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        某公路路塹高邊坡穩(wěn)定性分析及支護設(shè)計思考

        2021-06-13 09:58:20楊光清徐峰李海平
        交通科技與管理 2021年5期
        關(guān)鍵詞:支護設(shè)計高邊坡穩(wěn)定性分析

        楊光清 徐峰 李海平

        摘 要:以某在建公路路塹高邊坡為例,結(jié)合工程地質(zhì)條件詳細分析路塹高邊坡潛在破壞模式,采用極限平衡分析法開展邊坡開挖前后不同工況條件穩(wěn)定性研究,采用綜合治理措施的設(shè)計思路,提出針對性的邊坡支護設(shè)計方案,可為類似路基邊坡設(shè)計提供借鑒。

        關(guān)鍵詞:深挖路塹;高邊坡;穩(wěn)定性分析;支護設(shè)計

        0 引言

        隨著基礎(chǔ)交通設(shè)施的開發(fā)建設(shè),公路建設(shè)重心向山區(qū)轉(zhuǎn)移,在復(fù)雜的地形、地貌、水文和地質(zhì)條件下,公路無法避免的形成諸多高邊坡,這些高邊坡在建設(shè)中如果沒有采取合理設(shè)計、支擋,將在建設(shè)或運營過程中產(chǎn)生大量病害[1-2]。為了提高公路路基邊坡穩(wěn)定,解除路塹高邊坡對公路的威脅,在開展公路邊坡設(shè)計的過程中,我們需要詳細的調(diào)查邊坡所處的氣象水文、地形地貌、地層結(jié)構(gòu)等工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料,根據(jù)地質(zhì)資料建模進行穩(wěn)定性分析,在保證路基邊坡穩(wěn)定的情況下結(jié)合環(huán)境保護的理念,選用合理的邊坡坡率及邊坡支擋形式。

        1 工程概況與工程地質(zhì)環(huán)境

        1.1 工程概況

        某擬改擴建公路采用雙向四車道一級公路、路基寬度20 m、設(shè)計車速60 km/h的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。其中,K51+335~K51

        +395段右側(cè)為土石二元介質(zhì)邊坡,路線通過該路段勢必形成路塹高邊坡,上覆碎石土層厚度11 m~12 m;其下為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖,厚度13 m~13.5 m;下伏強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。原有公路運營多年,邊坡整體穩(wěn)定性良好,該路段既有公路邊坡裸露,主要問題是風(fēng)化剝落和局部零星掉塊問題,在雨季集中、連續(xù)降雨期間偶有局部滑塌和掉塊情況,邊坡及所在斜坡整體穩(wěn)定性良好,既有問題多為坡面表層問題。邊坡開挖后,原有的平衡狀態(tài)被打破,邊坡存在類土質(zhì)圓弧滑動破壞及土巖界面滑動破壞的風(fēng)險。

        1.2 工程地質(zhì)環(huán)境

        工區(qū)位于北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年平均降水量571.7 mm,主要集中于7-9月份。場地地貌單元屬構(gòu)造剝蝕低山區(qū),邊坡自然斜坡坡度約25°~75°,地形起伏較大;邊坡原地層主要為上覆碎石土(Qdl4),層厚度8 m~18 m,受地形條件控制,土層厚度變化較大;其下為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖(∈m),厚度13 m~13.5 m;下伏強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖(∈m)。

        2 邊坡現(xiàn)狀-開挖后穩(wěn)定性分析

        2.1 工況選取及計算方法

        (1)計算工況。根據(jù)項目區(qū)地理條件及周邊環(huán)境條件,選取以下兩種工況:

        工況一:天然狀態(tài)+自重;

        工況二:暴雨狀態(tài)+自重。

        (2)安全系數(shù)選取。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTJ D30-2015)[3]規(guī)定:一級公路路塹邊坡的安全系數(shù)應(yīng)采用1.20~1.30;考慮多年暴雨的附加作用影響時,安全系數(shù)應(yīng)采用1.10~1.20。

