高速公路高边坡设计与加固要领

摘要: 随着高速公路作为基本的交通设施在我国的普遍使用,其设计建设中存在的问题也日益被关注。高速公路高边坡的建筑设计规范有待国家出台相关的文件规程整治。针对公路行业高边坡设计施工时遇见的问题,本文着重从事故产生的原因以及整治方案两个方面进行阐述。力求在工艺精益求精的前提之下减少事故发生机率,保证公路畅通和国家和人民的生命财产安全。

关键词:高边坡防护, 设计, 要领

一 高速公路高边坡事故灾害问题简析

我国公路行业关于高边坡的规范有待规范。尤其是近年来在高速公路建设中,由于高边坡的稳定性受控于边坡所在岩土体的基本特性,地质体的复杂性、多变性和不均质性,使得高边坡设计也十分复杂。

目前随着公路建设的快速发展,山区高速公路的修建越来越多,自然而然,高边坡、深路堑也随之增多,由于山区特殊的地形地貌及复杂的水文地质、工程地质条件,边坡出现变形、滑坡的现象也不可避免,如安徽省黄山至杭州高速公路和铜陵至黄山高速公路在开挖过程中产生大量高边坡变形问题。据有关资料显示,边坡问题已变成同地震、火山相并列的全球性三大地质灾害源之一。 合理的设计及加强高边坡的稳定性,成为重点研究方向。

二 影响高边坡稳定性能诸因素

考虑到边坡病害的形成条件:影响路堑高边坡稳定的主要因素应该放在工作的首要,在设计工程中有目的性地加强对不安全因素的控制,保证设计工程达到经济和安全的双重结合。据多年的工作实践结合查阅相关资料,笔者认为影响路堑高边坡的因素可总结为以下三个方面。

1路堑高边坡的工程地质条件

工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要因素,它包括以下几个方面。

(1)地层岩性。地层岩性及其组合是构成高边坡的物质基础,岩性决定了岩石的强度、抗风化能力、岩体结构以及边坡高度。

(2)地质构造。地质构造取决于岩层的产状、发育程度、节理裂隙的性质及断层破碎带的性质等,这些因素是影响路堑边坡的岩体结构的主要因素。受构造的影响,高边坡体的结构受节理裂隙发育影响,容易造成岩体破碎,影响路堑高边坡的稳定性。

(3) 边坡岩体的风化程度。岩体风化破坏岩体的完整性,同时使岩石物质成份变质,影响岩体的稳定性,造成影响路堑边坡稳定性的不安全因素。风化程度分为四级:全风化、强风化、中风化、微风化。应根据不同的风化程度进行相关的设计施工。

(4)水文地质条件。水文条件是影响边坡稳定性的重要因素,路堑边坡体内受地下水的影响,岩性软弱,容易形成坡体滑坡、边坡滑坡。针对此种情况,地下水及地下水的发育程度是施工中首先需要考虑到的。

2路堑边坡施工流程

在设计合理的前提下,做好施工组织,选择有效的施工方法及工艺,尤其做好开挖与支挡工程的有机配合。边坡防护工程有很多是属于隐弊性工程,应选择有经验、责任心强的施工队伍,并加强施工质量监督与管理,确保边坡稳定和结构安全。

3影响路堑边坡稳定性的其他因素

除上述因素以外,还有一些其他的次要的外在条件,如破坏植被,上部荷载情况,持续降雨等,均对边坡的稳定有一定的影响。

3 路堑边破坏类型及其解决方案

路堑高边坡的变形破坏类型有诸多,从工程防治的难易程度和投资金额的考虑,按照路堑边坡变形规模和范围分为:坡体变形、边坡变形和坡面变形。针对不同的破坏类型采取不

同的防治措施,做到因地制宜。

(1)坡体变形

坡体变形的原因在于,边坡所在山体或斜坡体工程地质条件较差,不良坡体结构或岩体结构在物理和化学作用下很容易产生变形。施工方案应针对影响坡体变形的因素,再结合坡形、坡率设计,采取必要的工程支挡措施,如抗滑桩、预应力锚索框架、抗滑挡土墙等,用以固脚强腰,同时辅以排水及减重等措施,确保坡体的稳定。

