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        蘭州新區(qū)黃土路塹高邊坡勘察實錄

        2021-01-28 08:26:40俊,王
        黑龍江交通科技 2021年1期
        關(guān)鍵詞:坡率挖方坡體

        唐 俊,王 輝

        (安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)

        1 工程概況

        本挖方段高邊坡位于甘肅省蘭州新區(qū)西岔鎮(zhèn)境內(nèi),挖方長度約610.0 m,最大開挖高度約56.0 m。

        勘察采用工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、挖探、原位測試及室內(nèi)物理力學(xué)試驗相結(jié)合的綜合勘察手段,具體實物工作量見表1。

        2 自然地理條件

        勘察區(qū)深居內(nèi)陸,屬甘肅中部干旱區(qū),大陸性氣候顯著,其氣候特征是:降水稀少,氣候干燥,風(fēng)沙多,光照較短,蒸發(fā)量大。年均降水量263.4 mm,降水量的年際變化很大,年降水量變化率為23%,降水量在年內(nèi)分配很不均勻,多集中于7、8、9三個月,其降水量約占全年降水量80%以上。年均氣溫7.2℃,年均蒸發(fā)量1 785.6 mm,是降水量的6.8倍。年均日照2 768 h,無霜期144 d。晝夜溫差大。最大凍土深度1.25 m,標(biāo)準(zhǔn)凍土深度1.14 m。

        表1 完成實物工作量

        勘察場地位于龔巴川源頭處,地表水主要為黃河一級支流蔡家河及引大入秦灌溉渠等,場地內(nèi)河溝常年干涸,只有在暴雨時,才有水流通過。

        3 場地工程地質(zhì)條件

        3.1 地形地貌

        勘察區(qū)地貌單元屬于構(gòu)造剝蝕黃土丘陵地貌,微地貌為黃土梁、峁、山體斜坡、水間溝谷等,黃土梁峁丘陵由一些NW—SE向、近ES向相間排列的黃土梁峁丘陵與寬谷組成。山頂呈渾圓狀,山坡上緩下陡,呈凸形,上部坡度15°~20°,下部20°~35°,局部較陡,可達(dá)50°。海拔1 800~2 000 m。坡體上部主要被低矮的雜草及灌木覆蓋。如圖1所示。

        圖1 勘察區(qū)地形地貌

        3.2 地層巖性

        根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪和鉆探、挖探等勘察成果,挖方區(qū)上覆地層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q3eol)黃土層,如圖2所示。

        圖2 勘察區(qū)地層巖性

        3.3 地質(zhì)構(gòu)造

        根據(jù)勘察結(jié)果,結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)繪,邊坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單,未見影響邊坡穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造通過。

        3.4 新構(gòu)造運動與地震

        勘察場地新構(gòu)造運動表現(xiàn)形式以震蕩式垂直升降運動為主,場地地質(zhì)構(gòu)造基本穩(wěn)定,適宜工程建設(shè)。

        3.5 水文地質(zhì)

        根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭示,路塹范圍內(nèi)無地下水分布,其周圍坡麓地帶及沖溝內(nèi)亦未發(fā)現(xiàn)泉水出露,地表水由大氣降水補給,排泄順暢,水文地質(zhì)條件簡單。

        3.6 不良地質(zhì)及特殊性巖土

        (1)不良地質(zhì)

        強震區(qū):場地地震動峰值加速度為0.10 g,屬強震區(qū),邊坡設(shè)計時應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)防設(shè)計。

        (2)特殊性巖土

        黃土:根據(jù)黃土勘察資料,場地黃土具有濕陷性,自重濕陷量為1 291.50~2 652.75 mm,濕陷量為1 873.00~2 863.50 mm,場地黃土濕陷等級為Ⅳ(很嚴(yán)重)。路基設(shè)計高程以下黃土厚度為4.0~7.0 m,具有濕陷性,濕陷性的計算從基礎(chǔ)以下算起,濕陷等級為Ⅱ(一般)~Ⅲ(嚴(yán)重),路基基礎(chǔ)應(yīng)采取強夯或者換填處理。同時對邊坡坡面應(yīng)做好護(hù)面措施,防止雨水沖刷。

        季節(jié)性凍土:勘察區(qū)凍土主要為季節(jié)性凍土,標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1.14 m。路基填料特別是路床應(yīng)選擇粗粒料等抗凍性好的材料。

        4 工程地質(zhì)評價

        4.1 場地的穩(wěn)定性和適宜性

        勘察結(jié)果表明,未見影響邊坡穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造通過,適宜進(jìn)行本工程的建設(shè)。

        4.2 挖方邊坡穩(wěn)定性評價

        (1)邊坡開挖

        根據(jù)勘察,挖方段內(nèi)挖方土石的主體為黃土,為Ⅱ級普通土。其開挖邊坡坡率建議1∶0.75~1∶1.00,坡體設(shè)置2~6 m寬的平臺。

        (2)邊坡穩(wěn)定性分析及評價

        ①定性分析及評價

        邊坡最大開挖高度約56.0 m,開挖地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積(Q3eol)黃土,屬土質(zhì)邊坡,本次勘察按照1∶1.00坡率,邊坡局部坡率為45°,整體坡率約為40°考慮,坡體設(shè)置2~6 m寬的平臺,放緩邊坡綜合坡率,減小坡體的自重,有利于邊坡的穩(wěn)定。原始邊坡局部坡率最大達(dá)50°,仍處于穩(wěn)定狀態(tài),所以通過工程類比分析,開挖后的邊坡天然狀態(tài)下整體穩(wěn)定較好。

