弱膨胀土高填路堤的破坏分析及处治方案

第36卷第29期山西建筑V01．36No．292010年10月SHANXIARCHITECrUOct．2010·269·文章编号：10096825(2010)29—0269—02弱膨胀土高填路堤的破坏分析及处治方案郑鹏武董志明摘要：以广东梅河高速公路高填方弱膨胀土路堤为工程背景，根据Bishop法分析了路堤的破坏原因，最后提出了注浆钢花管与预应力锚索综合应用的处治方案，并增设了边坡内排水设施，实践证明本方案实施有效、安全可靠。关键词i高填路堤，弱膨胀土，破坏分析，注浆钢花管，预应力锚索中图分类号：U416．12文献标识码：A1工程背景动面，利用理正岩土软件边坡稳定分析模块自动搜索最危险滑裂面，计算出边坡稳定的安全系数。不考虑膨胀土引起附加应力梅河高速公路程江一华城K17+500～K17+800段为高填时，计算得到边坡安全系数为1．082；考虑膨胀土引起附加应力时方路堤，路堤边坡最高达五级，最大高度约46m，在近年多次强降计算得到边坡安全系数为0．976。从计算数值来看，根据现场取水后，第三级下边坡出现了一条自上而下的裂缝，路面出现裂缝、得的土层物理力学参数，路堤边坡安全系数在1．0左右，路堤边错台及局部沉降，路缘石及中央分隔带出现开裂等破坏现象。坡处于不稳定状态。考虑膨胀力作用后，路堤边坡的计算稳定系路堤边坡场地区域地貌属剥蚀残丘地貌。路堤两侧冲沟发数明显降低。育，北偏东侧冲沟在K17+220处由东向稍沿伸再以南北向直入表1各主要地层物理力学参数统计表丘陵后缘，南侧冲沟则以东向沿入转北东向直入斜坡后部，与北容重含水液限塑限塑性压缩粘聚内摩自由偏东侧冲沟近似合抱；两侧沟谷均较宽敞，植被发育，终年可见流地层名称量∞WLW指数模量力C擦角膨胀率水小溪；坡底北端及西端主要分布山间鸡爪形旱地和水田泽地。g／m-~％％％Es，^PakPa／(。)F／％该段路堤由半填半挖形成，下边坡长约117m，高约46．0m，下边填筑土1．8827．0O45．4828．2513．874．8735．5116．4835～39亚粘土1．87310O47．7827．7714．7441826．5812．O227～3O坡修坡坡度约1：1．5。全强风化变质页岩19326．O538．9024．9O14．005．3834．6016．152工程地质概况全强风化花岗岩20315．30281O21．506．609o643．1O31．40根据补充地质勘察报告_1J，失稳路堤边坡为土质～类土质边坡，坡体上部多为花岗岩风化残积土的填筑土(Q)，往下多为变质页岩风化残积土层和强风化变质页岩，基岩为震旦系变质页岩及震旦系地层下部侵入的燕山晚期花岗岩。场区填筑土中约90％来自于花岗岩风化形成的残积土，根据土层样品化验资料，该类土是一种特殊性土，粉粒含量在33％～85％之间，变异系数0．28，标准偏差14．1，可见填筑土体中粉粒含量高，土层颗粒变异变化大，粉粒矿物成分主要为高岭石、伊利石等亲水矿物，甚至还含有少量的蒙脱石，根据土样试验，该地层的自由膨胀率在39％～图1Bishop法计算模型简图45％之间，属于弱膨胀土的自由膨胀率范围_2J，可以判定为一种3．2破坏原因综合分析特殊性的弱膨胀土。场区内地下水按地下水的赋存特征及类型根据现场的勘察和监测资料，路堤填料软弱，填料以花岗岩主要可分为大气降雨流经坡体的地表水，赋存于土层中的孔隙水风化残积土为主，粉粒含量高，占33％-85％，由于粉粒矿物成分和赋存于基岩裂隙中的裂隙水三种类型，三者之间有着直接水力主要为高岭石、伊利石等亲水矿物，具有易渗水易软化的特点，填联系。其中基岩裂隙水分布最为广泛，土层孔隙水分布最无规筑土层自由膨胀率在39％-45％，为一种特殊性的弱膨胀土。路律，地表水则来去匆匆。堤在渗水的侵蚀下，容易逐渐软化、渗漏，长期以往，则易造成土3路堤破坏原因分析体松散、流失而导致水泥板下形成脱空。