(2)边坡变形

边坡变形由于地质条件较差,或含水量高,或有倾向临空的不利结构面,变形破坏等级可以分为一级到数级边坡的变形,但破坏深度不能不超过6m ~7m 的安全范围。针对边坡范围内发生的坍塌、浅层滑坡、局部契形体滑动可以采用改变坡形、坡率或作一些如锚杆框架、仰斜排水孔等一般加固及排水措施,减少灾害的发生频率以及变防治形的进一步扩大。

(3)坡面变形

坡面变形的三种形式为坡体变形、边坡变形、坡面变形,与此相应的应结合坡体稳定、边坡稳定、坡面稳定,只有三者同时达到稳定,才能真正做到控制路堑高边坡的稳定性能。即三者是相辅相成的,坡体稳定是边坡稳定的基础。

三 高边坡设计的注意事项

1 详细的地质资料是设计的前提。高边坡设计时应考虑岩土体的地层岩性、结构、构造、风化程度及强度特征。高边坡是将地质体的一部分改造成为人为工程,其稳定性受控于地质条件和人为改造的程度,设计的边坡只有符合边坡稳定的所有边界条件,才能保持稳定,否则就会造成不必要的灾害。

2高边坡设计是预测性设计。由于线长、点多,前期地质调查和勘探中对高边坡重视不够,而且变形尚未发生,因此其设计是在对开挖后可能产生的变形类型、规模、部位的预测中进行的。资料充分、预测准确者将取得成功,否则会导致失败。

3 高边坡设计是风险性设计。地质资料的不足使设计依据不充分,存在某种盲目性。地质条件的复杂多变及难以勘察清楚也使设计具有风险性。如何控制在允许的范围内,人们对自然的认识还有差距,因而也具有风险性。

4高边坡设计应该是动态的。要把地质工作延伸到施工过程中,随着开挖暴露,进一步了解地质条件的变化,进行设计的调整或变更,即所谓“动态设计,信息化施工”。

5 高边坡设计要充分考虑边坡的水文地质条件。水对边坡稳定的影响主要表现在以下几个方面:

① 降雨的影响

统计数据表明,滑坡多集中在降雨量多的年份发生,而且很多滑坡是在雨季发生的。因为降雨尤其是长期的降雨使坡体土石逐渐饱水,甚至在隔水层上形成暂时的含水层。这样一方面增大了边坡土石体的容重和降低了土石体的内聚力,另一方面还产生了动水压力和静水压力,使边坡的稳定性急剧降低而产生滑坡。

② 地表水的影响

地表水下渗增加了边坡土体的含水量,使土达到塑性状态,降低了土体的稳定性。当水渗入隔水层时使层面间摩擦力和内聚力降低,造成边坡失稳而下滑。

③地下水的影响

地下水浸湿边坡,使土石体的容重增加,浸湿范围加大,浸湿程度加剧,显著地降低了土石体的抗剪强度。地下水位的升降,还会产生很大的动水压力与静水压力,地下水还能溶解土石体中易溶物质,使组成斜坡的土石体成份和结构发生变化,导致滑坡的产生。

6高边坡设计对施工程序和方法应提出严格要求。遇雨季施工大量雨水渗入坡体软化软

弱面,应分层开挖、逐级支挡防护,如一挖到底易造成边坡变形;大药量爆破造成岩体破碎、软弱面松动,甚至滑坡等。因此在设计文件中对施工程序和方法应提出严格的要求。

总之,高速公路高边坡的设计和加固工作是一个系统,从设计、施工到加固的整个过程中都要求因地制宜,针对不同的水文、地质条件进行相应的设计施工,做好定期的勘查工作,早发现早治理。水文地质、工程地质条件的调查分析要贯穿边坡设计、施工的全过程,一切以安全作为前提,最大限度的合理运用资金,同时边坡设计、治理要做到与周边环境相协调,注重生态防护。使高速公路的建设和社会、人文、环境的发展和谐统一。

参考文献:

