公路路堑高边坡的分析和处理
摘要:随着我国公路行业的快速发展,路堑高边坡的数量越来越多。工程中经常由于对路堑高边坡的处理不当而造成重大损失和事故,该文基于这一现状,对路堑高边坡的变形、破坏和稳定性进行研究分析,提出了路堑高边坡的处理范围,重点探讨了各种路堑高边坡的处理方法,并结合实例说明各种处理方法的应用,为设计施工提供依据。
关键词:公路工程;路堑高边坡;变形破坏;稳定性;处理方法
随着经济和交通的发展,近几年我国的公路行业发展迅速,由于我国地势起伏较大,地质条件复杂,在某些地区特别是山区修建公路时经常会遇到路堑高边坡。在公路工程中,一般认为土质挖方边坡高度超过20m、岩石挖方边超过30m的边坡称为路堑高边坡,在公路工程中经常能遇到路堑高边坡,由于工程的建设会在很大程度上打破原有的自然边坡的平衡状态,若控制和处理不当,有可能会造成高边坡的失稳而形成边坡地质灾害,损坏公路,带来重大损失和事故。因此进行路堑高边坡的分析和处理,对提高公路的安全性有重要的意义。
1公路路堑高边坡的处理范围
边坡在发生失稳之前通常是稳定的,由于自然因素和人类活动等因素的影响,边坡中的土体强度逐渐降低,边坡内部的下滑力增大,而抗滑力逐渐减弱,使边坡的稳定性遭到破坏。路堑高边坡的变形破坏的类型主要有坍塌、滑坡、崩塌、错落及倾倒,如图1所示。
路堑高边坡稳定性评价宜综合采用工程地质类比法、图解分析法、极限平衡法和数值分析法进行。路堑高边坡的稳定性计算方法应考虑边坡的破坏形式,按下列方法确定[1]:规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡宜采用Bishop计算。对可能产生直线型破坏的边坡宜采用平面滑动面解析法进行计算。对可能产生折线形破坏的边坡宜采用不平衡推力法计算。对结构复杂的岩质边坡,可配合采用赤平投影法和实体比例投影法分析及楔形滑动面法进行计算。当边坡破坏机制复杂时,宜结合数值分析法进行分析。
路堑高边坡的稳定性计算分3种工况:正常工况:边坡处于天然状态下的工况。非正常工况,边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况。非正常工况,边坡处于地震等荷载作用状态下的工况。对路堑高边坡的稳定性验算,其稳定系数应满足表1所列的安全系数要求,否则应对边坡进行处理。
表1路堑边坡安全系数
2公路路堑高边坡的处理方法
当在公路工程中遇到路堑高边坡时候,要对高边坡进行适当的处理,才可以保证边坡的稳定和公路的安全,可以采取支挡结构、坡面防护和排水措施等进行处理,主要方法有以下几种。
2.1分级开挖、放坡
为了保证边坡在施工工程中的稳定性,在某些地区的公路路堑开挖过程中,特别是在软质岩高边坡地段,经常采用分级开挖的方式,将坡形设置为台阶式,并对各级的坡度进行控制,适当的进行放坡处理。对于路堑高边坡的分级开挖,台阶的高度一般为8~12m整岩体和顶级缓坡可以放缓至15m,平台宽度一般为1~3m,在路堑高边坡坡体的中部设置4~6m中间平台以减小坡脚的应力,优化高边坡的应力状态。路堑高边坡的坡率一般根据边坡的地质岩性!风化程度等因素来选择,一般采用如下原则：微风化岩0.25~0.50,弱风化岩0.50~0.75,强风化岩0.75~1.00,坡残积层1.00~1.25,松散软弱土层1.25~1.50。
2.2支挡措施
(1)抗滑桩。抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,是一种抗滑处理的主要措施。抗滑桩对路堑高边坡坡体的作用是利用抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层对桩的抗力(锚固力)平衡滑动体的推力,增加其稳定性。由于路堑高边坡的边坡较高、较长,坡脚往往会产生应力集中,加上地质条件差,边坡极易产生坍塌滑坡的破坏,因此经常采用抗滑桩对路堑高边坡的坡脚进行加固,有利于整个边坡的稳定。
(2)挡土墙。挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。挡土墙能够抵抗侧向土压力,防止墙后的土体坍塌,增加稳定性。在路堑高边坡工程中,在地质条件较好的情况下,为了减少开挖工程量,加强坡脚的强度,经常采用M7.5号浆砌片石挡土墙。
(3)边坡防护网。在路堑高边坡工程中,经常设置边坡防护网进行防护,边坡防护网分主动防护系统和被动防护系统。主动防护系统是以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上,以限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及为岩崩塌,或将落石控制于一定范围内运动。被动防护是由钢丝绳网、环形网、固定系统(锚杆、拉锚绳、基座和支撑绳)减压环和钢柱4个主要部分构成。钢柱和钢丝绳网连接组合构成一个整体,对所防护的区域形成面防护,从而阻止崩塌岩石土体的下坠,起到边坡防护的作用。路堑高边坡旁经常有岩崩、飞石,甚至有雪崩、泥石流灯现象,设置被动防护系统,可以避开这些危险。
2.3深层加固
预应力锚索(杆)技术是20世纪60年代以来广泛用于岩土工程的一项新技术,主要用于整治滑坡及边坡加固,具有施工机动灵活、施工快、安全及造价低等优点,因此在公路建设工程中得到广泛地应用。预应力锚索(杆)是由钻孔穿过软弱岩层或滑动面,把锚杆一端锚固在坚硬的岩层中(称内锚头),然后在另一个自由端(称外锚头)进行张拉,从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固。为了保证路堑高边坡在施工过程中的稳定性,在软质岩高边坡地段,经常采用分级开挖、分级采用预应力锚索(杆)加固的方法对边坡进行深层加固,把滑坡体稳定在坚硬的岩层上,如图2所示。
2.4坡面防护
路堑高边坡坡面在各种自然因素和人工改造的作用之下,很容易发生变形破坏。为了保证路堑高边坡的整体稳定性,要对路堑高边坡进行必要的坡面防护措施,对路堑高边坡的坡面防护有工程防护和植物防护"植物防护一般采用铺草、种草和植灌木形式,应根据当地气候、土质、含水量等因素,选用易于成活、便于养护和经济的植物类种。工程防护适用于不宜于草木生长的陡坡面,一般采用抹面、捶面、喷浆、勾(灌)缝及坡面护墙等形式。有时会采取工程防护和植物防护相结合,如窗孔式护面墙和拱形骨架植物防护。
2.5排水
边坡来水主要以降雨后地表水、地下水、裂隙渗水为主,水经常是边坡失稳的诱因,降雨、融雪形成的地表水下渗到土体的孔隙和岩石的裂隙中,一方面增加岩土的重度,加大滑坡体的质量,使下滑距离增加,另一方面使土石的抗剪强度降低;同时,降雨、融雪形成的渗透水补给到地下水中,使地下水位上升,其结果也将造成岩土体的抗剪强度降低"所以对路堑高边坡的设计!排水设计是非常重要的一部分。对于坡体地下水引排,以仰斜透水软管排水为主,结合盲沟及结构泄水孔处理,有时还用边坡渗沟!支撑盲沟及重点部位引排等措施;对地表水引排,一般在路堑高边坡的堑顶设截排水天沟,坡面设急流槽,以及平台侧沟!路堑边沟等组成综合地表排水系统。
