李 聰

山區(qū)高速公路路塹邊坡防護設(shè)計

李 聰

針對山區(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)計難度較大的情況,以湖南省龍山—永順高速公路為實例,對山區(qū)高速公路路塹邊坡防護設(shè)計形式分類介紹,并對設(shè)計要點進行了實例分析,以期為山區(qū)高速公路路塹邊坡防護設(shè)計提供一些幫助。

高速公路,山區(qū),邊坡,防護,設(shè)計要點

1 項目概況

湖南省龍山—永順高速公路主線全長 91.3 km,設(shè)計速度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。本項目的建設(shè)將縮短沿線地區(qū)與外界溝通的時空距離,可帶動湘西地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展,有利于推動該地區(qū)實現(xiàn)脫貧致富,保障湖南省全面建設(shè)小康社會。

2 項目特點

本項目穿越湘西山區(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)濕潤氣候區(qū),四季分明,熱量較足,雨量充沛。本項目受地形和地貌控制,初步設(shè)計階段橋隧比達 60%,高填深挖路段多,工程概算達 1.4億/km,被稱為湖南省設(shè)計最復(fù)雜、施工最困難、造價最高的高速公路。山區(qū)高速公路中,高橋墩、大跨徑橋梁是設(shè)計的重點,同時高填深挖路基設(shè)計也是勘察設(shè)計中最為復(fù)雜的部分,特別是路塹邊坡防護設(shè)計,是路基設(shè)計的關(guān)鍵部分,需引起足夠的重視。筆者以龍永路為實例,對山區(qū)高速公路路塹邊坡防護設(shè)計進行探討,具有典型性和代表性。

3 路塹邊坡防護設(shè)計的分類

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行普通防護設(shè)計就能滿足路塹邊坡穩(wěn)定性要求,一般直接采用草灌護坡、三維網(wǎng)植草灌護坡、客土噴播護坡、漿砌片石骨架護坡、漿砌片石窗式護面墻等。

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,采用治理與防護設(shè)計相結(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),有效控制水對邊坡穩(wěn)定性的影響。有條件的地段可同時采用邊坡放緩、清方減載和壓力注漿等治理措施。對于這類路塹邊坡,需要采用鋼筋混凝土方格骨架錨桿護坡、路塹擋土墻、樁板墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索護坡、SNS掛網(wǎng)護坡等邊坡防護設(shè)計,甚至多種防護形式相結(jié)合的設(shè)計方案。

4 本項目路塹邊坡防護設(shè)計介紹

4.1 路塹草灌護坡

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的土質(zhì)或強風(fēng)化的巖石路塹邊坡。草灌護坡施工簡便,價格低廉,在路塹邊坡防護設(shè)計中被廣泛使用。

4.2 路塹三維網(wǎng)植草灌護坡

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,可在多級邊坡中使用。客土噴播是將含有植物生長所需營養(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)。客土噴播可以改善邊坡土質(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)生長時,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)草灌護坡,不但能維持邊坡穩(wěn)定,而且造型美觀,是本項目路塹邊坡防護設(shè)計使用最多的防護形式之一(見圖 1)。

4.5 漿砌片石窗式護面墻

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;修筑護面墻前,對所防護的邊坡,應(yīng)清除風(fēng)化層至新鮮巖面,并立即修筑;護面墻的頂部應(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,單級護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,同時也常被用于處理路基邊坡滑坡、崩塌等路基病害。在本項目路塹邊坡防護設(shè)計中,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,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及適用范圍,在處理實際擋土工程時,應(yīng)對可能提供的一系列擋土體系的可行性作出評價,選取合適的擋土結(jié)構(gòu)形式,做到安全、經(jīng)濟、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設(shè)計時,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,增強邊坡穩(wěn)定,同時達到大大降低邊坡開挖高度和挖方工程量,最大限度的減少對原始邊坡破壞的效果。

實例分析：本項目 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 ～中 ～微風(fēng)化砂質(zhì)頁巖組成,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)面遇水強度降低,坡體淺部巖石沿陡傾角裂隙可能會產(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,第 1級,第 2級坡比采用 1∶0.75,第 3級～第 5級坡比采用 1∶1,路基橫斷面顯示,邊坡高度達到 50m (見圖 2左),對原有山體擾動較大,也增加了防護面積。在這種情況下,設(shè)計時應(yīng)增加主動工程防護措施,盡量放陡邊坡,減少邊坡高度。優(yōu)化設(shè)計后第 1級采用8m路塹擋土墻,第 2級,第 3級坡比為 1∶0.75并采用鋼筋混凝土方格骨架錨桿護坡設(shè)計進行邊坡加固,邊坡高度降低到 30m左右(見圖 2右),減少了對原始邊坡的破壞。同時采用坡頂截水溝,平臺截水溝,防止雨水沖刷,該路塹邊坡總體防護效果良好。