        根據(jù)上述規(guī)定,本次路塹邊坡在工況一安全系數(shù)取K=1.20;工況二安全系數(shù)取K=1.15。

        (3)計算方法。目前用于計算邊坡穩(wěn)定性的方法可以大致分為3類:極限平衡分析法、數(shù)值分析法和概率法。而極限平衡法是目前用得最多、最為成熟的一種計算方法[4]。對折線形滑動面采用基于極限平衡理論的不平衡推力法(隱式解法)進行穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力計算,對圓弧形滑動面,采用簡化Bishop法計算[3]。本邊坡為土巖混合邊坡,邊坡破壞模式存在土巖界面滑移穩(wěn)定性問題、松散土體和軟質(zhì)破碎巖體出現(xiàn)類土質(zhì)邊坡圓弧滑移破壞問題、風(fēng)化剝落及土體溜滑問題,故本邊坡穩(wěn)定性采用不平衡推力法(隱式解法)、簡化Bishop法進行計算。

        (4)巖土參數(shù)。在參考地質(zhì)成果報告基礎(chǔ)上,結(jié)合反演分析確定選用指標(biāo):

        2.2 邊坡現(xiàn)狀反演算分析

        反演算采用類土質(zhì)邊坡圓弧滑動破壞反演算分析及土巖界面穩(wěn)定性問題邊坡反演算分析:

        現(xiàn)狀坡面類土質(zhì)邊坡圓弧滑動破壞驗算:天然工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.053(基本穩(wěn)定狀態(tài));暴雨工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.046(欠穩(wěn)定狀態(tài))。

        現(xiàn)狀坡面土巖界面滑動破壞驗算:天然工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.284(穩(wěn)定狀態(tài));暴雨工況下為穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.217(穩(wěn)定狀態(tài))。

        該坡面現(xiàn)狀裸露,整體穩(wěn)定性良好,雨季集中期間偶有局部滑塌和掉塊情況,計算結(jié)果與邊坡現(xiàn)狀吻合,巖土參數(shù)選取合理。

        2.3 邊坡支護方案初擬

        邊坡形式一般有折線式和臺階式邊坡,設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體路段邊坡的土體特性、地形、地貌、邊坡開挖高度及是否存在不利滑動面等因素[5],采用不同形式坡率及防護形式。根據(jù)場地地質(zhì)條件,遵循對原坡面盡可能少的擾動原則,擬定采用臺階式邊坡,第一級邊坡坡面垂直,采用抗滑樁支護,第二級及以上邊坡坡率1:0.75,采用錨索(桿)框架支護,每級邊坡坡高不超過10 m,坡腳碎落臺1.5 m,邊坡平臺2 m,結(jié)合坡面排水防護措施,邊坡最大高度達30 m。

        穩(wěn)定性計算分析:

        說明:穩(wěn)定性系數(shù)<1,為不穩(wěn)定,1≤穩(wěn)定性系數(shù)<1.05,為欠穩(wěn)定,1.05≤穩(wěn)定性系數(shù)<安全系數(shù),為基本穩(wěn)定,安全系數(shù)≤穩(wěn)定性系數(shù),為穩(wěn)定[6]。

        由上表知:

        邊坡土巖界面滑動破壞現(xiàn)狀:天然工況下為穩(wěn)定;暴雨工況下為穩(wěn)定。

        開挖后未支護:天然工況下為穩(wěn)定;暴雨工況下為穩(wěn)定。

        邊坡類土質(zhì)圓弧滑動破壞現(xiàn)狀:天然工況下為基本穩(wěn)定;暴雨工況下為欠穩(wěn)定。

        開挖后未支護:天然工況下為不穩(wěn)定;暴雨工況下為不穩(wěn)定。

        開挖后且支護:天然工況下為穩(wěn)定;暴雨工況下為穩(wěn)定。

        通過對比分析得出,該邊坡未開挖前,邊坡整體穩(wěn)定性較好,雨季集中季節(jié)局部會出現(xiàn)滑塌失穩(wěn)情況等坡面表層問題;邊坡開挖后,原有的平衡狀態(tài)被打破,邊坡穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求,邊坡破壞模式為類土質(zhì)圓弧滑動破壞,因此,通過對邊坡采取支擋防護加固,支護后邊坡穩(wěn)定性兩種工況下均滿足規(guī)范要求。

