高速公路边坡设计
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作者: 冀永安 杨铂
摘要:对于边坡工程来说,设计往往具有超前性,而施工则直接体现了现实性。这样,二者之间不可避免地要产生矛盾,为解决矛盾就需要把施工中不断获得的新信息经处理后传递给设计,以此不断修改完善设计,直至最终解决矛盾。本文介绍了高速公路边坡的动态设计原理。
关键词:高速公路施工监测;动态设计
中图分类号:U412.36+6文献标识码:A
1 动态设计原理与方法
对于重大的深挖方路堑边坡工程,在勘察和设计阶段对其认识是有限的。而随着施工开挖的逐步进行,真实的工程地质条件逐步摆在面前。在施工完成后,对勘察、设计、施工及监测获得的经验数据进行总结归纳,则可为相似工程提供可借鉴的经验,提高施工前的认识水平。因此,在深挖方路堑边坡工程设计施工过程中,应将勘察、设计、施工及施工监测、施工后分析作为一个整体,进行动态设计施工。针对近年来公路建设中出现的问题,结合公路工程特点,对于公路深挖路堑边坡工程,提出如下系统的动态设计方法
1.1 进行详细的施工前地质调查和勘察,力求正确把握边坡工程地质条件。重视岩体结构特性的研究,在勘察中要查明边坡岩体结构特征,分析控制边坡稳定的主要结构面。
1.2 运用工程地质类比分析、地质力学综合分析等方法对边坡的稳定性做出定性的判断,尤其是要判明边坡的整体稳定性问题。
1.3 运用数值计算分析、极限平衡分析等对边坡的稳定性做出定量的判断。
1.4 根据稳定性分析评判的结果,进行开挖和防护工程设计。
1.5 针对边坡地质结构、薄弱环节和防护措施特点,进行施工期间施工监测设计,确定重点监测部位、监测方法、手段等。
1.6 开展边坡工程开挖和防护工程施工,进行施工监测,获取开挖揭示的工程地质信息、变形信息、施工技术信息、防护结构应力信息等,并对获取的信息进行及时整理分析,据此以修改设计。
1.7 施工完毕后,对监测资料进行综合整理分析,对施工后的稳定性作进一步的判定,对边坡的变形破坏特征进行深入研究,分析不足,总结经验,为其他工程提供可借鉴的经验。
2 施工过程中的动态设计
2.1 该路堑高边坡地段的最初施工设计方案为15m高挡墙,上接1-3级(15-20m)的高护墙,护墙坡率为1:0.5,1:0.75和1:1。
2.2 经现场设计复查,为减少大量的高边坡护墙施工的难度和护墙浆砌片石污工量,将挡墙顶以上的护墙改为挂网喷浆轻型防护。
2.3 该路堑高边坡地段按以上修改的设计开挖。根据实际开挖和岩体变形情况,经过进一步的地质工作,全面查明了岩体风化情况和结构面组合特征,发现岩体很破碎,风化强烈,且存在三组不利结构面,导致由其组合产生的楔体状坍滑。
依据开挖后的实际地质条件,岩体边坡的设计参数相应修改后,对设计和施工方案同时作调整。考虑到边坡高、工期紧、施工难度大,进行了四个设计方案的详细比较。四个设计方案分别为:(1)拉杆锚桩方案,适于在边坡下部支挡,可替代原设计的底部挡墙,但对高度达60m的边坡,仍需放缓边坡刷坡或采用预应力锚索等加固,施工困难;(2)放缓边坡方案,则边坡高度将超过100m,土石方数量增加较大,坡面防护面积也大大增加;(3)预应力锚索支护方案,锚索工程量大,但便于施工;(4)部分边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的方案,基本不增加边坡高度,通过锚固和挡护工程加固边坡,并维持原设计的挡墙和边坡坡率,对有条件刷坡且增加高度不大的地段,采取边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的措施。经综合比较,该方案最优,较为经济,便于实施。因此,采用了部分边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的方案。
