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        混合巖風化層深路塹邊坡處治設計

        2023-10-18 16:03:54袁宏成
        工程機械與維修 2023年5期

        袁宏成

        摘要:混合巖風化層在我國多個省份有大面積分布,該地層未擾動前比較致密、承載力較高,擾動后強度迅速降低、軟化、崩解,自穩(wěn)性差?;谶吰路€(wěn)定性分析,結(jié)合工程實際,從穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等方面對某混合巖深路塹邊坡的處治提出“陡坡率+強支擋”的深路塹邊坡加固處治方案,對類似工程有一定的參考和借鑒作用。

        關(guān)鍵詞:邊坡;穩(wěn)定性分析;混合巖;路塹

        0? ?引言

        公路邊坡穩(wěn)定性處于動態(tài)發(fā)展,對降雨量、開挖支護流程等要求較為嚴格。本文基于邊坡穩(wěn)定性分析,結(jié)合工程實際,從穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等方面對某混合巖深路塹邊坡的處治提出“陡坡率+強支擋”的深路塹邊坡加固處治方案。在開挖環(huán)節(jié)按照要求采取加固措施,以促進公路工程穩(wěn)定性,提高工程安全系數(shù)。

        1? ?工程概況

        高州市潘洲大道北連接線工程,按照市政快速路及一級公路標準設計,主線按雙向八車道+輔道雙向四車道的標準進行建設,設計速度為80km/h,路基寬40m。場區(qū)屬粵西低山丘陵地貌,山體由第四系殘坡積層(Q4el+dl)黏性土及寒武系(∈bc)混合巖構(gòu)成。

        現(xiàn)狀山體較高大,形態(tài)復雜,山坡較陡峭,地形起伏變化大。線路切割的山體呈陡坡狀,山坡自然坡度約在25~42°,山坡植被發(fā)育。擬深挖路塹段位于高州市山美街道境內(nèi),線路呈約170°走向,經(jīng)過處地形陡峭,挖方地段位于道路K33+420~K33+860左側(cè),長度約460m,最大邊坡高度約50m。

        2? ?工程地質(zhì)條件

        滑坡區(qū)屬大陸型中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),年內(nèi)受季風影響大,冬季干燥寒冷,夏季潮濕酷熱,年溫差較大,春夏之間、為冷暖氣流交替過渡地帶,造成梅雨天氣,降雨主要集中每年的在4~9月,易造成洪澇災害。

        根據(jù)本次鉆探結(jié)果,結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查,場址區(qū)上覆第四系殘坡積層(Q4el+dl)下伏寒武系(∈bc)混合巖。場址區(qū)鉆探揭示地層由新至老描述如下。

        粉質(zhì)黏土(Q4el+dl):灰黃色、黃褐色、灰白色,由碎屑巖風化殘積而成,可塑、硬塑-堅硬狀,干強度高,韌性強,切面較光滑,稍有油脂光澤,無搖振反應。各鉆孔均有揭露,工程地質(zhì)性質(zhì)一般。

        全風化混合巖(∈bc):灰黑色、灰白色,巖石完全風化,巖芯呈土狀,局部夾強風化巖塊。各鉆孔均有揭露,揭露厚度約9.70~10.90m,工程地質(zhì)性質(zhì)一般。

        強風化土狀混合巖(∈bc):灰黑色、灰白色,條帶狀構(gòu)造,裂隙發(fā)育,巖芯呈半巖半土狀,用手易掰碎。揭露厚度7.30~21.90m,工程性質(zhì)一般。

        根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,場址區(qū)范圍內(nèi)未見明顯斷裂構(gòu)造形跡,本次勘察過程中,未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造和新構(gòu)造運動痕跡。

        場區(qū)位于山坡上部,地表無長年性水流,僅在在雨季有短暫地表徑流,雨季雨量充沛,地表徑流對坡面坡腳的沖刷較大。地下水由上部土層孔隙潛水和深部基巖裂隙水組成,含水量較小,其補給來源主要靠大氣降水的入滲補給,以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表,動態(tài)變化受季節(jié)控制明顯。本次勘察結(jié)果顯示,場區(qū)地下水穩(wěn)定水位埋深在6.0~15.5m。

        根據(jù)結(jié)合原位測試結(jié)合現(xiàn)場實際情況,依據(jù)有關(guān)規(guī)范、規(guī)程,結(jié)合本地區(qū)的工程經(jīng)驗,現(xiàn)推薦各主要巖土層的力學指標如表1所示。

        3? ?邊坡開挖方案及其穩(wěn)定性分析

        3.1? 邊坡開挖方案

        根據(jù)道路K33+420~K33+860段開挖情況,選取K33+700作為典型斷面進行穩(wěn)定性計算分析。由于左側(cè)邊坡巖土體主要為混合巖全-強風化層,依據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30-2015),采用Bishop法計算邊坡在正常工況下的穩(wěn)定性。

        邊坡開挖方案有3種。邊坡開挖方案1:將邊坡分為6級坡,坡率分別為1:1、1:1、1:1.25、1:1.25、1:1.5、1:1.5,邊坡平臺寬度為2m。邊坡開挖方案1如圖1所示。

        邊坡開挖方案2:將邊坡分為6級坡,坡率分別為1:1、1:1.25、1:1.25、1:1.25、1:1.25、1:1.5,其中第3級平臺寬度為6m,其他邊坡平臺寬度為2m。邊坡開挖方案2如圖2所示。