        3 邊坡支護設(shè)計

        根據(jù)支擋位置滑坡推力水平分力2 341.8 kN/m,對該處支擋進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。第一級邊坡設(shè)置錨拉樁板墻,坡高10 m,第二、三級邊坡采用1:0.75坡比放坡,坡高按10 m控制,第二級坡面采用錨索框架防護,第三級坡面采用錨桿框架防護,框架內(nèi)掛CF網(wǎng)植草防護,坡腳碎落臺1.5 m,邊坡平臺2 m,平臺及邊坡后緣設(shè)置截水溝;坡面輔以仰斜式排水孔的綜合治理措施。施工時嚴(yán)格遵循“逐級開挖、逐級防護”原則,落實好施工期間的巡查監(jiān)控,如邊坡出現(xiàn)異常應(yīng)及時通知業(yè)主、設(shè)計單位,共同商量對策,確保邊坡穩(wěn)定,施工安全。

        4 結(jié)束語

        通過實際工程案例詳細解析路塹高邊坡設(shè)計過程,在地勘工作完成的基礎(chǔ)上,對邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性有了初步的認識,判斷其可能出現(xiàn)的破壞類型,根據(jù)行業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)方法進行定量分析計算,最終得出最優(yōu)設(shè)計方案,得出以下結(jié)論:

        (1)巖土參數(shù)的選取是邊坡穩(wěn)定性分析計算的根本,尤為重要,在參考地質(zhì)成果報告基礎(chǔ)上,結(jié)合反演分析復(fù)核確定選取巖土參數(shù)。

        (2)由于巖土工程復(fù)雜性,邊坡穩(wěn)定性計算應(yīng)多方面考慮,通過對可能出現(xiàn)的破壞模式,分別進行穩(wěn)定性計算。

        (3)邊坡穩(wěn)定性受大氣降雨的影響非常大,“十滑九水”十次滑坡九次跟水有關(guān)。所以在支護設(shè)計中邊坡內(nèi)部、坡面排水不能忽略。

        (4)邊坡形式、坡率及支護措施的選擇上,應(yīng)結(jié)合安全、經(jīng)濟合理、施工可行、因地制宜的原則,本工程案例場區(qū)巖體受構(gòu)造影響,巖層產(chǎn)狀較亂,褶曲較為發(fā)育,巖體較為破碎,覆蓋層較厚,含有較多碎塊石分布,所以在設(shè)計中應(yīng)盡可能避免對原有坡面大面積擾動,因此前期造價上成本較高,但是公路工程作為長久營運工程,經(jīng)濟方面應(yīng)從全壽命經(jīng)濟方面考慮,提高建設(shè)成本,可以很大程度降低其運營維護成本,符合安全、經(jīng)濟合理原則。

        參考文獻:

        [1]柴賀軍,李海平,王俊杰.山區(qū)公路斜坡地形路基病害類型及處治方法[J].公路交通技術(shù),2008(6):1-5.

        [2]胡浩.山區(qū)公路滑坡災(zāi)害的研究與防治[D].長沙:中南大學(xué),2010.

        [3]中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司.JTGD30—2015,公路路基設(shè)計規(guī)范[S].人民交通出版社股份有限公司,2015.

        [4]陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析(原理.方法.程序)[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

        [5]李學(xué)紅.高邊坡支護結(jié)構(gòu)設(shè)計施工淺析[J].福建建材,2013(7):68-69.

        [6]中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司.JTG/T3334-2018,公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范[S].人民交通出版社股份有限公司,2013.

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