袁水河 王天星
(云南省交通規(guī)劃設計研究院 云南昆明 650011)
隨著當前我國高速公路事業(yè)的飛速發(fā)展,高速公路施工技術也得到快速發(fā)展,但是部分公路深挖路塹邊坡工程施工中,受地形等因素的影響,在進行施工監(jiān)測與動態(tài)設計時往往受到制約。本組主要針對公路山洼路塹邊坡工程施工中易出現(xiàn)的問題進行分析,對施工監(jiān)測與動態(tài)設計問題進行探討。
近年來,在我國西部地區(qū),公路建設發(fā)展比較快速,但因為西部地區(qū)獨特的地質(zhì)條件,形成了和其他地區(qū)不同的地形地貌,反映在公路建設項目上,在進行深挖路塹邊坡工程時表現(xiàn)出來的問題就比較明顯。主要體現(xiàn)在兩個方面:①因為施工單位在施工前,沒有做好深挖方邊坡工程的防護工作,防護措施不足甚至沒有防護,或者在施工過程中操作不當,開挖后引發(fā)塌方或滑坡問題;②在開挖前施工單位雖然對邊坡工程做了防護措施,但措施保守、造價偏高,增加了施工難度。這兩方面問題的發(fā)生在客觀上是由工程本身的復雜性引起的,表現(xiàn)在兩個方面:①公路工程沿線較長,要經(jīng)過在多種多樣的地質(zhì)體,這些地質(zhì)體復雜多變,不好把握;②公路邊坡工程規(guī)模巨大,而勘查和試驗工作有限,給公路深挖路塹邊坡技術的認識和設計手段上造成了很大的局限。
公路深挖路塹邊坡工程有著復雜多變的特點,存在著各種各樣的問題,本文在公路深挖路塹邊坡施工的實踐經(jīng)驗上,對工程系統(tǒng)的動態(tài)設計和施工監(jiān)測進行了總結(jié)和研究,以促進公路工程建設進一步發(fā)展。
站在信息學的角度,根據(jù)對系統(tǒng)信息掌握的程度,可分為明確了解的白色系統(tǒng)和認識模糊的灰色系統(tǒng)。在公路深挖路塹邊坡工程中,勘查和設計階段認識是有限的,掌握的信息是局面的,屬于灰色系統(tǒng);而隨著施工的進行,接觸到真實的工程地質(zhì)體,掌握到的信息逐漸具體明確,信息認知轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨到y(tǒng)。在信息的灰色系統(tǒng)時,因為認知的局限性,對工程的防護設計做不到精確合理,但是如果在施工過程中不斷更新信息,對施工技術及時進行修改,就能是工程設計更切合實際,更加合理。施工完成后,為了給以后的相似工程提供借鑒,要對施工前的勘查、設計經(jīng)驗和施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié),以提高下一步的工程施工水平。
和水電、礦山等行業(yè)比起來,公路深挖路塹邊坡工程具有勘查深度低、施工周期短等特點。針對幾年來在公路建設中出現(xiàn)的各種問題,本文立足于公路工程實際,總結(jié)經(jīng)驗,吸取教訓,提出了以下幾方面的動態(tài)設計方法:①施工前進行詳細的地質(zhì)勘查。要對公路邊坡工程經(jīng)過的地質(zhì)特點進行深入勘查,明確巖體結(jié)構(gòu)特性,分析控制邊坡穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)面,對邊坡工程的地質(zhì)條件做到心中有數(shù)。②對影響公路邊坡穩(wěn)定性的因素,要從地質(zhì)力學、工程地質(zhì)類比等多角度進行分析,邊坡的整體穩(wěn)定性尤為重要,因為公路工程勘查設計時間比較短,主要是運用工程地質(zhì)類比法。③運用極限平衡、數(shù)值計算分析定量判斷公路邊坡工程的穩(wěn)定性。④根據(jù)穩(wěn)定性評判分析,對公路深挖路塹邊坡工程進行設計和施工。⑤要明確邊坡工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)特性,對其中的薄弱環(huán)節(jié)采取必要的防護措施,并對施工進行實時監(jiān)測,監(jiān)測方法要合理,確定重點監(jiān)測部位。⑥在邊坡施工過程中,要通過施工監(jiān)測,及時獲取工程地質(zhì)信息、技術信息、防護信息等,并依據(jù)信息對施工設計做出修改,保障工程順利進行。⑦工程完工后,要對施工過程中的設計資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié),以了解引起邊坡變形破壞問題的原因,分析不足,總結(jié)經(jīng)驗,為增強將來工程的穩(wěn)定性提供寶貴的經(jīng)驗。
