常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施.pdf

JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004—9665／2008／16(5)-0677-06常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施卿笃干(湖南省常吉高速公路建设开发有限公司常德415000)摘要常吉高速公路湘西段地形起伏大，地质条件复杂，路堑边坡数量众多，边坡稳定性问题突出。本文根据岩体产状与边坡坡面的关系研究，认为常吉高速湘西段路堑边坡主要包括顺向坡、正交坡与反向坡，其中顺向坡的变形破坏机制与它的物质组成、岩体结构合风化程度等有关。分析、总结了路堑边坡的变形破坏模式，提出并实施了针对不同边坡结构类型与变形破坏模式的边坡防护措施。关键词路堑边坡边坡结构防护措施中图分类号：TD842．7文献标识码：ASTRUCTURALCHARACTERISTICSANDPRoTECTIONMEASURESOFCUTSLoPESoNWESTERNHUNANSECTIoNoFTHECHANGDEJISHOUEXPRESSWAYINHUNANPRoVINCEQINGDugan(HunanProvincialChangde—JishouExpresswayConstructionandDevelo!~，mentCo．Ltd．，Changde415000)AbstractManycutslopeswereformedonwesternsectionoftheChangde——JishouExpresswayinHunanprov-ince，wherethetopographicalandgeologicalconditionsarecomplex．Stabilityissuesofthecutslopesareoutstand—ing．Basedonadetailedgeologicalsurvey，thispaperpresentsthestructureclassificationofthecutslopesaccord—ingtotherelationshipbetweenrockmassoccurrenceandslopedipdirection．Therelationshipbetweendeformationandfailuremechanismanditscomposition，rockstructureandweatheringextentisstudiedindetail．Thepaperfur—theridentifiesthedeformationandfailuremodesofthecutslopes．Itsuggeststhesafetymeasurescorrespondingtodiferentslopetypesandfailuremodes．Thesuggestionswereutilizedandachievedexcellentresults．KeywordsCutslopes，Slopestablilityanddesign，Landslideprevention，Changde—Jishouexpressway的认识；进入施工阶段后，边坡中潜在的问题由于施1引言工开挖而得以揭露，根据开挖揭露的边坡地质特征对边坡稳定性进行工程地质评价，并提出有效的防随着西部大开发战略的实施，高速公路建设过护措施，具有十分重要的工程实际意义。程中所遇到的边坡问题日渐显著。如果重视不足，湖南省常吉高速公路是长沙一重庆公路的重要在施工及运营过程中往往造成边坡失稳。在勘察阶一段，常吉高速公路湘西段约50km，公路穿越区间段往往难以对边坡工程中存在的问题获得较为全面为低山丘陵区，地形起伏较大，公路沿线有大量路堑收稿Et期：2007—07—13；收到修改稿日期：2008—07—3O．作者简介：卿笃干，主要从事高速公路建设管理．Email：qingdugan@sohu．com 678JournalofEngineeringGeology工程地质学报2008∞3∞3ⅪⅢ3∞胁∞2∞2∞2∞盯2∞s23∞2∞；2。∞2∞2∞2边坡工程，这些路堑边坡的稳定性评价及其合理防路线区间内地质构造相对简单。从边坡开挖揭护是工程建设中的关键技术难题之一。露情况来看，未见有规模大的断层带通过，仅发育有本文以常吉高速公路湘西段路堑边坡为研究对一些规模小的断层，部分对边坡稳定性有一定影响。