由于路堤边坡的填筑，破坏了土体原有平衡，再加上台风引3，1Bishop法计算分析起的连续强降水的作用，使土体和强风化的岩层含水量增大，重根据补充地质勘察成果，得到主要地层物理力学参数(见表1)。度增加，降低了土体粘聚力，软弱结构面处抗滑力迅速减弱；再加根据路堤边坡分级情况及坡率设计，并对路堤边坡地质情况进行上坡脚排水不畅，孔隙水压力不断增大，而造成坡脚应力过分集适当的简单化和模型化，得到Bishop法计算模型简图(见图1)。中和强度不足的蠕动变形，沿相对软弱面或结构面产生位移。结路面车道荷载及路面层自重综合考虑为等效均布荷载，大小合计算分析和现场监测数据，该路堤边坡处于很不稳定状态，滑近似为20．0kPa。膨胀力的作用方向为垂直于坡面向外。附加坡还在向大滑动发展，随时有形成大滑动的可能。膨胀力等效为作用于弱膨胀土层的外力，大小根据参考文献[3]和土工试验综合分析取12．23kPa。4处治方案路堤边坡稳定分析采用Bishop法，滑裂面形状假定为圆弧滑根据路堤边坡破坏原因，处治方案主要从改善土层物理力学收稿日期：2010，06—26作者简介：郑鹏武(1978一)，男，硕士，工程师，中国交通建设股份有限公司，北京100088董志明(1980．)，男，硕士，工程师，华杰工程咨询有限公司，北京100029 ．270．背山西建筑性能和加固滑动坡体着手。同时弱膨胀土在排水边界条件下路1)高填方路堤设计及施工中对于这种自由膨胀率在40％左基中含水量越高，水的入渗速度越大，含水量的变化受大气影响右的特殊性弱膨胀土，填料土应引起重视，特别是含有高岭石、伊越大_4J，而弱膨胀土路堤的CBR值主要受控于含水量和干密利石等亲水矿物时，应做相应的改良措施并加强排水措施。度5』。因此处治方案还要考虑加强边坡排水措施设计。路堤边2)注浆钢花管既能改善土层的物理力学性能，又能起到锚固坡设计高度46．0m，为台阶式边坡，共5级，但考虑到边坡已成地层，增加滑动面阻力的作用；而预应力锚索能直接提供抗滑阻形，为了减少边坡处治，依现有的边坡形态处理。路堤边坡处治力。注浆钢花管与预应力锚索的综合应用，能很好的处治这类路方案的目标安全系数取1．20，计算需抗滑力约为1472．0kN。堤边坡开裂、沉降、滑动等破坏。1)路面设3排怊9×4．5mm钢花管注浆加固；排距2．5m，3)通过方案实施近两年来现场监测，证实本处治方案实施有顺线路方向间距3．0m，梅花形布置，钢花管长度为16．0m～效、安全可靠，对以后类似的工程抢险事故有一定的参考意义。20．0m。参考文献：2)一级、二级、三级平台各设2排怊9×4．5ITlnl钢花管注浆；[1]梅河高速公路程江至华城段K17+500-800高路堤边坡病排距2．0m-4．0m，顺线路走向间距3．0m，梅花形布置，钢花管害补充地质勘察报告[R]．广州：广州地质勘察基础工程公长为18．0m～22．0m。司，2006．3)路堤一级下边坡采用0×4．5mm注浆钢锚管框架加固，[2]JTGD30—2004，公路路基设计规范[S]．框架顺线路方向间距为4．0m，共设3排，注浆钢锚管的设计长度[3]龚文惠，王元汉，郑俊杰．膨胀土高填方路堤稳定性的有限为18．0m，20．0m，22．0m，框架竖肋及横梁截面尺寸为0．3m(宽)元分析[J]．公路，2008(6)：31—32．×0．3m(厚)。[4]杨果林，刘义虎．膨胀土路基含水量在不同气候条件下的变4)路堤二级、三级下边坡采用4415．2预应力锚索框架加固，化规律模型试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2005(1)：8_9．框架顺线路方向间距为4．0m，共设3排，预应力锚索的设计长度[5]张季如，尹光辉，李明海．弱膨胀土特性及路堤填筑控制标自上而下分别为28．0m，28．0m，30．0m，框架竖肋及横梁截面尺准的探讨[J]．武汉理工大学学报，2003(1)：55—56．寸为0．5m(宽)×0．4m(厚)。[6]王辉，刘立方．