山區(qū)公路路塹邊坡穩(wěn)定性分析

山區(qū)公路路塹邊坡穩(wěn)定性分析

在山區(qū)，由于地形、工程質(zhì)量和水文條件復(fù)雜，不良地質(zhì)現(xiàn)象很常見。在高標(biāo)準(zhǔn)道路建設(shè)過程中，為了滿足道路平面和垂直方向的要求，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一條深路，破壞自然山脈的平衡。此外，在外部自然因素的影響下，挖掘邊坡會(huì)風(fēng)化和侵蝕邊坡，容易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。貴州省位于中國西南腹地,屬淺內(nèi)陸地區(qū),大部分屬山嶺重丘地形,山巒起伏,地貌復(fù)雜,氣候多樣。在國家西部大開發(fā)的大好形勢下,近年來逐步加大了高等級公路的建設(shè)力度,但由于對特殊地形地質(zhì)認(rèn)識(shí)不足,加上設(shè)計(jì)、施工方面經(jīng)驗(yàn)不足等方面的原因,已經(jīng)建成或正在建設(shè)的部分高等級公路邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象較為嚴(yán)重,既延誤了工期,又造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)有關(guān)資料表明,往往一處邊坡塌方后修復(fù)的費(fèi)用比預(yù)先防治的費(fèi)用高出約3~5倍,甚至更高。因此,探討山嶺重丘區(qū)高等級公路路塹邊坡設(shè)計(jì)方法的合理性,為其它公路設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)是非常必要和迫切的。1主要原因是山區(qū)高架道路交叉口的穩(wěn)定性1.1高邊坡深路塹特點(diǎn)由于高等級公路平面、縱面線型指標(biāo)高,而山嶺重丘區(qū)地形起伏大,不良地質(zhì)現(xiàn)象比較普遍,為滿足高等級公路的指標(biāo)要求,深路塹(包括高邊坡和地質(zhì)不良的路塹)不可避免,加上高等級公路對邊坡穩(wěn)定性的要求高,開挖邊坡一般較緩,邊坡高度大于30m的深路塹較為常見。1.2邊坡坡度的確定方法巖體失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生,是巖體受力后出現(xiàn)壓縮變形、剪切位移和膨脹破裂的結(jié)果。巖體的結(jié)構(gòu)不同,其力學(xué)特性有較大的差異,破壞的形式亦不盡相同,尤其是路塹開挖后邊坡巖體的結(jié)構(gòu)面受多種因素的影響,因此,很難采用某一種方法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析,而需要具體情況具體分析,采用多種方法(如工程地質(zhì)類比法、力學(xué)分析法)進(jìn)行綜合分析和計(jì)算。工程地質(zhì)類比法是確定巖石或石質(zhì)土路塹邊坡坡度最基本的方法。它是根據(jù)詳細(xì)調(diào)查所獲得的巖石性質(zhì)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、擬用的施工方法、邊坡的高度等,參照當(dāng)?shù)匾呀坊倪吰聽顩r或自然極限山坡來確定設(shè)計(jì)開挖邊坡坡度。但由于現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范和手冊僅對一般路塹的邊坡坡度提出了推薦值,而貴州地區(qū)高等級公路建設(shè)尚處于起步階段,可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少。1.3滑坡分布地區(qū)滑坡是山區(qū)公路的主要病害之一。已經(jīng)建成或正在建設(shè)的高等級公路滑坡會(huì)造成交通中斷,影響公路正常運(yùn)輸,尤其大規(guī)模的滑坡會(huì)堵塞河道、摧毀公路、影響公路建設(shè)工期、大大增加工程投資等等。而貴州省是我國滑坡分布的主要地區(qū)之一,不僅規(guī)模大、類型多,而且分布廣泛、發(fā)生頻繁、危害嚴(yán)重,這一點(diǎn)已在近年來興建的高等級公路中得到印證。一般的滑坡,不談對建設(shè)工期的延誤,就修復(fù)費(fèi)用少則幾百萬,多則幾千萬,事后分析其原因,多數(shù)系對特殊地形地質(zhì)認(rèn)識(shí)不足。事先對易發(fā)生滑坡的地帶進(jìn)行深入的調(diào)查,勘探,判斷邊坡的穩(wěn)定性,按照防治結(jié)合、以防為主的原則,及時(shí)根治或繞避,那么,就可最大限度地減少滑坡的危害。