象，通过实地调查分析并结合边坡岩土体介质特征，对路堑边坡进行了结构分类，总结了其变形破坏模3路堑边坡岩体结构特征式，解释了发生破坏的原因，并针对不同的边坡结构类型与变形破坏模式提出了相应的防治措施。3．1路堑边坡基本概况2地质环境条件常吉高速公路湘西段包括常吉高速公路23—35合同段，长约50km，共有路堑边坡79处；在路堑常吉高速公路湘西段为亚热带湿润季风气候，边坡中，根据基岩地层时代，位于上白垩统地层中的路堑边坡表层一般为种植土或松散坡积体、全强风边坡计有67个，寒武系中边坡1O个，板溪群中边坡化层，下伏中一弱风化基岩。常吉高速公路沿线下2个。伏地层绝大部分为上白垩统，岩性组成以泥质砂岩根据路堑边坡的高度分类统计发现，坡高大于为主，多数与钙质砂岩互层，紫红色、棕褐色，薄层一30m的边坡所占比例超过50％，由此可见，本路段中厚层状，层间结合力差。泥质砂岩易风化，遇水情边坡坡高较大。况下容易崩解软化，脱水干裂，局部夹泥质粉砂岩夹3．2边坡岩体结构的分类层。25合同段下伏地层岩性为元古界板溪群砂质板岩，中厚一厚层状，岩石坚硬致密，板岩层面发育，在影响边坡稳定的诸多因素中，地层岩性、坡体层间结合力差(图1)。结构和有效临空面3个因素对于每一个边坡破坏的发生及其演化过程中都是必不可少的j，所以，通常将这3个基本因素称为边坡破坏的内部条件或称为必要条件。对于特定的边坡而言，坡体地质结构与边坡破坏的关系主要表现为坡体内赋存的各种结构面与边坡的相互关系，这些结构面在岩质边坡中尤为重要j。边坡的破坏总是从最薄弱的部位开始的，这些软弱结构面有：(1)覆盖层与岩层的界面，这种界面既是岩性界面，又是水文地质界面，较易发展成为滑动面；(2)顺倾的岩层层面和软弱岩层或夹层；(3)被泥质、粘土充填的层面、节理面；(4)贯通性节理面。研究边坡变形破坏的发生规律必须从边坡结构人手，研究坡体中存在的各种结构面及其对边坡稳定性的影响，这样才能准确预测边坡破坏的力学机制、破坏模式和规模，进而采取行之有效、合理的防护措施。首先根据边坡物质组成，将边坡分为土质固目z边坡和岩质边坡两大类。土质边坡物质组成主要为图1常吉高速公路湘西段路堑崩滑堆积、坡积和全强风化物质组成。对于岩质边边坡KY202+907纵剖面图坡，由于路堑边坡地层岩性为砂岩、泥岩、灰岩和砂Fig．1VerticalcrosssectionofcutslopeKY202+907质板岩，具有层状结构特点，因此根据岩层产状与边1．泥质砂岩；2．粉砂岩；3．松散坡积体坡坡面的关系确定岩质边坡的结构类型(表1)。 16(5)卿笃干：常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施679表1岩质边坡结构分类Table1Structureclassificationofrockslopes岩层倾向与坡向的夹角边坡结构O。～8O。80。～95。>95。4边坡变形破坏模式图3与坡面平行节理控制的块体滑动破坏Fig．3Blockslidecontrolledbyasetofjointsparalleltothecutsurface(1)对于边坡物质组成为白垩系钙泥质砂岩和泥岩的边坡，当边坡结构为近水平层状边坡、平缓倾边坡坡度大于岩层倾角，尽管坡高仅数米，仍然导致外的顺向坡、正交坡或反向坡时，边坡整体稳定性一了顺层滑坡(图4)；又如K197+100—200左边坡为般较好。边坡存在的主要问题是坡体结构面与边坡2级边坡，中上部主要为全风化，下伏强风化中厚层面组合而构成的局部块体、与边坡走向平行的节理粉细砂岩夹薄层泥岩，产状为310。17。，边坡为顺构成的块体崩塌。如K212+260～330左边坡，由向坡，由于岩层倾角小于边坡坡角，因此产生了整体于两组节理与坡面组合构成楔形体破坏(图2)；又顺层面滑动，在1级坡坡面和2级坡坡面及台阶上，如YK208+240—370左边坡，岩层产状水平，岩体可见贯通性拉张裂缝(图5)。中发育的产状为350。／_50。一70。的节理光滑、平直，与坡面近平行，致使边坡发生块体滑动破坏(图3)。图4开挖边坡面Fig．4CutSurface图2不利节理组合构成的楔形破坏Fig．2Wedgefailurecontrolledbyadversejoints对于陡倾外顺向坡，当边坡坡向与岩层倾向夹角较小，且边坡坡角大于岩层倾角时，边坡的破坏模对于缓倾外和中倾外顺向坡，当岩层倾向与边式为边坡岩体顺层面滑动破坏，从而构成边坡整体坡坡向的夹角为25。～70。时，边坡的主要变形破坏稳定性问题；当边坡坡向与岩层倾向夹角较大时，主形式是岩层层面与结构面组合形成的不稳定块体滑要破坏模式为岩层层面与结构面组合构成潜在不稳动破坏；当岩层倾向与边坡坡向的夹角较小时，尤其定楔形块体滑动。