高速公路路堑边坡滑坡机理及其加固技术探讨_王惠勇

第30卷,第2期中南公路工程Vol.30,No.22005年6月CentralSouthHighwayEngineeringJun.,2005高速公路路堑边坡滑坡机理及其加固技术探讨12344王惠勇,李玉娟,肖梅峰,芮勇勤,郑健龙(1.江苏省交通科学研究院,江苏南京
210017;
2.中材国际南京水泥工业设计研究院,江苏南京
210029;
3.广东交通工程造价管理站,广东广州
510500;
4.长沙理工大学道路与交通工程系,湖南长沙
410076)[摘
要]针对耒阳至宜章高速公路G标段k244+400~800段开挖路堑边坡引起的滑坡问题,在论述该滑坡形态特征的基础上,分析了该路堑边坡的滑坡机理,提出了相应经济、合理的边坡防护加固措施。[关键词]道路工程;路堑边坡;预应力锚索抗滑桩;加固措施;滑坡机理[中图分类号]U416


[文献标识码]B


[文章编号]1002
1205(2005)02
0080
03LandslideMechanismofFreewayCutSlopeandStabilizationTechnologyWANGHuiyong1,LIYujuan2,XIAOMeifeng3,RUIYongqin4,ZHENGJianlong4(1.JiangsuTransportationResearchInstitute,Nanjing,Jiangsu210017,China;
2.NanjingCementIndustrialDesignandResearchInstituteofChinaMaterialsInternational,Nanjing,Jiangsu210029,China;
3.GuangdongCostAdministrationofCommunicationsConstructionEngineering,Guangzhou,Guangdong510500,China;
4.SchoolofHighwayEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha,Hunan410076,China)

[Keywords]highwayengineering;cutslope;reinforcedcableant-islidepile;stabilizationmeasures;landslidemechanism