2邊坡初勘及防治設(shè)計(jì)關(guān)興公路地處云貴高原東南斜坡地帶上,受自然切割及地質(zhì)構(gòu)造影響,道路縱向連綿起伏,橫向坡陡壁峭,高填深挖隨處可見,沿線發(fā)育有泥灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖、煤系地層以及灰?guī)r互層,巖層節(jié)理發(fā)育,巖體破碎,加上地下水比較發(fā)育,受氣候影響,全年多雨,且暴雨強(qiáng)度大,因此極易導(dǎo)致邊坡滑坡、危巖落石等路基病害。經(jīng)統(tǒng)計(jì),關(guān)興公路全線(全長約114.4km)深路塹約66處,最大開挖邊坡高度約100m。其中17處進(jìn)行邊坡防治設(shè)計(jì),其余作一般防護(hù)。為此,在初勘初設(shè)階段,我們通過路線地質(zhì)調(diào)查,擬定沿線可能造成滑坡的深路塹,提出初勘要求,根據(jù)初勘成果進(jìn)行初步穩(wěn)定性分析,經(jīng)多方案比選后,確定必須實(shí)施的可能造成滑坡的深路塹,在詳勘施工圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)行詳細(xì)勘探,經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、具體防治方案比選后,提出防治措施。邊坡防治設(shè)計(jì)一般采用錨噴支護(hù),一般高邊坡以防止落石為目的進(jìn)行噴漿或噴混凝土防護(hù)。具體設(shè)計(jì)過程如下。2.1臺(tái)階型邊坡設(shè)計(jì)目前,深路塹邊坡的形狀一般有直線型、折線型和臺(tái)階型三種。但對于高等級公路,因交通量大,要求運(yùn)行質(zhì)量高,建成后如發(fā)生病害,養(yǎng)護(hù)維修將十分困難,而臺(tái)階型既對邊坡穩(wěn)定有利,還可作為零星塌方、碎落物的臨時(shí)停積位置,可起到開闊視野、改善景觀的作用,并為養(yǎng)護(hù)人員提供通道。為此,設(shè)計(jì)中一般采用臺(tái)階型。具體設(shè)計(jì)為:對硬質(zhì)巖石深路塹,邊坡高度20m以內(nèi)可一坡到頂,超過20m的邊坡按每20m設(shè)置一級平臺(tái),寬1.5m;對軟質(zhì)巖石深路塹和地質(zhì)不良的路塹,邊坡高度10m以內(nèi)可一坡到頂,超過10m的邊坡按每10m設(shè)置一級平臺(tái),寬1.5m。但對需錨桿或錨索加固的邊坡,則根據(jù)施工要求設(shè)置平臺(tái)寬度,一般取2~3m。平臺(tái)一般設(shè)有4%向路側(cè)坡度便于排水,除堅(jiān)硬巖石邊坡外,平臺(tái)必須進(jìn)行噴漿(混凝土)防護(hù)。2.2邊坡坡率及深路塹對于地質(zhì)條件較簡單的深路塹,邊坡坡度主要按照工程地質(zhì)類比法確定;當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較復(fù)雜時(shí),以工程地質(zhì)類比法、赤平極射投影法等定性的分析方法為主,輔以極限平衡法、有限元法等力學(xué)分析法綜合評價(jià)確定。對于地層單一、巖層傾向無不利影響的深路塹,硬質(zhì)巖石挖方邊坡一般坡率取1∶0.5,特殊極陡自然邊坡處可取1∶0.35;軟質(zhì)巖石挖方坡一般坡率取1∶0.75,自然坡度較陡處可取1∶0.5。對地質(zhì)條件較復(fù)雜的深路塹,則需根據(jù)工程地質(zhì)勘探結(jié)果,對巖層節(jié)理進(jìn)行測量統(tǒng)計(jì),對巖體構(gòu)造、風(fēng)化程度、各種結(jié)構(gòu)面性狀、自然邊坡及其塌陷情況、人工開挖邊坡的穩(wěn)定性及變形破壞模式等進(jìn)行更深入地調(diào)查,結(jié)合巖土力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果和物探波速等綜合確定有關(guān)參數(shù),如巖層層面之間的C、Φ值等等,據(jù)此分析邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型、巖體質(zhì)量和可能的變形破壞模式,采取相應(yīng)的措施進(jìn)行防治,從而確定可行的、經(jīng)濟(jì)合理的開挖邊坡坡率。在全線17處進(jìn)行防治設(shè)計(jì)的深路塹中,軟質(zhì)巖石或有軟質(zhì)巖石夾層的,順向巖層傾角在10°~20°之間時(shí),開挖邊坡一般取1∶0.75~1∶1;受結(jié)構(gòu)面或構(gòu)造面控制的存在滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象的硬質(zhì)巖石深路塹,開挖邊坡一般取1∶0.5~1∶0.75。2.3加固硬質(zhì)基礎(chǔ)薄弱地邊坡發(fā)生率高等級公路深路塹邊坡排水、防護(hù)及防治,主要是保護(hù)路基邊坡坡面免受雨水沖刷,減緩溫度及濕度變化的影響,防止或延緩軟弱巖土表面的風(fēng)化、破碎、剝蝕演變過程,保證路基穩(wěn)定,改善生態(tài)平衡,美化路容。