        邊坡開挖方案3:設置8m高樁板墻,邊坡分2級坡,其上邊坡坡率分別為1:1、1:1坡,邊坡平臺寬度為2.0m。邊坡開挖方案3如圖3所示。

        3.2? ?邊坡穩(wěn)定性分析

        對以上3種邊坡開挖方案進行穩(wěn)定性計算,計算結(jié)果如表2所示。相關(guān)規(guī)范規(guī)定,一級公路在天然狀態(tài)下,路塹邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不應小于1.20。從表2可以看出,按設計坡率進行開挖后,在沒有采取加固措施的情況下,方案1和方案2邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)均不滿足規(guī)范要求。相比較而言,在邊坡坡率放緩、平臺加寬的情況下,邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)得到了明顯提高。在采取合適的加固措施后,邊坡的穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求。

        4? ?提高邊坡開挖穩(wěn)定性策略

        邊坡開挖過程中,防護措施的選擇,對提高開挖過程的邊坡穩(wěn)定性具有重要意義。應對邊坡開挖穩(wěn)定性設計條件進行確定,評價坡體狀態(tài),不斷優(yōu)化設計方案,控制工程造價,確保邊坡施工穩(wěn)定性。在確保工期前提下,以施工效率高、投資產(chǎn)出比高為原則選擇適當支護方式。防護設計以“固腳強腰”為主,坡面防護一般采用骨架植草的方式,以發(fā)揮植被防護邊坡效果,增強邊坡穩(wěn)定性。

        針對混合巖邊坡,應根據(jù)工程實踐采取科學的分級開挖、穩(wěn)定措施,提高工程的可靠性。混合巖風化層地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復雜,為了提高施工可靠性和安全性,局部地段可采用強支擋如錨桿、錨索進行加固。

        施工過程中,應選擇適當施工期,加強施工過程中排水管控,及時開挖及時支護,提高對邊坡現(xiàn)場施工的變形監(jiān)測,減少不必要損失。

        全面分析混合巖風化層地質(zhì)特征,針對邊坡采取預加固防護措施,有利于規(guī)避施工過程中存在的塌方、滑坡等邊坡災害,提高邊坡穩(wěn)定性,合理控制工程造價成本,為后續(xù)相同地質(zhì)條件施工提供了理論指導基礎。

        5? ?邊坡加固方案比選

        5.1? ?方案1和方案2比較

        由于塹頂?shù)匦纹骄?,呈反坡趨勢,邊坡坡率放緩,導致增設寬平臺后,方案1邊坡高度為51.5m,方案2邊坡高度為49.5m。兩方案邊坡開挖高度基本一致,最高邊坡斷面征地寬度增加約11.2m。但方案1需要對第2、3、4級邊坡采取錨固措施,方案2僅需對第2、5級邊坡采取錨固措施。方案1錨固工程量大,同時邊坡坡率放緩,設置寬平臺,邊坡的自穩(wěn)性也相對較好。

        5.2? ?方案2與方案3比較

        采用強支擋方案可使邊坡高度降低為26.5m。因采用樁板墻加固,加固工程量較大,但征地寬度和開挖土石方大幅降低,對山體的開挖擾動影響較小,對自然環(huán)境的破壞也較小。

        5.3? ?確定最終方案

        對3種方案的加固工程量、征地數(shù)量以及開挖土石方數(shù)量等進行綜合比選,K33+420~K33+860段左側(cè)路塹邊坡如采用方案3開挖加固,總體造價略高,但考慮本項目廢方數(shù)量較大,K33+420~K33+860段邊坡如放坡開挖,占地大,對環(huán)境的破壞也較大。因此綜合比選之后,對本段邊坡推薦采用樁板墻+預應力錨索加固的設計方案。

        6? ?結(jié)束語

        混合巖風化層強度較低,遇水容易軟化,該類地質(zhì)情況下的深路塹邊坡極易誘發(fā)工程滑坡。本文基于邊坡穩(wěn)定性分析,結(jié)合工程實際,從穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等方面對某混合巖深路塹邊坡的處治提出“陡坡率+強支擋”的深路塹邊坡加固處治方案。在開挖環(huán)節(jié)按照要求采取加固措施,以促進公路工程穩(wěn)定性,提高工程安全系數(shù)。

        根據(jù)地形和地質(zhì)條件,在K33+420~K33+860段路塹邊坡,采用樁板墻+預應力錨索框架梁+框架梁內(nèi)噴播植草的處治方式,不僅可有效對邊坡進行加固,同時滿足了生態(tài)設計的要求。在無法采用緩邊坡大開挖且地下巖層能有效提供錨固力地段,可采取陡坡率+強支擋方案。同時,為了保證工程安全,實際施工時應采用“動態(tài)設計法”,通過施工坡體的變形監(jiān)測情況指導施工,必要時可對設計內(nèi)容作適當調(diào)整。

        參考文獻

        [1] 《公路路基設計規(guī)范》JTG D30-2015[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.

        [2] 《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T 3610-2019[S]. 北京:人民交通出版社股份有限公司,2019。

        [3] 《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》TB 10025-2019[S].北京:中國鐵道出版社,2019.

        [4] 潘洲大道北連接線初步設計勘察報告[R].中國公路工程咨詢集團有限公司,2021.

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