4.7 抗滑樁

抗滑樁是一種能迅速、經(jīng)濟、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。抗滑樁埋入滑面以下的部分稱為錨固段,滑動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,如果樁身強度及錨固段地層強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?？够瑯兜耐怀鰞?yōu)點是：抗滑能力強,尤其適用于滑坡推力大、滑動帶深的滑坡;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)備簡單,施工方便?？够瑯妒悄壳肮こ讨谢绿幹脩?yīng)用最廣的工程方法,技術(shù)成熟,效果明顯,但造價較高。

4.8 鋼筋混凝土方格骨架錨桿護坡

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

實例分析：本項目 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,對邊坡穩(wěn)定較不利。頁巖節(jié)理裂隙發(fā)育,易風(fēng)化碎落。針對地質(zhì)情況本項目采用的邊坡坡比和防護設(shè)計為：第 1級,第2級坡比為 1∶0.75,第 3級,第 4級坡比為 1∶1級,第 1級,第 2級,第 3級邊坡采用鋼筋混凝土方格骨架錨桿護坡,第 4級邊坡采用漿砌片石方格骨架內(nèi)草灌護坡,坡頂設(shè)置截水溝。

4.9 預(yù)應(yīng)力錨索護坡

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,鋼筋混凝土保護層為 35mm,搭接長度 35d。立柱與立柱之間采用厚層基材噴射植被護坡。預(yù)應(yīng)力錨索護坡,通常與路塹擋土墻、樁板墻配合設(shè)計,處治較復(fù)雜的欠穩(wěn)定和不穩(wěn)定的路塹邊坡,實際效果好,但對施工工藝要求較高。

4.10 SNS柔性網(wǎng)防護系統(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系統(tǒng),它和以圬工結(jié)構(gòu)為代表的傳統(tǒng)防護方法的主要差別在于系統(tǒng)本身具有柔性和高強度,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)外試驗和理論分析計算基礎(chǔ)上建立的標(biāo)準(zhǔn)化部件形式,使系統(tǒng)的設(shè)計計算原理趨于科學(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,同時可進行人工植被綠化,在美化環(huán)境方面的社會效益是其他方法無法比擬的。該系統(tǒng)包括覆蓋(主動防護)和攔截(被動防護)兩大基本類型,主動防護系統(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,從而實現(xiàn)阻止和限制崩塌落石危害的目的(見圖4)。

實例分析：本項目 K54左側(cè)有段長 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)堅硬,巖石較完整,邊坡較穩(wěn)定。由于該段邊坡離隧道進口不遠(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,若采用 1∶0.75和 1∶1放坡,邊坡高度將達到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,邊坡高度降低到 34m,大量減少了棄方和防護工程量。由于邊坡開挖爆破的施工過程中,擔(dān)心會對邊坡穩(wěn)定造成擾動,從安全的方面考慮,本項目對該路塹邊坡采用SNS掛網(wǎng)主動防護系統(tǒng),防止崩塌落石危害,同時坡頂設(shè)置截水溝,防止雨水沖刷。

5 動態(tài)設(shè)計與動態(tài)施工

設(shè)計人員應(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,對原有路塹邊坡設(shè)計進一步完善與優(yōu)化,實現(xiàn)“動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工”。在設(shè)計階段盡管對邊坡的地質(zhì)情況做了大量調(diào)查工作,但要想徹底搞清楚是很難的,時間和財力也是不允許的。而邊坡挖開后能對邊坡地質(zhì)情況有直觀明了的認(rèn)識,再結(jié)合現(xiàn)場的施工情況和監(jiān)測單位反饋的信息,重新審視原先設(shè)計,合理之處可以得到印證和總結(jié)提高,不妥之處及時修正,從而有效避免因防護不足而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的情況發(fā)生,或防護過當(dāng)而造成的浪費,使路塹邊坡設(shè)計更為合理。

6 結(jié)語

我國是個多山的國家,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)計難度大大增加,在進行路塹邊坡設(shè)計時必須結(jié)合實際地形、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設(shè)計方案,同時要注意“動態(tài)設(shè)計與動態(tài)施工”的原則在施工過程中進一步完善和優(yōu)化設(shè)計。本文以湖南省龍山—永順高速公路為實例,分類介紹了山區(qū)高速公路路塹邊坡防護設(shè)計形式,并對幾段邊坡防護設(shè)計進行實例分析,希望能使讀者在高速公路路塹邊坡防護設(shè)計中得到一點幫助。

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

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

[3] 劉 琴.高等級公路邊坡綜合防護與治理概述[J].中南公路工程,2003,28(1)：108-110.

[4] 廖云龍,潘 健.復(fù)合支護在高速公路路塹邊坡上的實際應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(4)：286-287.

The design ofm ountainous area depressed highway slope protection

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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)計院,湖南長沙 410008