公路邊坡綜合治理應用研究

2022-10-10 15:24:02 字數 4749 閱讀 2457

1引言隨著公路建設的飛速發展,路基邊坡的防治越來越成為工程建設和後期養護的重點工作。由於邊坡失穩將導致交通中斷,造成巨大的經濟損失和不良社會影響。因此,加強邊坡的防治顯得十分重要。

由於土質路基邊坡的主要地質災害表現為滑坡,按其破壞的規模可分為整體滑坡和區域性滑坡。邊坡整體滑動的破壞型別主要為圓弧形;區域性滑動的破壞型別主要為土體流動。評價邊坡的滑動型別,要具體問題具體分析。

1.1邊坡治理原則

(1)安全性:根據防治物件重要程度,設計使用年限。**條件、地下水條件合理地擬定滑坡推力計算的安全係數。

(2)技術經濟合理性:充分利用一切地形、地質條件,因地制宜地採取有效工程措施,加強滑坡的整體穩定性,做到工程措施、技術、經濟合理性。

(3)實施的可能性:充分考慮施工過程和順序,以保證滑體逐步趨於穩定,並確保施工人員安全。

(4)重視社會人文因素:制定工程措施和施工順序時,應注意協調施工與當地居民生活的關係,盡量不影響當地居民正常生活。

(5)對於性質複雜的大型滑坡,可以繞避時應盡量繞避。當繞避有困難或在經濟上顯著不合理時,應視滑坡規模、公路與滑坡的相互影響程度、防治與治理費用等條件,設計幾種方案比選。

(6)整治滑坡之前,一般應先做好臨時排水系統,以減緩滑坡的發展,然後針對引起滑坡滑動的主要因素,採取相應的措施[1]。

1.2滑坡模式

影響公路邊坡土體滑動形式和規模的主要因素主要有:(1)坡引數,包括台階坡角、台階高度及最終邊坡角;(2)土性引數;(3)降雨;(4)下伏岩層的產狀及破碎程度[2]。其中,前三項項相對固定,而降雨情況對其起主控作用,主要是由於雨水的浸入,導致表層土體的抗剪強度降低,現將滑坡模式歸結為表1。

表1 邊坡滑動模式[3]

2邊坡的深層治理

2.1排除深層地下水

造成路基邊坡及其構造物破壞的原因,主要是由於水的作用。危害路基的水可分為地面水和地下水兩大類,因此,排水也分為地面排水和地下水排水。本節主要闡述地下水的排除措施[4]。

排除深層地下水的主要措施有:滲溝排水、滲水隧洞排水、平孔排水和集水井排水四種:

1)滲溝排水

按其作用的不同可分為支撐滲溝、邊坡滲溝及截水深溝三種:

(1)支撐滲溝:使用深度(高度)為一般宜<10m,寬度一般採用2~4m,用以支撐不穩定的邊坡,兼起排除和疏幹坡體內地下水的作用,其形式分為主幹和分支兩種:主幹平行於可能滑動方向,布置在地下水露頭處或由土中水形成坍塌的地方;支溝應根據匯水情況合理布置,可與滑動方向成30°~45°交角,並可伸展到滑動範圍以外,以攔截地下水。

(2)邊坡滲溝:疏幹潮濕的邊坡和引排邊坡上區域性出露的泉水或上層滯水,支撐邊坡,減輕坡面沖刷。邊坡滲溝垂直嵌入坡體,其底埋入潮濕土層以下較乾燥而穩定的土層內,做成有2%~4%洩水坡的階梯式。

基底一般都要鋪砌防滲。邊坡滲溝的間距取決於地下水的分布、流量和邊坡土質等因素,一般採用6~10m。

邊坡滲溝的寬度約1.2~1.5m,其深度視邊坡潮濕土層的厚度而定。

(3)截水滲溝:當有豐富的深層地下水進入滑坡體時,可在垂直於地下水流的方向設定截水滲溝以攔截地下水,並排出滑坡體以外。截水滲溝一般深而長,為便於維修與疏通孔道,在直線段每隔30~50m或滲溝的轉彎、邊坡處應設定檢查井,其井壁應設洩水孔,以排除附近的地下水。

