山區公路路塹邊坡穩定性分析

在山區，由于地形、工程質量和水文條件復雜，不良地質現象很常見。在高標準道路建設過程中，為了滿足道路平面和垂直方向的要求，不可避免地會出現一條深路，破壞自然山脈的平衡。此外，在外部自然因素的影響下，挖掘邊坡會風化和侵蝕邊坡，容易導致邊坡失穩。貴州省位于中國西南腹地,屬淺內陸地區,大部分屬山嶺重丘地形,山巒起伏,地貌復雜,氣候多樣。在國家西部大開發的大好形勢下,近年來逐步加大了高等級公路的建設力度,但由于對特殊地形地質認識不足,加上設計、施工方面經驗不足等方面的原因,已經建成或正在建設的部分高等級公路邊坡失穩現象較為嚴重,既延誤了工期,又造成了巨大的經濟損失。據有關資料表明,往往一處邊坡塌方后修復的費用比預先防治的費用高出約3~5倍,甚至更高。因此,探討山嶺重丘區高等級公路路塹邊坡設計方法的合理性,為其它公路設計積累經驗是非常必要和迫切的。1主要原因是山區高架道路交叉口的穩定性1.1高邊坡深路塹特點由于高等級公路平面、縱面線型指標高,而山嶺重丘區地形起伏大,不良地質現象比較普遍,為滿足高等級公路的指標要求,深路塹(包括高邊坡和地質不良的路塹)不可避免,加上高等級公路對邊坡穩定性的要求高,開挖邊坡一般較緩,邊坡高度大于30m的深路塹較為常見。1.2邊坡坡度的確定方法巖體失穩現象的產生,是巖體受力后出現壓縮變形、剪切位移和膨脹破裂的結果。巖體的結構不同,其力學特性有較大的差異,破壞的形式亦不盡相同,尤其是路塹開挖后邊坡巖體的結構面受多種因素的影響,因此,很難采用某一種方法對邊坡穩定性進行定量分析,而需要具體情況具體分析,采用多種方法(如工程地質類比法、力學分析法)進行綜合分析和計算。工程地質類比法是確定巖石或石質土路塹邊坡坡度最基本的方法。它是根據詳細調查所獲得的巖石性質、工程地質和水文地質條件、擬用的施工方法、邊坡的高度等,參照當地已建路基的邊坡狀況或自然極限山坡來確定設計開挖邊坡坡度。但由于現行有關規范和手冊僅對一般路塹的邊坡坡度提出了推薦值,而貴州地區高等級公路建設尚處于起步階段,可以借鑒的經驗較少。1.3滑坡分布地區滑坡是山區公路的主要病害之一。已經建成或正在建設的高等級公路滑坡會造成交通中斷,影響公路正常運輸,尤其大規模的滑坡會堵塞河道、摧毀公路、影響公路建設工期、大大增加工程投資等等。而貴州省是我國滑坡分布的主要地區之一,不僅規模大、類型多,而且分布廣泛、發生頻繁、危害嚴重,這一點已在近年來興建的高等級公路中得到印證。一般的滑坡,不談對建設工期的延誤,就修復費用少則幾百萬,多則幾千萬,事后分析其原因,多數系對特殊地形地質認識不足。事先對易發生滑坡的地帶進行深入的調查,勘探,判斷邊坡的穩定性,按照防治結合、以防為主的原則,及時根治或繞避,那么,就可最大限度地減少滑坡的危害。2邊坡初勘及防治設計關興公路地處云貴高原東南斜坡地帶上,受自然切割及地質構造影響,道路縱向連綿起伏,橫向坡陡壁峭,高填深挖隨處可見,沿線發育有泥灰巖、泥質砂巖、煤系地層以及灰巖互層,巖層節理發育,巖體破碎,加上地下水比較發育,受氣候影響,全年多雨,且暴雨強度大,因此極易導致邊坡滑坡、危巖落石等路基病害。經統計,關興公路全線(全長約114.4km)深路塹約66處,最大開挖邊坡高度約100m。其中17處進行邊坡防治設計,其余作一般防護。為此,在初勘初設階段,我們通過路線地質調查,擬定沿線可能造成滑坡的深路塹,提出初勘要求,根據初勘成果進行初步穩定性分析,經多方案比選后,確定必須實施的可能造成滑坡的深路塹,在詳勘施工圖設計階段進行詳細勘探,經過經濟、技術、具體防治方案比選后,提出防治措施。邊坡防治設計一般采用錨噴支護,一般高邊坡以防止落石為目的進行噴漿或噴混凝土防護。具體設計過程如下。2.1臺階型邊坡設計目前,深路塹邊坡的形狀一般有直線型、折線型和臺階型三種。但對于高等級公路,因交通量大,要求運行質量高,建成后如發生病害,養護維修將十分困難,而臺階型既對邊坡穩定有利,還可作為零星塌方、碎落物的臨時停積位置,可起到開闊視野、改善景觀的作用,并為養護人員提供通道。為此,設計中一般采用臺階型。具體設計為:對硬質巖石深路塹,邊坡高度20m以內可一坡到頂,超過20m的邊坡按每20m設置一級平臺,寬1.5m;對軟質巖石深路塹和地質不良的路塹,邊坡高度10m以內可一坡到頂,超過10m的邊坡按每10m設置一級平臺,寬1.5m。但對需錨桿或錨索加固的邊坡,則根據施工要求設置平臺寬度,一般取2~3m。平臺一般設有4%向路側坡度便于排水,除堅硬巖石邊坡外,平臺必須進行噴漿(混凝土)防護。