在關(guān)興公路深路塹邊坡排水、防護(hù)及防治設(shè)計(jì)中,主要措施為:(1)對易風(fēng)化軟巖、裂隙和節(jié)理發(fā)育、坡面不平整、破碎較嚴(yán)重的石質(zhì)挖方邊坡,采用掛網(wǎng)噴漿防護(hù),厚度8cm,砂漿強(qiáng)度不低于M10,為減少砂漿干裂裂縫對強(qiáng)度的影響,在砂漿層中加設(shè)一層鋼筋網(wǎng)或高強(qiáng)聚合物土工格柵(CE系列)。(2)對邊坡高度大于50m或采取錨桿、錨索加固的特殊邊坡則采用掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù),厚度15cm。(3)對堅(jiān)硬不易風(fēng)化的硬質(zhì)巖石挖方邊坡,節(jié)理裂縫多而細(xì)者采用勾縫,大而深者采用灌漿;夾有松散層處采用護(hù)面墻。(4)對軟質(zhì)巖石或有軟質(zhì)巖石夾層的順向巖層挖方邊坡,受結(jié)構(gòu)面或構(gòu)造面控制的、存在滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象的硬質(zhì)巖石挖方邊坡,采用錨桿或錨索掛網(wǎng)噴混凝土防治,錨桿長度一般6~20m,錨索長度一般20~34m。(5)對于地表水的排除,利用邊溝、截水溝等排水設(shè)施,將流向路基的山坡水和路基表面水分段截留,引入自然溝谷,排出路基范圍之外。對地下水的處理,應(yīng)與地表水的排除統(tǒng)一考慮,因地制宜,設(shè)置必要的地下排水設(shè)施,如滲溝、暗溝等,以便疏干邊坡的地下水,保證邊坡的穩(wěn)定。2.4藤本植物綠化本工程巖石深路塹邊坡較多,為美化路容,邊坡開挖后,采用具有吸盤的爬山虎、啤酒花、山葡萄等攀援性藤本植物進(jìn)行綠化,綠化效果好且成本低廉,是值得推廣的綠化手段之一。3應(yīng)遵循山地大橋設(shè)計(jì)的一般原則3.1重丘區(qū)公路的立地條件分析以往,人們習(xí)慣認(rèn)為公路滑坡不是什么大不了的事情,跨了再修,不會(huì)有太大的影響,那是針對低等級公路,而且邊坡也不是很高的情況而言。對山嶺重丘區(qū)高等級公路來說,挖方邊坡高,運(yùn)營質(zhì)量要求高是其突出的特點(diǎn),一旦出現(xiàn)滑坡,就會(huì)造成交通中斷,影響公路正常運(yùn)輸,尤其大規(guī)模的滑坡會(huì)堵塞河道、摧毀公路、影響公路建設(shè)工期、大大增加工程投資等等。因此必須充分認(rèn)識(shí)滑坡的危害性。3.2地質(zhì)勘探和調(diào)查工作山嶺重丘區(qū)高等級公路深路塹邊坡設(shè)計(jì)首先應(yīng)以穩(wěn)定為前提,而穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)是地質(zhì)勘探和調(diào)查資料,因此必須強(qiáng)化地質(zhì)勘探和調(diào)查工作,尤其是一般容易忽視的對當(dāng)?shù)匾呀ǔ缮盥穳q的設(shè)計(jì)和使用情況的調(diào)查、分析和總結(jié)工作。以便提供準(zhǔn)確、可靠的地質(zhì)參數(shù),決不能抱有僥幸心理,為節(jié)省費(fèi)用忽視這個(gè)環(huán)節(jié)。3.3采用多種方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性的分析方法由于路塹開挖后邊坡巖體的結(jié)構(gòu)面受多種因素的影響,以目前的技術(shù)手段,很難采用某一種方法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析,而需要具體情況具體分析,采用多種方法(如工程地質(zhì)類比法、力學(xué)分析法)進(jìn)行綜合分析和計(jì)算。3.4降低路基病害的方案比選在山嶺重丘區(qū)高等級公路設(shè)計(jì)中,深路塹是不可避免的,但如果重視方案比選和優(yōu)化設(shè)計(jì)工作,深路塹的數(shù)量是可以減少,深路塹的防治費(fèi)用也是可以降低的,同時(shí)也可避免施工和運(yùn)營過程中出現(xiàn)滑坡等路基病害。方案比選和優(yōu)化設(shè)計(jì)工作主要分三個(gè)步驟:(1)在初測、初步設(shè)計(jì)階段平面選線時(shí),進(jìn)行多方案比選,可盡量避免深路塹的出現(xiàn)。(2)確實(shí)不可避免時(shí)與隧道、明洞和棚洞等方案進(jìn)行比選。(3)確定深挖方案后,在定測、施工圖設(shè)計(jì)階段還需在邊坡穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上,做出包括開挖、支護(hù)費(fèi)用在內(nèi)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,然后從中確定最優(yōu)化的邊坡設(shè)計(jì)方案。3.5綜合治理措施的種類絕大多數(shù)的邊坡失穩(wěn)都是由于多種因素的作用造成的,因此不宜采用單一的防治