2)滲水隧洞排水

滲水隧洞主要用於截排或引排集中於滑動附近埋藏較深的一層地下水。隧洞斷面不受地下水流量控制,主要決定於施工和養護維修的方便,並考慮節約投資。

3)平孔排水

用平孔排除滑坡地下水,具有施工方便、工期較短、節約材料和勞動力的特點,是一種經濟有效的措施。平孔的設定位置和數量應視地下水分布的情況及地質條件而定。孔徑大小一般不受流量控制,可由數十公釐至100mm以上。

4)集水井排水

該種排水形式最適用於集中匯集基岩面上及其附近的地下水。集水井深度一般為15~30m。在滑坡區內施工集水井時,應達到比滑動麵即行停止,並盡量縮短工期;在暫沒滑動的滑坡區內或滑坡區外,集水井應深入基岩2~3m。

2.2土釘支護

目前,一般認為土釘支護機理是以新奧法理論為基礎,其支護用於土體開挖和邊坡穩定,是一種新的擋土技術[5]。由於經濟可靠且施工速度簡便,己在岩土工程中得到迅速推廣和應用。土釘的特點是沿通長與周圍土體接觸,以群體起作用,與周圍土體形成乙個組合體,在土體發生變形的條件下,通過與土體接觸面上的粘接力或摩擦力使土釘被動受拉,並主要通過受拉工作以約束加固或使其穩定。

公路邊坡採用土釘支護結構可以加固坡體、防護邊坡,也可以提高邊坡的整體穩定性[4,5]。

路塹邊坡土釘支護結構的穩定性分析可採用整體安全係數法,這是一種較為簡單的整體穩定性分析方法,分析時採用的滑動面形式如圖1所示。

圖1 路塹邊坡土釘支護結構整體穩定性分析

對第i條土條來說,由土條底面法向應力平衡可得:

2-1)

第i條土條下滑力為:

2-2)

考慮土釘的抗拉作用後第i條土條的抗滑力為

(2-3)

式中:;

ai—i土條底面與水平面夾角;

一土釘與水平面夾角;

d一土釘直徑;

lbj一滑裂麵外穩定土體中第j根土釘長度;

一土釘與土體介面摩阻力設計值。

則考慮土釘支護作用時的邊坡整體穩定安全係數為

2-4)

但土釘支護結構加固路堤和擋土牆時的整體穩定分析和路塹邊坡土釘支護結構不同,用於公路高路堤和擋土牆加固的土釘支護結構整體穩定性分析應將土釘加固的整個土體視作重力式擋土牆,分別驗算支護整體沿底面水平滑動穩定性與繞坡腳傾覆穩定性。

(1)抗滑穩定性分析

土釘支護結構在主動土壓力作用下,有可能沿著支護結構基底向外滑動。此時需要對支護結構進行水平抗滑穩定性分析。

支護結構水平抗滑穩定安全係數k:按下式計算:

2-5)

式中:c—滑動面土體粘聚力;

b—土釘支護結構寬度:

—加固土體內摩擦角;

w—支護結構重力;

ea一支護結構背後土體主動土壓力。

(2)抗傾覆穩定性分析

土釘支護結構在主動土壓力作用下,也有可能沿著支護結構基底向外傾覆。此時需要對支護結構進行抗傾覆穩定性分析。

土釘支護結構抗傾覆穩定安全係數k,可按下式計算:

2-6)

2.3錨固技術

岩土錨固是一種把受力拉桿埋入地層的技術,其充分發揮岩土能量,呼叫和提高岩上自身強度和自穩能力,大大減輕結構自重,節約工程材料,並確保施工安全和工程穩定,具有明顯的經濟和社會效益,因而廣泛用於岩土工程加固[6,7]。

錨固技術按是否施加預應力分為預應力錨桿(索)和非預應力錨桿(索)。預應力錨桿(索)由錨頭、杆體和錨固體三部分組成(圖2所示)。預應力錨桿(索)