[1]程良奎. 岩土锚固[m].北京:中国建筑工业出版社.2002。

摘要: 随着高速公路作为基本的交通设施在我国的普遍使用,其设计建设中存在的问题也日益被关注。高速公路高边坡的建筑设计规范有待国家出台相关的文件规程整治。针对公路行业高边坡设计施工时遇见的问题,本文着重从事故产生的原因以及整治方案两个方面进行阐述。力求在工艺精益求精的前提之下减少事故发生机率,保证公路畅通和国家和人民的生命财产安全。

关键词:高边坡防护, 设计, 要领

一 高速公路高边坡事故灾害问题简析

我国公路行业关于高边坡的规范有待规范。尤其是近年来在高速公路建设中,由于高边坡的稳定性受控于边坡所在岩土体的基本特性,地质体的复杂性、多变性和不均质性,使得高边坡设计也十分复杂。

目前随着公路建设的快速发展,山区高速公路的修建越来越多,自然而然,高边坡、深路堑也随之增多,由于山区特殊的地形地貌及复杂的水文地质、工程地质条件,边坡出现变形、滑坡的现象也不可避免,如安徽省黄山至杭州高速公路和铜陵至黄山高速公路在开挖过程中产生大量高边坡变形问题。据有关资料显示,边坡问题已变成同地震、火山相并列的全球性三大地质灾害源之一。 合理的设计及加强高边坡的稳定性,成为重点研究方向。

二 影响高边坡稳定性能诸因素

考虑到边坡病害的形成条件:影响路堑高边坡稳定的主要因素应该放在工作的首要,在设计工程中有目的性地加强对不安全因素的控制,保证设计工程达到经济和安全的双重结合。据多年的工作实践结合查阅相关资料,笔者认为影响路堑高边坡的因素可总结为以下三个方面。

1路堑高边坡的工程地质条件

工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要因素,它包括以下几个方面。

(1)地层岩性。地层岩性及其组合是构成高边坡的物质基础,岩性决定了岩石的强度、抗风化能力、岩体结构以及边坡高度。

(2)地质构造。地质构造取决于岩层的产状、发育程度、节理裂隙的性质及断层破碎带的性质等,这些因素是影响路堑边坡的岩体结构的主要因素。受构造的影响,高边坡体的结构受节理裂隙发育影响,容易造成岩体破碎,影响路堑高边坡的稳定性。

(3) 边坡岩体的风化程度。岩体风化破坏岩体的完整性,同时使岩石物质成份变质,影响岩体的稳定性,造成影响路堑边坡稳定性的不安全因素。风化程度分为四级:全风化、强风化、中风化、微风化。应根据不同的风化程度进行相关的设计施工。

(4)水文地质条件。水文条件是影响边坡稳定性的重要因素,路堑边坡体内受地下水的影响,岩性软弱,容易形成坡体滑坡、边坡滑坡。针对此种情况,地下水及地下水的发育程度是施工中首先需要考虑到的。

2路堑边坡施工流程

在设计合理的前提下,做好施工组织,选择有效的施工方法及工艺,尤其做好开挖与支挡工程的有机配合。边坡防护工程有很多是属于隐弊性工程,应选择有经验、责任心强的施工队伍,并加强施工质量监督与管理,确保边坡稳定和结构安全。

3影响路堑边坡稳定性的其他因素

除上述因素以外,还有一些其他的次要的外在条件,如破坏植被,上部荷载情况,持续降雨等,均对边坡的稳定有一定的影响。

3 路堑边破坏类型及其解决方案

路堑高边坡的变形破坏类型有诸多,从工程防治的难易程度和投资金额的考虑,按照路堑边坡变形规模和范围分为:坡体变形、边坡变形和坡面变形。针对不同的破坏类型采取不

同的防治措施,做到因地制宜。

(1)坡体变形

坡体变形的原因在于,边坡所在山体或斜坡体工程地质条件较差,不良坡体结构或岩体结构在物理和化学作用下很容易产生变形。施工方案应针对影响坡体变形的因素,再结合坡形、坡率设计,采取必要的工程支挡措施,如抗滑桩、预应力锚索框架、抗滑挡土墙等,用以固脚强腰,同时辅以排水及减重等措施,确保坡体的稳定。