        ②定量計算及評價

        a.計算模型選取

        本段邊坡為土質(zhì)邊坡,潛在的破壞形式為圓弧形滑動,邊坡穩(wěn)定性驗算采用簡化Bishop法計算正常工況(天然狀態(tài))和非正常工況Ⅰ(暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài))下的穩(wěn)定性系數(shù)。

        b.參數(shù)選取

        根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果,參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)及同類工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)綜合確定巖土參數(shù)。

        濕陷性黃土邊坡穩(wěn)定性受雨水影響大,但由于勘察區(qū)位于甘肅中部干旱區(qū),降水稀少,氣候干,很難形成連續(xù)降水且降雨量很小,且坡體周邊排水條件好,邊坡難以形成穩(wěn)定的地下水位,所以在穩(wěn)定性定量計算中,暴雨或連續(xù)降雨工況下,邊坡不能整體統(tǒng)一進(jìn)行強度折減,而是應(yīng)根據(jù)坡體浸水深度,分段折減取值。

        本文勘察過程中,結(jié)合該區(qū)域黃土邊坡暴雨條件下的相關(guān)研究,初步擬定以下計算模型:暴雨或連續(xù)降雨條件下,坡體及開挖坡面設(shè)計高程5 m以淺范圍內(nèi)為雨水飽和區(qū);坡體及開挖坡面設(shè)計高程5 m以深范圍內(nèi)為雨水浸潤區(qū),巖土參數(shù)對應(yīng)進(jìn)行折減。各巖土層計算參數(shù)見表2。

        ③穩(wěn)定性計算

        本次邊坡穩(wěn)定性計算選用南京庫倫公司的GEO5巖土軟件。選取三個典型斷面進(jìn)行正常工況和非正常工況Ⅰ條件下的邊坡穩(wěn)定性計算。邊坡穩(wěn)定性計算公式如下,穩(wěn)定性計算結(jié)果見表3。

        表2 計算參數(shù)表

        (1)

        式中:Q為條塊上垂直方向外力;c、φ為巖土體強度參數(shù)有效值;W為條塊重量;α為各條塊滑面段的傾斜角度;b為條塊的水平寬度。

        表3 計算參數(shù)表

        ④邊坡穩(wěn)定性評價

        根據(jù)定性分析和定量計算結(jié)果,邊坡主體按照1∶1.00坡率放坡后,該段邊坡開挖后在正常工況和非正常工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

        4.3 防護(hù)加固措施

        結(jié)合邊坡高度、巖土體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性分析,邊坡按照設(shè)計斷面放坡后,在正常工況和非正常工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài);但在暴雨或連續(xù)降雨情況下,黃土抗沖刷能力差,易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌,建議對坡面采取骨架植物防護(hù)。同時應(yīng)設(shè)置好防滲及排水措施,在坡頂外5 m設(shè)截水溝,在平臺及坡腳設(shè)排水溝,將坡面匯水排出坡體外,并不得在影響邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)積水。

        為確保高邊坡的穩(wěn)定性,建議在坡腳采用擋墻進(jìn)行支護(hù)。

        5 挖方巖土體路用性能評價

        本段邊坡開挖后棄方主要為黃土。根據(jù)黃土素土材料試驗,黃土素土最大干密度為1.71 g/cm3,最佳含水率為16.20%,壓實度93%、94%、96%的CBR值分別為7.0%、8.3%、10.3%,基本滿足上路床路基填料填筑要求,但黃土以粉土為主,粉粒含量較高,作上路床路基填料填使用時,須進(jìn)行摻灰處理。根據(jù)該工點易溶鹽試驗,表層1 m深度范圍內(nèi)的易溶鹽平均含量小于0.3%,為非鹽漬土,對路基填料無影響。

        6 結(jié)論與建議

        (1)本段邊坡屬土質(zhì)邊坡,開挖主體黃土為Ⅱ級普通土。

        (2)場地屬強震區(qū),邊坡設(shè)計時應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)防設(shè)計。

        (3)路基設(shè)計高程以下黃土厚度為4.0~7.0 m,具有濕陷性,濕陷等級為Ⅱ(一般)~Ⅲ(嚴(yán)重);場地季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為1.14 m。路基填料特別是路床應(yīng)選擇粗粒料等抗凍性好的材料。

        (4)建議本段邊坡主體按1∶1.00的坡率放坡,坡體設(shè)置2~6 m寬的平臺,在正常工況和非正常工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。但在降雨情況下,黃土抗沖刷能力差,易造成坡面沖刷及順層面的局部淺層滑塌,建議對坡面采取骨架植物防護(hù)。同時應(yīng)設(shè)置好防滲及排水措施,在坡頂外5 m設(shè)截水溝,在平臺及坡腳設(shè)排水溝,將坡面匯水排出坡體外,并不得在影響邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)積水。同時建議在坡腳采用擋墻進(jìn)行支護(hù)。

        (5)挖方素土基本滿足上路床路基填料填筑要求,但黃土以粉土為主,粉粒含量較高,作上路床路基填料填使用時,須進(jìn)行摻灰處理。

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