在邊坡工程中的應用主要包括:邊坡加固、斜坡擋土、錨固擋牆及滑坡防治。

圖2 錨桿結構簡圖

1.水泥砂漿;2.錨桿;3.支擋結構;4.台座;5.錨具;l為錨固段長度;lf為自由段長度

1)預應力錨桿(索)設計

(l)一般要求:計畫使用岩土錨桿(索)時,應充分研究錨固工程的安全性、經濟性和施工可行性。設計前應認真調查與錨固工程有關的地形、場地、周圍已有建築物、道路交通和氣候等事項,並進行工程地質鑽探及有關岩土物理力學效能試驗,提供錨固工程範圍內岩土性狀、抗剪強度、地下水等資料。

對於土層還應掌握標準貫入值、顆粒級配、含水量和塑限。使用年限在兩年以內的工程錨桿(索),可按臨時錨桿(索)設計,使用年限在兩年以上的工程錨桿(索),應按永久性錨桿(索)設計。還必須指出,有機質土層作為永久錨桿(索)的錨固地層,會引起錨固體的腐蝕破壞;液限叭wl>50%的土層,由於其高塑性會引起明顯的徐變,不能長久地保持恆定的錨固力;相對密度dr<1.

3的鬆散土層,錨固體公路邊坡穩定性研究與分析及綜合治理單位面積上的摩阻力極低,上述三種未經處理的地層均不得作為永久性錨桿(索)支護地層。

(2)錨桿(索)型別:目前國內外岩土錨桿(索)的型別主要有三種:圓柱型錨桿(索),端部擴大型錨桿(索),連續球體型錨桿(索)。

2)錨桿(索)設計流程

錨桿(索)設計包括:外載荷計算、確定錨桿(索)布置和安設角度、錨固體尺寸、預應力筋的確定、穩定驗算及錨頭設計等。

3)錨桿(索)結構的設計

(l)錨桿斷面設計:因錨桿是主要受力構件,所以一般採用許用應力法,根據錨桿所受拉力求所需的總錨桿截面面積a和錨桿的根數n:

2-7)

式中:一錨桿的許用應力;

a—單根錨桿的截面積;

t—錨桿所受的拉力。

作用於邊坡上的加固力為p,則p為:

2-8)

式中:—錨桿的安設角。

(2)錨桿長度設計:錨桿長度由兩部分組成:即有效長度和結構長度。

自錨頭到滑動面間不產生錨固力、而只是根據結構要求確定的長度稱為結構長度。有效長度系埋於滑動面以下的長度,應根據岩層情況和錨桿的抗拉拔力而決定,同時其受力狀態受很多因素影響,如地質條件、錨桿型別和灌漿工藝等。在岩層中錨桿所受的拉力由砂漿和錨桿之間的握固力所平衡其有效長度可由下式求得:

2-9)

式中:t—錨桿的設計拉力;

l一錨桿有效長度;

d一錨桿直徑;

一砂漿對杆體(如鋼筋)的握裹力,這裡取1200kpa。

3邊坡的淺層治理

3.1地面排水

地面排水主要有以下幾種型別:

(l)邊溝:設定在挖方路基的路肩外測,用以匯集和排除路基範圍內和流向路基的小量地面水。

(2)截水溝(天溝):設定在挖方路基邊坡頂以外,或山坡路堤上方的適當位置,用以截引路基上方流向路基的地面徑流,防止沖刷和侵蝕挖方邊坡與路堤坡腳,並減輕溝的洩水負擔。

(3)排水溝(洩水溝):用以引出路基附近低窪處積水的人工溝渠。

(4)跌水與急流槽(吊溝):設定於需要排水、高差較大而距離較短或坡度陡峻的地段。跌水的作用主要是降低流速和消減水的能量。

急流槽的作用主要是在很短的距離內、水面落差很大的情況下進行排水,多用於涵洞的進出水口,或在特殊情況下,截水溝流向邊溝的地段。

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