按照设计方案施工,中、上部开挖基本到位,中部边坡支护仍在施工,因几次降雨,出现一处岩体楔体开裂,范围约30m,另有一处在挡墙开挖部位产生楔体坍塌。裸露的岩体表面,可见节理很发育。故再次设计调整中部锚索布置,并按岩体破碎程度和风化程度,具体设计规定底部挡墙开挖支护方式和墙身尺寸调整范围。部分坡面加密锚索;部分地段加大墙身截面,规定跳槽开挖的槽口宽不大于6m;另有部分地段增加墙背锚杆挂网和钢轨临时支护,规定跳槽开挖的槽口宽不大于3m。按调整后的设计进行施工,直至竣工,未出现新的边坡变形。
3 滑坡边坡加固设计
3.1 加固设计目标与原则
考虑到研究区边坡高陡,要保证高速公路的安全畅通,治理设计中须遵循以下两点目标:
3.1.1 边坡整体稳定性,即不发生依附于软弱结构面产生的大面积整体型滑坡。
3.1.2 坡体局部稳定性,即不发生多组结构面切割形成的小范围楔形体或某级坡面的局部溜坍。
在设计中,应以上述治理目标为原则,以安全经济宗旨,按“强腰固脚,整体与局部相结合”的思路进行。考虑到地质的隐蔽性、变异性,应加强施工地质工作,即时反馈及调整方案,以满足加固要求,达到信息化施工,即动态设计。
3.2 整治加固设计
3.2.1 清坡刷方
对于已发生滑坡溜坍段:第一阶挡墙不变;其余坡段坡率按原设计原位加固。
3.2.2 截、排水工程
地表水尤其是暴雨对坡体塌滑的触发作用是非常大的,截、排水工程包括坡顶截水天沟、平台集(排)水沟、涵洞、急流槽等的重砌及修复,坡顶的裂缝应用粘土夯填后浇填水泥净浆。
3.2.3 锚杆(索)地梁工程
边坡的主体加固工程为预应力锚杆(索)框架。锚杆(索)地梁为竖直顺坡方向的一根钢筋硷竖梁,在竖梁的节点处打人预应力锚杆(索),锚固段应穿过浅部高岭土夹层并深人到稳定的坡体中一定深度。
3.2.4 坡脚挡墙
边坡局部以强风化岩为主时,在坡脚设置护脚挡墙、半孔式挡墙。
3.2.5 其余防护工程
其余坡面视坡率及地质条件分别采用变截面护面墙、孔窗式护面墙、拱型骨架植草、三维网植草等措施进行防护。
3.3 动态跟踪设计
由于坡体地质条件潜在变化较大,故在边坡修整开挖后应加强施工地质工作,并相应地动态调整其防护加固设计方案,主要有:
3.3.1 因地层差异风化严重,故第一阶挡墙为暂定防护,待开挖至第二阶时,采用探槽法分段开挖(每20m开挖-Sm长的槽),超前查明地质,如为囊状强风化岩时,考虑动态调整为(竖井)抗滑桩加固。
3.3.2 当施工地质条件变化较大(如原设计为弱风化岩而开挖后有强风化岩脉),应针对现场地质适宜调整锚固防护工程,必要时变更防护方案。
3.3.3 仰斜平孔排水管,一般设计位置和数量均为原则性布设,在具体施工过程中,应根据施工揭示地层及含水状态等实际情况动态调整孔位、孔数和孔深,以排水孔正常出水率达50%以上为宜,确保平孔排水工程效果,同时尚做好坡脚墙后反滤层的设置。
4 结语
在边坡工程的设计一开挖一施工的动态循环过程中,不断补充最新动态信息是动态设计施工中的重要环节,尤其是现场监测信息更是不可缺少。前面的设计为后续的施工做准备,而在施工的同时又会发现新的信息,及时传给设计,不断修改、完善设计计算模型,为下一级的设计打下基础,如此往复螺旋式循环,直至最终边坡工程完成。在这期间,监测信息是完善模型的重要依据。这种动态设计施工模式是符合事物的认识发展过程的,更适合高边坡工程的特点,有助于安全、高效地完成高边坡工程的设计施工。
参考文献
[1]袁兴无.公路边坡生态防护分析与设计方法.散装水泥,2008-04-15.
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