耒阳至宜章段G标段k244+400~800段滑坡山体稳定的抗滑力,使得山体产生滑移,形成了明显位于郴州市许家洞镇谢家湾村境内,该区原始地貌裂缝,该滑坡裂缝具有延伸长度大,且由南往北逐渐单元为丘陵及山间冲积洼地。滑坡处山坡呈
凹
形向上爬升,南部滑坡裂缝宽度大(1.00m),深度深坡,坡面向西倾斜,坡顶标高307.60m,坡面植被发(2.00m),而由南往北,宽度渐小,深度渐浅,直到裂育。沿丘陵山脚有一条小河蜿蜒由南向北流过,小缝
消失
的特点。滑塌区横向长约190m,纵向长约河西侧多为菜地,菜地标高135.00m左右,因修筑180m。根据钻探揭露情况,该路段的岩性较为复路堤,小河现已改道,西移至路堤以西。耒宜高速公杂。基岩主要为砂质页岩、砂岩、局部为粉砂岩,且路在该路段由北向南沿着山麓坡脚或坡腰下部以一呈互层相间出现,岩层中夹有煤层,煤质较差,岩层定曲率通过,南与谢家湾中桥相接。公路左侧山坡产状以S235
W,
20
为主。下缓上陡,由于古滑坡的原因形成了较明显的陡坎,1
滑坡机理分析陡坎以上坡度为30
~50
,陡坎以下坡度在10
~20
之间。在k244+625~800段由于古滑坡而形成1.1
滑坡机理了一滑坡平台,该滑坡平面地势较平坦,坡度在4
路堑的开挖是古滑坡复活的直接原因,同时,煤~6
之间,标高变化于162.00~170.00m间,东西向层的特性及雨水的作用对促进滑坡的产生和增大滑长约100m,该平台位于古滑坡的坡脚并维持其稳坡的规模起了重大作用。k244+625~800段原为古定,现因公路路堑开挖,在滑坡平台中切方形成了一滑坡平台及前缘,开挖前平台地面标高变化于个坡高12~16m、底宽约30m的路堑边坡,路堑的162.00~170.00m间,开挖后形成了底宽约30m,坡开挖相当于在古滑坡的抗滑段
卸载
,降低了维持高12~16m的路堑,这样的开挖,部分卸除了古滑[收稿日期]2003
09
15[作者简介]王惠勇(1979
),男,湖北浠水人,硕士,从事路基路面工程设计与科研工作。 第2期王惠勇,等:高速公路路堑边坡滑坡机理及其加固技术探讨
81坡体的抗滑段,即破坏了古滑坡体原已稳定的力学2条宽1~3cm的鼓张裂缝。平衡体系,同时,为坡体产生新的滑移提供了良好的2
防护与加固措施临空面。从滑坡内地层结构来看,煤层在滑坡内相对于在避绕滑坡改线经济费用较高的状况,采取对其它岩土层来说,具有最低的力学性能,为相对
易滑坡进行加固与防护工程,即对该滑坡采取排水、支滑
层,这无论从其室内峰值、残余抗剪强度,还是从挡、监测等措施,使该滑坡安全系数达到1.20储备k244+770处左侧滑动沿煤层顶面发生的现场实际要求。情况,均可明显看出,该层的存在,为失去力学平衡2.1
地表排水及地下排水的坡体提供了良好的滑动面,同时,煤层的埋藏深度沿滑坡周界以外5m距离设置环形截水沟,将及其在滑坡内普遍分布的特点,亦为滑坡的大规模滑坡体以外地表水拦截引离滑体外。滑坡范围内设滑移提供了前提条件。置树枝状排水沟,将大气降水或坡面径流引入公路雨水的作用加剧了新滑坡的产生。路堑左侧坡左侧截水沟,同时对滑体内现有裂缝进行平整夯实,体为
凹
形坡,具有良好的汇水条件,汇水面积达防止地表水渗入坡体。21.8km,在路堑开挖引起的坡体失稳,产生滑移裂采用水平式排水孔疏排滑坡体内的地下水,在缝后,大量的雨水沿着新的径流通路一一滑移裂缝k244+632~750公路左侧路堑部位和k244+570~下渗,不仅增加下滑面(带)上岩土体重度及动水压653右侧,分别布设9个和10个排水孔。水平孔仰力,更重要的是使滑面(带)上的岩土体(特别是煤角为10%,深度介于38~89m。层)软化和水解,降低其抗剪强度,这对加剧坡体滑2.2
地表和深部位移监测动和增大滑坡规模起了重要作用。在滑波稳定性评价中,位移监测通常是最具有1.2
滑坡特征说服力的,通过精确的位移监测,不仅能准确划定不由于路堑的开挖而引发的此次滑坡,其周界清动区与滑动区,还能测出各滑动点的滑移方向与滑晰,基本上在古滑坡周界以内,按其动力学性质判移速度。受监测区内通视条件等限制,本次沿路基断,主要为推移式滑坡。滑坡源在路堑左侧坡脚,受中心线及其两侧共布设地表监测点21个,编号为滑坡地层结构及滑移边界条件影响,本次滑坡具有WYl~WY21,其2000年3月22日~2000年4月30顺时针方向旋转(从平面上看)较为明显的特性,影日的监测结果:发生位移非常明显的观测点有WY1响范围北达采空区,往西方向通过路堑底部,直到路~3、WY12~13、WY19~20,其水平位移速率为5.5堑右侧山体及原民房,形成东向长为55.00~190.00~15.4mm
d,累计水平位移矢量为109.8~413.9m,南北向宽达180.00m,滑坡体前后缘高差达mm,且位移方向基本与滑动方向一致。其中,位于70.00m的大滑坡。主滑方向为NWW。路堑底部的WY12~13、WY20观测点的竖直位移均滑坡壁形态十分明显,呈不规则
圈椅
状,壁面表现为隆起。倾角陡立,倾向NWW,其上滑坡擦痕清晰。壁坎岩同时,为了深入了解边坡内部土体的深层位移性为古滑坡堆积物粉质粘土含碎石