以云南楚廣高速公路為例,該高速起于楚雄市,止于廣通鎮(zhèn),全長20.28km,于2014年12月建成通車。該高速主要經(jīng)過山區(qū)地帶,包含25座橋梁、34座涵洞及1座長隧道,在施工階段,深挖路塹邊坡施工量較大,本文也以該高速公路為例,對施工中施工監(jiān)測及動態(tài)設計的方法進行分析。
依據(jù)施工前勘查與穩(wěn)定性分析,進行開挖和防護設計。該路段邊坡工程是比較有代表性的深挖路塹邊坡工程,在施工前,對工程地質(zhì)運用測繪、槽探、鉆探等方法進行了勘查和物理力學性質(zhì)研究。該路段邊坡工程所處位置屬于丘陵地區(qū),從下到上分為七個層次:第一層泥巖,第二層細砂巖,第三層粉砂質(zhì)泥巖,第四層細砂巖,第五層泥質(zhì)粉砂巖,第六層細砂巖,第七層粉砂質(zhì)泥巖。緩坡或平臺的地質(zhì)大部分是泥巖結(jié)構(gòu),陡坡陡壁的地質(zhì)大部分是砂巖結(jié)構(gòu),是典型的近水平紅層砂泥巖互層邊坡。
通過勘查分析,軟巖夾層和陡傾結(jié)構(gòu)面是控制邊坡穩(wěn)定性的因素,邊坡巖體容易在這些層面產(chǎn)生滑動,引起破壞;陡傾結(jié)構(gòu)面是地表水下滲的通道,容易造成弱面軟化,而下滲的地表水填充陡傾縫隙后,產(chǎn)生的水壓力能使巖體前滑,導致邊坡不穩(wěn)。邊坡在整體上具有穩(wěn)定性,邊坡巖體在整體穩(wěn)定的基礎上,淺層有局部坍塌的可能。
根據(jù)邊坡地質(zhì)勘查和穩(wěn)定性分析,工程開挖坡比設計為1:1,防護設計以淺層加固為主,使用鋼筋混凝土框架梁,節(jié)點設有普通長錨桿,錨桿中部長度為20m,兩側(cè)長度為14m。
該路段地質(zhì)結(jié)構(gòu)中,第一、三、五層泥巖是弱面,影響著邊坡的穩(wěn)定性,是施工監(jiān)測的重點,但因為邊坡工程施工時間較短,為節(jié)約工期,監(jiān)測要進行動態(tài)設計。施工監(jiān)測設計內(nèi)容包括:a.地表變形監(jiān)測。在邊坡平臺和坡頂設置監(jiān)測點,觀察地表是否變形。b.坡體深部位移監(jiān)測。分別在邊坡的第7級和第4級平臺上中設置監(jiān)測孔,觀察邊坡是否滑動。c.對開挖工程地質(zhì)信息進行測繪。d.監(jiān)測施工技術信息和錨桿應力。監(jiān)測平面布置圖見圖1。
邊坡工程信息化施工分為四個階段,施工過程見表1。
開挖工程地質(zhì)信息和勘查資料基本一致,邊坡巖體不均勻,該高速公路首尾兩端巖體質(zhì)量存在差異。基于此項地質(zhì)信息,修改了工程原有設計,將部分長錨桿取消,加強一側(cè)坡腳,將漿砌片石護面墻改成鋼筋混凝土護面墻。由于工程地質(zhì)的差異性,取消了原防護設計中的鋼筋混凝土框架梁將錨桿抑制件改為墊墩。邊坡變形監(jiān)測主要運用地表監(jiān)測和深部位移監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測信息及時做出設計上的修改,保障開挖和防護工程的穩(wěn)定。
圖1 變形監(jiān)測平面布置圖
表1 高邊坡工程施工監(jiān)測與動態(tài)設計過程
在公路深挖路塹邊坡工程設計上,應采用動態(tài)設計法,施工前詳細勘查邊坡巖體結(jié)構(gòu),對影響邊坡穩(wěn)定性的因素進行正確判斷,在此基礎上設計開挖和防護工程。在施工過程中要進行動態(tài)監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測信息修改完善原有設計,施工完成后及時歸納總結(jié)經(jīng)驗。本文列舉的云南某高速公路深挖路塹邊坡工程,由于采取了合理的施工監(jiān)測和動態(tài)設計,其開挖和防護工程完成后基本趨于穩(wěn)定,為公路建設提供了很好的借鑒。
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