浅析动态设计在某路堑高边坡加固工程中的应用

浅析动态设计在某路堑高边坡加固工程中的应用高速公路路堑边坡是一种人工开挖的永久性边坡，其稳定性具有重要的意义。本文通过一个典型的路堑边坡工程实例，就动态设计的应用做一个粗浅探讨期望能为边坡工程设计理论和方法供应一些帮助，削减边坡工程设计的人为性和随便性，提高防护加固工程设计的合理性和牢靠性。随着人口的增长和土地资源的开发，边坡问题己变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾难(源)之一。边坡问题也一直是我国工程界的热点问题及岩土工程界中比较常见的技术间题之一。它涉及高层建筑基坑边坡，公路边坡，铁道边坡，水电工程边坡，矿山开采工程边坡。近年来，随着人类工程活动规模的不断扩大和场区工程地质条件的限制，因边坡失稳引起的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾难给人们的生命和财产带来了巨大损失，边坡的稳定性问题日益突出。1工程概况6 某路堑高边坡工程预设计采用缓坡刷方结合宽平台方案开挖4级，坡高34m，采用平凡防护;边坡开挖3级以后，地质复核发觉边坡工程地质条件存在较明显差异.故调整设计方案，增加防护加固工程;后因持续暴雨冲击，已基本开挖完成的坡体出现失稳现象，滑体前缘反翘剪出口距坡脚最远约20m，如图1所示。由于该边坡设计、开挖阶段动态设计和变形阶段动态设计三个阶段，为较典型边坡破坏案例，其分析和治理涵盖了岩质路堑高边坡动态设计的主要流程和方法。因此，本文以此为例来阐述有关岩质路堑高边坡动态方法的应用。2边坡工程预设计2.1工程地质基础该边坡场区属低山丘陵地貌，场地内及四周未发觉有对边坡稳定性有影响的断裂构造，设计高速公路侧切一圆形山包以深挖路堑通过，最大中心挖方深度约26m，线路走向3390。边坡工程地质勘察在其断面布设钻孔两个，分别为ECK6和ESK1050，依据钻孔资料，结合工程物探解释，揭示边坡地层结构如下:上覆坡残积粘性土，厚度2--I2m，平均标贯击数小于10次;边坡主体为二迭系翠屏山组(P=cp)强风化粉砂岩，其中砂土状强风化层厚度2}Sm，平均标贯击数约60次，岩芯呈褐红色或灰色，组织结构基本破坏，原生矿物均已风化呈土状，雨水易软化、崩解，TCR-78%;碎块状强风化层，厚度76m,紫红色，岩芯呈57cm碎块，节理裂隙发育，层理不清，锤击易碎，矿物成分风化明显，TCR=58%;下伏为弱风化粉砂岩，浅灰色、青灰色，岩芯多呈8cm碎块或12-20cm柱状，岩质较新奇，中厚层状，裂隙较发育，倾角以30-450为主，RQD=5565%,,TCR=88%;边坡场区岩层产状约16006 依据以上工程地质基础资料分析有如下基本推断:(1)该场区地形地貌和地质条件可以满意路堑边坡工程开挖的设计要求;(2)该边坡场区未见掌握性断裂构造通过;(3)边坡主体物质构成为碎块状强风化粉砂岩，掩盖层较薄48m;(4)边坡下伏弱风化基岩顶面在坡脚四周出露，顺坡向倾角约300，易形成掌握性底界;(5)层面倾向与边坡倾向基本垂直，对边坡稳定性影响较小;(6)边坡地下水位较高;(7)边坡挖深较大，开挖卸荷松弛效应较为突出，应加强动态设计;(8)该边坡工程类型应划分为节理岩石边坡。2.2坡形坡率设计边坡坡形坡率设计是在工程地质勘察和边坡工程分类的基础上，设计边坡总体坡形坡率，以保证施工期在临时防护或预加固等措施条件下的坡体临时稳定，以及防护加固后边坡的永久稳定，一般包含坡形设计和坡率设计。路堑边坡坡形设计包括边坡总体形态设计和坡级平台设计。由于路堑边坡坡体地层结构的力学性质体现自上而下渐渐增高的特征，故边坡总体形态一般设计外凸形边坡较为普遍。