1和碎石土变化情况,利用钻孔测斜仪进行深部位移的监测。
-2,坡壁高度勘察期间在不断发展,最高为1.50根据所测得的钻孔倾斜度的变化量和发生位移的深~2.00m。滑体横断面呈倒三角形,东陡西缓,滑面度,求得地下土体水平位移方向和位移量和发生位总体是追踪古滑面,前部沿岩层顶面进行,后部弧形移的部位。原有的滑坡体上的6个监测孔中,有5滑面穿过碎石土直到地面。滑面向西倾,滑面埋深个观测孔测到7.65~30.0mm的最大水平位移累计为1.80~32.20m,滑床主要为劣质煤、仅局部为风量,位移方向指向坡下,发生最大位移的深度为8.5化砂岩及砂质页岩。~25m。滑坡体主要为碎石土和粉质粘土含碎石,属古2.3
加固与防护工程措施滑坡的堆积物,其厚度为1.80~32.20m。沿新滑坡开挖卸除抗滑段荷载是引起古滑坡复活的直接的边界延伸一条长约230m,宽10~100cm的张拉诱发因素。故除了采用排水措施改善地下水环境降裂缝,地表特征十分明显,总体上南边裂缝主于北边低滑坡的下滑力外,还采取了植被护坡与预应力锚的裂缝;在路堑边坡左侧顶部可见到一组扇形剪切索抗滑桩方案相结合的措施。裂缝,形态明显,宽20~30cm;路堑边坡右侧也出现抗滑桩加锚索:结合了抗滑桩和锚索的特点, 82
中南公路工程第30卷可以大幅度节约材料,降低造价,故宜采用。在表1
三维滑体稳定分析结果k244+563~704左侧山腰顺山体地形布置26根抗密度
内摩擦角
凝聚力
滑体稳定系数剖面编号-3滑桩,间距5m,编号1~26,各桩顶设置1根锚索。(kN
m)(
)kPa加固前加固后3
3其中1~12号桩为
类桩,截面尺寸1.8m
2.4m,4
412.022.0~28.0桩长28m;13~26号桩为
类桩,截面尺寸2.0m
5a
5a0.7021.25019.403.0m,桩长35m。在k244+618~762左侧9.50m,5b
5b9.018.06
6设33根抗滑桩,间距4.5m,编号27~59。其中27全滑坡区12.022.0~28.00.9971.310~40号为
类桩,截面尺寸2.0m
3.0m,桩长38

从表1可看出,通过对该滑坡采取排水、加固等m,各桩顶设置2根锚索;41~52号桩为
类桩,截措施,使该滑坡安全系数达到了1.20以上的安全储面尺寸2.0m
3.0m,桩长30m,各桩顶设置2根锚备,滑体处于稳定状态。索;53~59号桩为
类桩,截面尺寸1.2m
1.8m,桩长30m,各桩顶设置1根锚索(见图1)。其中:抗4
结论滑桩桩身采用C25钢筋混凝土,抗滑桩顶设置的预应
k244+400~800段滑坡是原老滑坡的复活,力锚索采用12
15.2mm高强度钢绞线,每根锚索设其形成与所处的地质环境、气候条件以及人类活动计张拉力1000kN。密切相关。其岩性和风化程度的差异、不良的地形地貌、不同岩层的接触面构成了天然的薄弱面,对山体进行切割并有利于储水和水流运动的地质构造断层等地质环境,是滑坡形成的不良地质基础,是主导因素;人类活动进行的开挖切坡,使已稳定多年的老滑坡失去原有的平衡而局部复活,并有引发深层滑坡的可能性;
凹形
坡体有利于地表水的汇集,松弛的坡体和构造断层有利于地表水的下渗,加剧了滑动面的进一步软化,并增加了动水压力,诱发了滑坡的发展。
以预应力锚索抗滑桩为主体的不良地质条件下边坡加固工程措施,对边坡进行主动加固,限制了滑坡的进一步发展,消除了坡体松散造成的地质图1
预应力锚索抗滑桩布置模式剖面图病害,无论从技术上还是从经济上都是可行的,值得