2.2邊坡坡率及深路塹對于地質條件較簡單的深路塹,邊坡坡度主要按照工程地質類比法確定;當地質條件較復雜時,以工程地質類比法、赤平極射投影法等定性的分析方法為主,輔以極限平衡法、有限元法等力學分析法綜合評價確定。對于地層單一、巖層傾向無不利影響的深路塹,硬質巖石挖方邊坡一般坡率取1∶0.5,特殊極陡自然邊坡處可取1∶0.35;軟質巖石挖方坡一般坡率取1∶0.75,自然坡度較陡處可取1∶0.5。對地質條件較復雜的深路塹,則需根據工程地質勘探結果,對巖層節理進行測量統計,對巖體構造、風化程度、各種結構面性狀、自然邊坡及其塌陷情況、人工開挖邊坡的穩定性及變形破壞模式等進行更深入地調查,結合巖土力學試驗結果和物探波速等綜合確定有關參數,如巖層層面之間的C、Φ值等等,據此分析邊坡巖體結構類型、巖體質量和可能的變形破壞模式,采取相應的措施進行防治,從而確定可行的、經濟合理的開挖邊坡坡率。在全線17處進行防治設計的深路塹中,軟質巖石或有軟質巖石夾層的,順向巖層傾角在10°~20°之間時,開挖邊坡一般取1∶0.75~1∶1;受結構面或構造面控制的存在滑坡、崩塌等不良地質現象的硬質巖石深路塹,開挖邊坡一般取1∶0.5~1∶0.75。2.3加固硬質基礎薄弱地邊坡發生率高等級公路深路塹邊坡排水、防護及防治,主要是保護路基邊坡坡面免受雨水沖刷,減緩溫度及濕度變化的影響,防止或延緩軟弱巖土表面的風化、破碎、剝蝕演變過程,保證路基穩定,改善生態平衡,美化路容。在關興公路深路塹邊坡排水、防護及防治設計中,主要措施為:(1)對易風化軟巖、裂隙和節理發育、坡面不平整、破碎較嚴重的石質挖方邊坡,采用掛網噴漿防護,厚度8cm,砂漿強度不低于M10,為減少砂漿干裂裂縫對強度的影響,在砂漿層中加設一層鋼筋網或高強聚合物土工格柵(CE系列)。(2)對邊坡高度大于50m或采取錨桿、錨索加固的特殊邊坡則采用掛網噴混凝土防護,厚度15cm。(3)對堅硬不易風化的硬質巖石挖方邊坡,節理裂縫多而細者采用勾縫,大而深者采用灌漿;夾有松散層處采用護面墻。(4)對軟質巖石或有軟質巖石夾層的順向巖層挖方邊坡,受結構面或構造面控制的、存在滑坡、崩塌等不良地質現象的硬質巖石挖方邊坡,采用錨桿或錨索掛網噴混凝土防治,錨桿長度一般6~20m,錨索長度一般20~34m。(5)對于地表水的排除,利用邊溝、截水溝等排水設施,將流向路基的山坡水和路基表面水分段截留,引入自然溝谷,排出路基范圍之外。對地下水的處理,應與地表水的排除統一考慮,因地制宜,設置必要的地下排水設施,如滲溝、暗溝等,以便疏干邊坡的地下水,保證邊坡的穩定。2.4藤本植物綠化本工程巖石深路塹邊坡較多,為美化路容,邊坡開挖后,采用具有吸盤的爬山虎、啤酒花、山葡萄等攀援性藤本植物進行綠化,綠化效果好且成本低廉,是值得推廣的綠化手段之一。3應遵循山地大橋設計的一般原則3.1重丘區公路的立地條件分析以往,人們習慣認為公路滑坡不是什么大不了的事情,跨了再修,不會有太大的影響,那是針對低等級公路,而且邊坡也不是很高的情況而言。對山嶺重丘區高等級公路來說,挖方邊坡高,運營質量要求高是其突出的特點,一旦出現滑坡,就會造成交通中斷,影響公路正常運輸,尤其大規模的滑坡會堵塞河道、摧毀公路、影響公路建設工期、大大增加工程投資等等。因此必須充分認識滑坡的危害性。3.2地質勘探和調查工作山嶺重丘區高等級公路深路塹邊坡設計首先應以穩定為前提,而穩定性分析的基礎是地質勘探和調查資料,因此必須強化地質勘探和調查工作,尤其是一般容易忽視的對當地已建成深路塹的設計和使用情況的調查、分析和總結工作。以便提供準確、可靠的地質參數,決不能抱有僥幸心理,為節省費用忽視這個環節。3.3采用多種方法進行邊坡穩定性的分析方法由于路塹開挖后邊坡巖體的結構面受多種因素的影響,以目前的技術手段,很難采用某一種方法對邊坡穩定性進行定量分析,而需要具體情況具體分析,采用多種方法(如工程地質類比法、力學分析法)進行綜合分析和計算。3.4降低路基病害的方案比選在山嶺重丘區高等級公路設計中,深路塹是不可避免的,但如果重視方案比選和優化設計工作,深路塹的數量是可以減少,深路塹的防治費用也是可以降低的,同時也可避免施工和運營過程中出現滑坡等路基病害。方案比選和優化設計工作主要分三個步驟:(1)在初測、初步設計階段平面選線時,進行多方案比選,可盡量避免深路塹的出現。(2)確實不可避免時與隧道、明洞和棚洞等方案進行比選。(3)確定深挖方案后,在定測、施工圖設計階段還需在邊坡穩定性分析的基礎上,做出包括開挖、支護費用在內的技術經濟比較,然后從中確定最優化的邊坡設計方案。3.5綜合治理措施的種類絕大多數的邊坡失穩都是由于多種因素的作用造成的,因此不宜采用單一的防治