当岩层倾角不大于14。的情况下，边坡的变形破坏(2)对于边坡物质组成为寒武系灰岩的边坡，形式为顺层面滑动破坏，从而构成边坡的整体不稳由于边坡结构一般为近水平或缓倾外边坡、反向或定问题。如AK0+230～370左边坡，钙泥质粉细砂正交坡，因此边坡的整体稳定性好，但是由于边坡顶岩夹泥岩的产状为340。／_23。，边坡为顺向坡，由于 JournalofEngineeringGeology工程地质学报2008图5边坡发育的拉张裂缝图7为左侧残积土边坡失稳Fig．5TensionalcracksFig．7Failureofacutslopeconsistingofresidualsoil部存在一定厚度的全风化残积土层，易于形成浅层向为135。的近顺坡向、陡立节理而导致岩体顺节理滑动或形成泥流；灰岩中发育的溶沟、溶隙充填有残面拉开从而形成较大范围的倾倒变形(图8)，而且积土，易于形成泥流。如K221+400—650右边坡目前变形有向坡体上部扩展的趋势，表现为坡体上高20m，灰岩产状为35。l0。，为平缓倾外边坡，岩部岩体节理拉开(图9)。层倾向与边坡坡向成大角度相交。边坡右侧溶蚀发育，并充填有残积土。充填的残积土易形成泥流(图6)；又如K222+100～300边坡左，坡高仅数米，灰岩产状近水平，边坡中发育一溶沟，充填有残积土，由于尚未对其进行处理，造成溶沟中充填的残积土坍滑(图7)。图8为边坡变形裂缝Fig．8Deformationcracks图6开挖后的开挖边坡Fig．6Cutslopeafterexcavation(3)对于物质组成为元古界板溪群砂质板岩的边坡，由于边坡为正交坡，岩层产状有利于边坡稳定，因此边坡的稳定性主要受控于边坡岩体结构面的发育情况。如KYI82+090～273右边坡，该边坡高66m，原设计为6级坡。该边坡为背斜的东翼，岩层倾向与边坡坡向近于相交，由于边坡下部超挖，而图9为顺节理倾倒上部没有及时支护，加之边坡岩体中发育有一组走Fig．9TopplingMongthejoints 16(5)卿笃干：常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施(4)对于由松散物质如崩塌堆积、滑坡堆积及坡残积土，或碎裂岩体组成的边坡，破坏形式为弧形5防护措施滑动或近似弧形滑动破坏。如K180+920～K181+080右边坡，由于全强风化层厚度较大，且下伏基岩(1)对于地层岩性为白垩系钙泥质砂岩与泥岩破碎，致使边坡发生滑动破坏(图1O)；又如K218+组成的近水平层状边坡、平缓倾外的顺向坡、正交坡920～K219+100右边坡，该边坡为2级坡；1级坡或反向坡，清除坡面松散碎块，根据岩体的完整性采设计坡比为1：0．75、2级坡为1：1。边坡上部为风取合适的防护措施。如边坡岩体完整性较好且无明化残积土和全强风化泥岩，下部地层为泥质胶结的显潜在不稳定块体，则采用坡面挂网喷混植草护坡；粉砂岩、泥岩，整体产状为30。L21。，岩体破碎呈碎如边坡岩体完整性较好，但存在潜在不稳定块体，则裂结构。由于降雨而发生较大范围的滑动破坏(图对不稳定块体采用锚杆加固，并挂网喷混植草护坡；11)，宽约80m，长约40～50m，估计方量2．5万m如边坡岩体破碎，则采用系统锚杆加固，坡面挂网喷左右。根据边坡变形破坏现象的分析，该滑坡应为混植草。推移式滑动；从滑坡体纵坡面形态和位移特征来看，对于缓倾外顺向坡，如果边坡坡向与岩层倾向应为弧形滑动。从物质组成来看，滑坡体上部为风之问的夹角较小时，采用台阶开挖方式，每开挖一级化残积土、下部为风化碎裂基岩组成。台阶，即采用锚杆进行加固处理，防止岩层顺层面滑动，在下一级台阶开挖过程中，严格控制施工爆破，限制药量使用，防止爆破对边坡岩体产生顺层松动和滑动变形；如果边坡坡向与岩层倾向之间的夹角较大，对潜在不稳定楔形块体采用锚杆加固，坡面采用挂网喷混植草。对于中／陡倾外顺向坡，如果边坡坡向与岩层倾向之间的夹角较小且开挖坡角大于岩层倾角时，根据潜在顺层滑动的体积和深度，使用长锚杆或锚索对潜在不稳定岩体进行加固处理，当开挖面与层面一致时，采用挂网喷混植草进行边坡防护；如果边坡坡向与岩层倾向之间的夹角较大，选择使用锚杆对图10边坡发生滑坡潜在不稳定楔形块体进行加固。对于已经出现顺层Fig．10Failureofacutslope滑动变形的边坡，根据现场实际情况，采取放缓边坡使之与岩层倾角一致或采取抗滑加固措施。(2)对于边坡物质组成为寒武系灰岩的边坡，适当放缓坡体顶部全强风化残积土层的坡度，采用网格梁植草护坡，清除灰岩溶孔、溶隙中充填的残积土。