边坡土体自重或外界荷载作用下,边坡可能出现滑动变形,当边坡内部滑动面的下滑力超过抗滑力时,就会出现滑坡等安全事故,造成巨大的经济损失。边坡失稳受到很多因素的影响,且规模、数量、危害性大,会对施工现场人身安全和财产造成较大威胁。在高速公路建设过程中,经常会遇到深挖路堑,而土质路堑边坡稳定性差,边坡土体容易出现滑坡,必须采取有效措施进行支护。土质路堑边坡常见的支护方式有锚喷支护、土钉墙支护、预应力锚索支护和自攻旋进锚杆支护等方式,本文主要研究土质路堑边坡自攻旋进锚杆支护。结合高速公路土质路堑边坡支护施工案例,采用自攻旋进锚杆、钢筋网、喷射混凝土联合支护的方式对路堑边坡进行支护,并布置测点,对边坡土体表层和深度变形进行监测,收集数据绘制变形曲线分析路堑的变形情况,确定支护效果。
某高速公路3号边坡位于山坡下,原地面为斜坡山丘,开挖后呈阶梯状,标高为1 158.60 m~1 191.58 m。边坡土体主要为粘土、含碎石粘土、粉质粘土,上部覆盖有填土,土体呈褐红、褐蓝、兰黄褐。该区域地质构造复杂,下部岩层存在断层,局部破损严重,但总体稳定。该地区地下水主要为裂隙水,来源为大气降水,且含水量不大。该地区属潮湿气候,夏季多雨,且雨量大,冬季降水较少,年降雨量在1 250 mm~1 986 mm。边坡总高度为18 m,上部开挖分为两级边坡,每级边坡高度为8 m,上部边坡采用自攻旋进锚杆支护技术。下部边坡高度为2 m,采用浆砌片石护面墙支护。
通过现场走访、观察,现场勘查,对坡体、植被分布情况进行调查,并钻芯取样分析岩芯成分。通过对岩芯开展室内试验,确定物理力学参数。粘土容重为γ=19.6 kN/m3,内摩擦角φ=17°,粘聚力c=26 kPa;碎石粘土容重为γ=19.5 kN/m3,内摩擦角φ=15°,粘聚力c=21 kPa;粉质粘土容重为γ=20.1 kN/m3,内摩擦角φ=19°,粘聚力c=21 kPa;上部覆盖填土容重为γ=19.9 kN/m3,内摩擦角φ=10°,粘聚力c=9 kPa。
边坡观察发现边坡表层有较深的裂缝,土质边坡内部存在滑动面,存在滑坡危险。在无支护的情况下,进行边坡稳定性分析,计算边坡的安全系数,计算式如下:
边坡稳定性计算时进行了简化,结合施工现场实际情况,在边坡稳定性分析时仅对正常工况下进行计算,取边坡最大高度位置、最危险面边坡进行验算,计算求得未支护情况下边坡的安全系数Fs=0.48,由此确定土质路堑边坡稳定性较差,开挖后必须进行支护。
结合前期走访、观察结果,分析该土质路堑边坡在无支护条件下,自稳能力较差,容易出现滑坡事故。为了避免边坡出现变形失稳,必须采取措施对土质路堑边坡进行支护,提高边坡稳定性。
本项目土质边坡防护采用自攻旋进锚杆支护的方式。锚杆选用自攻旋进锚杆,是利用螺旋锚固技术,采用连续小旋丝质量分散中空结构。与传统锚杆相比,这类锚杆可以有效提高抗剪能力和抗弯能力,抗剪能力较同等级抗拉能级锚杆提高5倍以上,抗弯能力提高10倍以上。自攻旋进锚杆水平距离2.0 m,垂直间距2.0 m,入射角为12°,钻孔直径42 mm,锚杆长度有6 m和9 m两种型号。自攻旋进锚杆施工工艺简单,施工时锚杆钻机将锚杆旋入土层,然后再安装上托盘,并施加预紧力。锚杆安装过程中需要施加较大的安装扭矩,并合理调整旋丝高度、间距、旋进速度等施工参数,保证锚杆匀速平稳钻进。钢筋网制作采用φ8盘条,网格尺寸为200 mm×200 mm,钢筋网搭接长度不少于一个网格200 mm。喷射混凝土标号为C20,设计厚度100 mm。
为了防止土质边坡在防护过程中出现变形失稳,布置测点对边坡的变形过程进行监测,监测内容主要包括坡体表层变形监测和深度变形监测。本项目土质边坡主要存在坡体深部存在的断层、潜在滑动面等,需要在边坡内部安装多点位移计和钻孔测斜仪进行监测。对边坡容易产生变形的位置,布置测点进行沉降观测,掌握边坡变成土体的变形情况。本项目土质边坡监测点主要包括坡体表层变形监测和深度变形监测,测点布置如图1所示。土质边坡支护施工过程中,采用全站仪、水准仪和钻孔测斜仪对坡体变形情况进行监测,分析边坡的变形情况,确定支护效果。
按照监测方案对土质边坡表层变形和深度变形进行检测,收集数据绘制变化曲线。选取1—1,2—2两个监测断面作为研究对象,对监测结果进行分析。通过收集钻孔测斜仪监测数据,绘制边坡深度变形监测曲线如图2所示。收集坡体表层变形测点监测数据,绘制变形曲线如图3所示。
分析图2,图3曲线变化情况,可以得出土质边坡表面和深度的变形情况。从曲线的变化情况看,坡体表层变形和深度变形存在明显区别,且发展规律存在明显的不一致性。坡体深部变形随着测孔深度的增加,变形量不断下降,最后达到零位移,这主要受坡体支护施工的影响。在边坡体自身重力的作用下,自攻旋进锚杆的锚固力发挥得更加彻底,加固坡体使深度变形不断减小。
坡体表层变形总体上趋于稳定,但前期监测中出现了几次波动,这主要是受施工和降雨影响造成的。相较而言,B1-1和B2-1测点的变形较小,B1-2和B2-2测点变形量较大,但在观测20 d以后变形速度逐渐下降,变形幅度变形,监测25 d基本趋于稳定。上部边坡表面测点B1-1和B2-1前期变形较大,是受到边坡防护施工的影响,而下部边坡表面测点B1-2和B2-2变形量较大,但曲线变化总体比较平稳,这是由于上部结构支护完成,同时在坡体自重的影响下提高了锚杆的锚固效果,变形曲线逐步趋于平稳。总之,通过对土质路堑边坡进行支护,边坡土体的深度变形和表层变形得到了有效控制,达到了预期的加固效果。
土质路堑容易受到降雨、施工等因素的影响,出现变形失稳,必须采取有效措施进行支护。文章通过制定施工方案,布置测点对边坡表层变形和深度变形进行检测,分析检测数据得出以下结论:
1)坡体深度变形监测结果表明,随着深度的增加,变形量不断减少,最后变形量达到零位移,这主要是自攻旋进锚杆的锚固力发挥了作用。
2)坡体表层变形监测结果表明,监测前期变形量较大,这是由于受到施工和降雨影响造成的,后期变形量和变形幅度均不断下降,这是由于边坡支护结果发挥了作用。
总之,坡体支护后深度变形和表层变形均得到了有效的控制,边坡土体稳定,说明加固效果达到了预期效果。