研究发觉台阶边坡可以比直线形边坡具有更好的整体稳定性，尤其当坡率介于1:0.5--1:1.0之间时台阶作用较为有效。因此，在确保单级台阶边坡稳定的状况下，宜设计成台阶状边坡以提高边坡的总体稳定度。研究还发觉处理高边坡问题时，可以在坡体中部设计宽平台，将一个高边坡化解为两个以上相对独立的边坡段，以削减坡脚应力的集中发展，达到分解高大边坡的设计目的，一般平台宽5m左右时效果较为明显。6 对于该高边坡来说，由于该边坡地形地貌条件可以满意缓坡刷方条件，且缓坡刷方并未急剧增加边坡设计高度，而且处于隧道洞口的特别位置，因此优先采用缓坡刷方方案，并考虑在坡体中部设计宽平台，以达到分解高大边坡，提高坡体稳定性的目的。路堑边坡坡率设计一般可采用工程地质类比法、风化破裂程度确定法、结构面产状确定法、极限坡率图解法和数值分析计算法等方法综合确定。该高边坡的坡率设计主要依据该地区既有工程经验，结合勘察钻孔揭露边坡地层结构和风化破裂程度认为:对于碎块状强风化软岩和坡残积粘性土地层，设计坡率1:I.0和I:1.25一般可以满意单级边坡的稳定要求。综上分析，对该边坡设计总体坡率为1:1.0，分4级开挖，顶级坡残积土层放缓为1:I.25;级间除第2级顶设计4m宽平台外，其余平台均设计为2m宽，详细如图3所示。2.3边坡稳定性分析为了确定该边坡防护加固工程设计方案，需要对其进行边坡稳定性分析计算。采用有限元强度折减法计算该边坡经4级开挖后稳定系数为1.65,属稳定边坡。2.4防护加固工程对策6 依据上述边坡开挖卸荷特征和边坡稳定性计算结果，认为该边坡可以采用缓坡刷方结合宽平台处理的方案达到稳定边坡的目的。因此该边坡预设计方案采用平凡防护措施，即各级边坡设计坡率及防护加固工程措施为:第一级1:1.0,孔窗式护面墙;第二级1:1.0,镀锌网TBS植草，设置4m宽平台;第三级1:1.0，三维网植草;第四级1:1.25,喷播植草。另外，鉴于该边坡地下水位相对较高，故在边坡第一级YK201+840--+960段设置间距5m的排水平孔，孔深15m，上仰角8-150，详见图3所示。3边坡开挖阶段动态设计3.1地质基础资料的补充与修正该边坡施工进场后，由于场地条件良好，边坡开挖进展较为快速，边坡开挖3级后，设计人员对开挖面揭露地质条件进行现场校核，进行相关地质基础资料的补充和修正。地质校核发觉，该坡体属砂泥岩互层结构，地质条件较为复杂，详细体现为以下3点:(1)地层风化厚度差异较大;在YK201十920断面地层结构基本与原勘察资料相符;但在边坡小里程侧，掩盖层较薄，主要出露为碎块状粉砂岩地层;在边坡大里程侧掩盖层较厚，约12m，主要出露砂土状强风化粉砂岩地层。(2)边坡岩体较为破裂，节理裂隙发育，部分为顺坡向裂隙，且裂隙面炭化明显;局部夹有厚度约3-5cm的泥岩、页岩风化而成的饱和粘性土，局部结构面有松弛现象。(3)边坡层面较为紊乱，现场量测掌握性岩层产状为19003.2防护加固工程调整与变更6 依据有限元强度折减法进行稳定性计算分析的成果，认为当考虑顺倾向层面掌握效应时，边坡稳定度为1.06，低于规范要求的稳定系数掌握值，必需增补必要的支挡加固工程以提高边坡稳定性，确保边坡工程的安全与牢靠。设计变更方案庄边坡第2,3级增设预应力锚杆框架工程，框架宽6m,高8m,每片框架设4孔锚杆，采用全长赫结型预应力锚杆结构，锚杆筋材采用I’SB1080级精扎螺纹刚，直径32nnn,锚孔12}mm,锚固段设计为6m,单孔预应力设计值为450kN锚丰t=长度第2级边坡上排22m，下排18m;第3级边坡上排20m，下排18m;预应力锚杆框架内设计TBS植草或三维网植草。经锚杆框架加固后，边坡稳定系数提高到1.21，满意规范规定的要求图4给出边坡设计变更方案立面布置图。4结语该边坡工程经过以上加固处理后，完工至今已近4年，未发生任何不利影响。