(2)边坡变形

边坡变形由于地质条件较差,或含水量高,或有倾向临空的不利结构面,变形破坏等级可以分为一级到数级边坡的变形,但破坏深度不能不超过6m ~7m 的安全范围。针对边坡范围内发生的坍塌、浅层滑坡、局部契形体滑动可以采用改变坡形、坡率或作一些如锚杆框架、仰斜排水孔等一般加固及排水措施,减少灾害的发生频率以及变防治形的进一步扩大。

(3)坡面变形

坡面变形的三种形式为坡体变形、边坡变形、坡面变形,与此相应的应结合坡体稳定、边坡稳定、坡面稳定,只有三者同时达到稳定,才能真正做到控制路堑高边坡的稳定性能。即三者是相辅相成的,坡体稳定是边坡稳定的基础。

三 高边坡设计的注意事项

1 详细的地质资料是设计的前提。高边坡设计时应考虑岩土体的地层岩性、结构、构造、风化程度及强度特征。高边坡是将地质体的一部分改造成为人为工程,其稳定性受控于地质条件和人为改造的程度,设计的边坡只有符合边坡稳定的所有边界条件,才能保持稳定,否则就会造成不必要的灾害。

2高边坡设计是预测性设计。由于线长、点多,前期地质调查和勘探中对高边坡重视不够,而且变形尚未发生,因此其设计是在对开挖后可能产生的变形类型、规模、部位的预测中进行的。资料充分、预测准确者将取得成功,否则会导致失败。

3 高边坡设计是风险性设计。地质资料的不足使设计依据不充分,存在某种盲目性。地质条件的复杂多变及难以勘察清楚也使设计具有风险性。如何控制在允许的范围内,人们对自然的认识还有差距,因而也具有风险性。

4高边坡设计应该是动态的。要把地质工作延伸到施工过程中,随着开挖暴露,进一步了解地质条件的变化,进行设计的调整或变更,即所谓“动态设计,信息化施工”。

5 高边坡设计要充分考虑边坡的水文地质条件。水对边坡稳定的影响主要表现在以下几个方面:

① 降雨的影响

统计数据表明,滑坡多集中在降雨量多的年份发生,而且很多滑坡是在雨季发生的。因为降雨尤其是长期的降雨使坡体土石逐渐饱水,甚至在隔水层上形成暂时的含水层。这样一方面增大了边坡土石体的容重和降低了土石体的内聚力,另一方面还产生了动水压力和静水压力,使边坡的稳定性急剧降低而产生滑坡。

② 地表水的影响

地表水下渗增加了边坡土体的含水量,使土达到塑性状态,降低了土体的稳定性。当水渗入隔水层时使层面间摩擦力和内聚力降低,造成边坡失稳而下滑。

③地下水的影响

地下水浸湿边坡,使土石体的容重增加,浸湿范围加大,浸湿程度加剧,显著地降低了土石体的抗剪强度。地下水位的升降,还会产生很大的动水压力与静水压力,地下水还能溶解土石体中易溶物质,使组成斜坡的土石体成份和结构发生变化,导致滑坡的产生。

6高边坡设计对施工程序和方法应提出严格要求。遇雨季施工大量雨水渗入坡体软化软

弱面,应分层开挖、逐级支挡防护,如一挖到底易造成边坡变形;大药量爆破造成岩体破碎、软弱面松动,甚至滑坡等。因此在设计文件中对施工程序和方法应提出严格的要求。

总之,高速公路高边坡的设计和加固工作是一个系统,从设计、施工到加固的整个过程中都要求因地制宜,针对不同的水文、地质条件进行相应的设计施工,做好定期的勘查工作,早发现早治理。水文地质、工程地质条件的调查分析要贯穿边坡设计、施工的全过程,一切以安全作为前提,最大限度的合理运用资金,同时边坡设计、治理要做到与周边环境相协调,注重生态防护。使高速公路的建设和社会、人文、环境的发展和谐统一。

参考文献:

[1]程良奎. 岩土锚固[m].北京:中国建筑工业出版社.2002。


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