(3)对于元古界板溪群砂质板岩边坡的倾倒变形，由于边坡高陡，采取1～3级坡采用锚索加固，其余采用锚杆加固。(4)对于松散堆积层或碎裂岩体组成的边坡，采取网格梁锚杆护坡，或对一级坡采用重力式挡土墙，其余采用网格梁+锚杆并植草护坡处理；对于出图11滑坡体侧景现明显滑动变形且规模较大的边坡，采用重力式挡Fig．11Laterallandslidemass墙或抗滑桩进行抗滑加固处理。(5)治坡先治水J。部分边坡，尤其是地层岩性为白垩系钙泥质砂岩与泥岩组成的边坡，暴雨期间或暴雨过后坡面顺裂隙有地下水渗出，因此对 JournalofEngineeringGeology工程地质学报2008边坡均进行坡顶截水、坡体排水处理。边坡，采用重力式挡墙或抗滑桩进行抗滑加固处理。采用与边坡的结构类型与变形破坏模式相适应6结论的边坡防护方案，在常吉高速公路湘西段路堑边坡治理工程中取得了良好的效果，可供其他线性工程(1)对于白垩系钙泥质砂岩与泥岩组成的近水的边坡防护设计与施工参考。平层状边坡、平缓倾外的顺向坡，主要破坏方式是坡体结构面与边坡面组合而构成的局部块体、节理构成的块体崩塌。防护措施为清除坡面松散碎块，根参考文献据岩体的完整性采取合适的防护措施；对于缓倾外顺向坡，主要变形破坏形式是岩层层面与结构面组[1]张倬元，王士天，王兰生．工程地质分析原理[M]．北京：地质出版社，1981．合形成的不稳定块体滑动破坏。支护方式为边坡坡ZhangZhuoyuan，WangShitian，WangLansheng．Theoryofengineeringge—向与岩层倾向之间的夹角较小时，采用台阶开挖方ologyanalysis．Bering：Geologypress，1881．式；对于中／陡倾外顺向坡，边坡的破坏模式为边坡[2]孙广忠等．中国典型滑坡[M]．北京：科学出版社，1988．SunGuangzhong，eta1．．RepresentativelandslidesinChina．Beijing：Sci—岩体顺层面滑动破坏，存在边坡整体稳定性问题。encepress，1988．支护措施为根据潜在顺层滑动的体积和深度，使用[3]孙广忠．地质工程理论与实践[M]．北京：地震出版社，1996．长锚杆或锚索对潜在不稳定岩体进行加固处理。SunGuangzhongTheoryandpracticeofgeologicalengineering．Bering：Seismicpress，1996．(2)对于寒武系灰岩的边坡，存在的问题是边[4]吴宝和．地表水和地下水对岩质边坡稳定性影响及防渗措施[J]．中国坡顶部存在一定厚度的全风化残积土层，易于形成地质灾害与防治学报，2003，14(3)：1401～141．浅层滑动，灰岩中发育的溶沟、溶隙充填的残积土，WuBanhe．Influenceofsurfaceandgroundwaterontherockslopestability易于形成泥流。支护措施为适当放缓坡体顶部全强andseepingprevention．TheChinesejoumalofgeologicalhazardcontrol，2003，14(3)：140—141．风化残积土层的坡度，采用网格梁植草护坡，清除灰[5]詹松，汤连生，杨文甫．广东高速公路路堑边坡失稳原因与防治分析岩溶孔、溶隙中充填的残积土。[J]．工程地质学报，2006，14(2)：184—189．(3)对于元古界板溪群砂质板岩边坡主要以倾ZhanSong，TangLiansheng，YangWenfuCausesandpreventivemeagu／~sofcutslopefailuresonexpresswaysinGuangdongprovince．JouranlofEngi—倒变形为主，支护措施为：1—3级坡采用锚索加固，neefingGeology，2006，14(2)：184—189．其余采用锚杆加固。[6]姜海波，苏生瑞，倪万魁，郭一民陕北地区黄土节理对公路边坡稳定性(4)对于松散堆积层或碎裂岩体组成的边坡，的影响[J]．工程地质学报，2006，14(3)：360—364．主要为松散层的滑动为主，应采取网格梁锚杆护坡，JiangHaibo，eta1．．EfectsofloessjointsonstabilityofhighwayslopesinnorthernShaanxiJouranlofEngineeringGeology，2006，14(3)：360～364．或采用重力式挡土墙，其余采用网格梁+锚杆并植草护坡处理；对于出现明显滑动变形且规模较大的