路堑左侧边坡采用1
1放坡后,对坡面进行衬类似工程借鉴。同时,植被防护有利于防止水土流砌拱防护,裸露地表采取植被护坡,对边坡上平台采失,并且具有环保和美观的特点,适应于现代化交通用素砼铺设。中边坡整治的需求。2.4
施工流程
对于重大工程病害应本着
一次更治,不留施工顺序由上至下逐排施工,待锚索、抗滑桩完后患
的原则进行综合整治,除采取针对性强的有效工后,进行水平排水孔施工。抗滑桩施工由两侧向措施(如本工程预应力锚索抗滑桩)外,还应从工程中间进行,跳桩开挖施工。的整体出发,做好配套的辅助工程的设计和施工(如防护工程完成后,对坡表湿润地段,植被防护防护工程、排水工程等),才能达到预期的效果。(采用根深低矮灌木类),对坡表风化岩等裸露岩体采用挂网喷砼防护。[参考文献][1]
JTJ017
96,公路路基设计规范[S].3
滑坡加固前、后三维稳定性分析结果[2]
长沙理工大学公路工程学院.湖南不良地质条件下边坡开挖与防护加固技术研究报告[R].长沙理工大学公路工程学院,根据滑坡范围内地质条件,结合室内试验条件,2001.通过反算确定滑动面抗剪强度指标,从而求得滑体[3]
交通部第二公路勘察设计院.路基公路设计手册[M].北京:人稳定系数,见表1。(下转第85页) 第2期武建民,等:山区沥青路面层间推移原因分析及技术对策
852.4
路线纵坡的影响到位,避免补压导致基层顶面的松散,并加强施工期路线纵坡对路面推移的影响,主要通过与其它间交通管制和基层养生。山区公路比较确定。平涉公路路线采用山岭区三级
在喷洒透层油或铺设下面层之前,注意清扫路标准,路线纵坡大,变坡较为频繁,弯道较多,而且基层顶面,采用合适的透层油,改善基、面层之间的长纵坡特别多。调查认为,坡度大并不是造成推移粘结力。的主要原因。路线的线形标准低,路面窄,弯道多、
对于破坏严重的路段(如坡与急弯相接处),变坡过多造成车辆的频繁刹车和启动,才是导致路在基层顶面采用特殊处理(如涂树脂类用于粘结)。面推移的原因。对比其它山岭区公路,如邢和二级3.3
改善路面的结构形式公路,其线形标准较高,纵坡均匀,建成后使用近10
基层采用水泥稳定碎石,减少细料含量,增a未发生明显推移破坏。加基层表面粗糙度,提高层间摩阻力。2.5
施工工艺的影响
适当增加沥青面层厚度,减小面层与基层之由于该路段为改建工程,施工时不能中断交通,间受到的剪应力。且基层采用路拌法施工,表面细料较多,且养生条件
在必要的情况下,采用水泥混凝土路面。达不到要求,经常忽干忽湿,有时做了下封层或透层3.4
提高路线标准后又被行车车轮带走或卷起。造成基层表面1~3在今后的山区路线设计时注意尽量提高线形标cm左右没有与其下部形成完整的整体,形成了基层准,力求变坡均匀,减少长纵坡和小半径的组合。表面松散或薄的夹层,另外还发现采用煤焦油作为4
结语透层油时,如果煤焦油用量掌握不当时,过多的煤焦油对沥青有一定的稀释作用,一些钻取的芯样显示,造成山区沥青路面层间推移破坏的原因是多方面层底部约1cm已松散,怀疑被煤焦油侵蚀所致。面的,要解决这个问题需要设计、施工和路政管理多这些都大大降低了基层与面层层间粘结(抗剪)强个部门作好相应的工作。通过现场调查和室内外试度。验,分析了推移破坏的原因,并提出了防治措施,这对总结山区公路的修筑技术,合理选择路面材料和3
路面推移的防治对策结构形式,提高路面的使用品质和性能,更好地促进3.1
改善材料及级配山区经济的发展都是非常有意义的。针对筛分试验的结果,适当调整沥青混合料的级配,在下面层增加粗颗粒的含量,以便形成粗糙的[参考文献]表面。同时对二灰碎石也要变化它的级配,尽量采[1]
沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001.用骨架密实结构,增加基层表面粗糙度,以寻求基、[2]
JTJ073-96,公路养护技术规范[S].面层之间的最大的抗剪能力。[3]
李杰武.复合式路面沥青层结构研究(硕士学位论文)[D].西在材料方面宜选用坚硬、多棱角的碎石,以提高安:西安公路交通大学,1996.接触面的粗糙度。针对近年来北方地区夏季高温时[4]
裴建科.沥青路面裂纹防治初探[J].中南公路工程,2001,(3).间长、温度高的气候特点,沥青可以考虑使用AH
[5]
刘登普.高等级沥青路面再生技术及施工[J].湖南交通科技,#2002,(2).70沥青,以改善路面的高温稳定性。
3.2
采用层间处理措施
在基层施工中严禁薄层贴补,保证压实一次(上接第82页)[7]
曹
阳,邱
彬,吴少亮.公路倾滑的机理与对策[A].第六次民交通出版社,1997.全国岩石力学与工程学术大会论文集[C].2000,(10):578~580.[4]
E.Hoek,J.W.Bray(卢世宗,等译).岩石边坡工程[M].北京:[8]
邓志斌.古滑坡地段滑坡治理措施[J].中南公路工程,2002,冶金工业出版社,1985.[5]
芮勇勤,贺春宁,王惠勇,等.层状边坡渐进破裂与失稳过程数(3).值模拟探讨[J].长沙交通学院学报,2002,(3):8~12.[9]
陈
冰.湘来路红砂岩路堑边坡防护设计及滑坡分析[J].湖南交通科技,2000,(2).[6]
吕
强,王惠勇,芮勇勤,郑健龙.高速公路滑坡稳定性反分析[J].公路与气运,2002,(5):18~20.