注浆钢花管在高速公路边坡抢险中的应用5)在二级、三级、四级下边坡坡脚各设1排仰斜排水孔，孔深[J]．中南公路工程，2005(12)：23—25．分别为32．0m，40．0m，50．0m，仰孔向上翘5。～10。，顺线路方向[7]宋志伟．高速公路高填方路基边坡滑坡的鉴定与治理[J]．间距为4．0m。采用4130钻孔内塞带花孔的0PVC管。山西建筑，2009，35(2)：271—272．5结语Destructionanalysisandtreatmentprogramsofhigh．fillembankmentfilledwithlowexpansivesoilZHENGPeng-wuDONGZhi-miI唱Abstract：Takingthehigh-fillembankmentfilledwithlowexpansivesoilonMei—HeofGuangdongexpresswayasengineeringbackground，acomprehensiveanalysisofthere,asonsforthedestructionoftheembankmentisgivenaccordingtoBishopmethod，andfinallyproposingthetreatmentprogramswithintegratedapplicationofgroutingperforatedstelpipesandpre-stressedanchors，andinstallingadditionaldrainagefa—cilities．Practicehasprovedthetreatmentprogramseffective，safeandreliable．Keywords：high-fillembankment，lowexpansivesoil，destructionanalysis，groutingperforatedstelpipe，pre-stressedanchor(上接第140页)[D]．徐州：中国矿业大学，2007．[2]牛获涛．混凝土结构耐久性与寿命预测[M]．北京：科学出3结语版社。2003．1)氯离子侵蚀是一个漫长而又非常复杂的过程，需要多个学[3]王涛，刘秦，王磊．影响混凝土耐久性的主要因素及科共同合作。目前尚未对其形成一个统一的认识，因此，需要长预防措施[J]．河南建材，2009(2)：20—22．期对这方面的研究。2)我国目前还没有一个成熟的关于混凝土[4]韦豪，范军．浅谈混凝土结构耐久性[J]．山西建筑，耐久性的规范，但是出于对现有结构物以及在建结构物的耐久性2009，35(7)：80-81．考虑，应当依据现有研究成果提出防护措施和建议。[5]金伟良，赵羽习．混凝土结构耐久性[M]．北京：科学出版参考文献：‘社．2002．[1]昊庆．基于钢筋锈蚀的混凝土构件性能退化预计模型SteelcorrosionmechanisminconcreteandpreventionmeasuresZHAOZhi-qiangZUOLingAbstract：Thisthesisdiscussesthestelcorrosionmeha／lismintheproblemofStelreinforcedconcretedurability，introduceddiferentre—searchmethodsofcorrosion，andexploresstelcorrosionamountwhentheconcreteiscrackingandthepreventivemeasuresforpreventingehloridionerosion，whichhasanimportantsignificanceforimprovingthedurabilityofconcretestructures．Keywords：steelcorrosion，mechanism，corrosionamount，protectivemeasures