公路边坡综合治理应用研究

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1引言

随着公路建设的飞速发展,路基边坡的防治越来越成为工程建设和后期养护的重点工作。由于边坡失稳将导致交通中断,造成巨大的经济损失和不良社会影响。因此,加强边坡的防治显得十分重要。由于土质路基边坡的主要地质灾害表现为滑坡,按其破坏的规模可分为整体滑坡和局部滑坡。边坡整体滑动的破坏类型主要为圆弧形;局部滑动的破坏类型主要为土体流动。评价边坡的滑动类型,要具体问题具体分析。

1.1边坡治理原则

(1)安全性:根据防治对象重要程度,设计使用年限。地震条件、地下水条件合理地拟定滑坡推力计算的安全系数。

(2)技术经济合理性:充分利用一切地形、地质条件,因地制宜地采取有效工程措施,加强滑坡的整体稳定性,做到工程措施、技术、经济合理性。

(3)实施的可能性:充分考虑施工过程和顺序,以保证滑体逐步趋于稳定,并确保施工人员安全。

(4)重视社会人文因素:制定工程措施和施工顺序时,应注意协调施工与当地居民生活的关系,尽量不影响当地居民正常生活。

(5)对于性质复杂的大型滑坡,可以绕避时应尽量绕避。当绕避有困难或在经济上显著不合理时,应视滑坡规模、公路与滑坡的相互影响程度、防治与治理费用等条件,设计几种方案比选。

(6)整治滑坡之前,一般应先做好临时排水系统,以减缓滑坡的发展,然后针对引起滑坡滑动的主要因素,采取相应的措施[1]。

1.2滑坡模式

影响公路边坡土体滑动形式和规模的主要因素主要有:(1)坡参数,包括台阶坡角、台阶高度及最终边坡角;(2)土性参数;(3)降雨;(4)下伏岩层的产状及破碎程度[2]。其中,前三项项相对固定,而降雨情况对其起主控作用,主要是由于雨水的浸入,导致表层土体的抗剪强度降低,现将滑坡模式归结为表1。

表1 边坡滑动模式[3]

滑动介质土岩棍合介质单一土层

破坏模式浅层滑动深层滑动深层滑动

工程地质和变形破坏特征表层土体沿下伏岩层或坚硬土

层滑动,滑动面近似单一平面

上部整体滑动土体受下部

岩层约束,上部近似圆弧

面,下部近似平面,为复合

滑动

土层自由滑动,形成圆弧滑

动面,在空间上呈椭球面

典型图示

2边坡的深层治理

2.1排除深层地下水

造成路基边坡及其构造物破坏的原因,主要是由于水的作用。危害路基的水可分为地面水和地下水两大类,因此,排水也分为地面排水和地下水排水。本节主要阐述地下水的排除措施[4]。

排除深层地下水的主要措施有:渗沟排水、渗水隧洞排水、平孔排水和集水井排水四种:1)渗沟排水

按其作用的不同可分为支撑渗沟、边坡渗沟及截水深沟三种:

(1)支撑渗沟:使用深度(高度)为一般宜<10m,宽度一般采用2~4m,用以支撑不稳定的边坡,兼起排除和疏干坡体内地下水的作用,其形式分为主干和分支两种:主干平行于可能滑动方向,布置在地下水露头处或由土中水形成坍塌的地方;支沟应根据汇水情况合理布置,可与滑动方向成30°~45°交角,并可伸展到滑动范围以外,以拦截地下水。

(2)边坡渗沟:疏干潮湿的边坡和引排边坡上局部出露的泉水或上层滞水,支撑边坡,减轻坡面冲刷。边坡渗沟垂直嵌入坡体,其底埋入潮湿土层以下较干燥而稳定的土层内,做成有2%~4%泄水坡的阶梯式。基底一般都要铺砌防渗。边坡渗沟的间距取决于地下水的分布、流量和边坡土质等因素,一般采用6~10m。

边坡渗沟的宽度约1.2~1.5m,其深度视边坡潮湿土层的厚度而定。

(3)截水渗沟:当有丰富的深层地下水进入滑坡体时,可在垂直于地下水流的方向设置截水渗沟以拦截地下水,并排出滑坡体以外。截水渗沟一般深而长,为便于维修与疏通孔道,在直线段每隔30~50m或渗沟的转弯、边坡处应设置检查井,其井壁应设泄水孔,以排除附近的地下水。

2)渗水隧洞排水

渗水隧洞主要用于截排或引排集中于滑动附近埋藏较深的一层地下水。隧洞断面不受地下水流量控制,主要决定于施工和养护维修的方便,并考虑节约投资。

3)平孔排水

用平孔排除滑坡地下水,具有施工方便、工期较短、节约材料和劳动力的特点,是一种经济有效的措施。平孔的设置位置和数量应视地下水分布的情况及地质条件而定。孔径大小一般不受流量控制,可由数十毫米至100mm以上。

4)集水井排水

该种排水形式最适用于集中汇集基岩面上及其附近的地下水。集水井深度一般为15~30m。在滑坡区内施工集水井时,应达到比滑动面即行停止,并尽量缩短工期;在暂没滑动的滑坡区内或滑坡区外,集水井应深入基岩2~3m。

2.2土钉支护

目前,一般认为土钉支护机理是以新奥法理论为基础,其支护用于土体开挖和边坡稳定,是一种新的挡土技术[5]。由于经济可靠且施工速度简便,己在岩土工程中得到迅速推广和应用。土钉的特点是沿通长与周围土体接触,以群体起作用,与周围土体形成一个组合体,在土体发生变形的条件下,通过与土体接触面上的粘接力或摩擦力使土钉被动受拉,并主要通过受拉工作以约束加固或使其稳定。公路边坡采用土钉支护结构可以加固坡体、防护边坡,也可以提高边坡的整体稳定性[4,5]。

路堑边坡土钉支护结构的稳定性分析可采用整体安全系数法,这是一种较为简单的整体稳定性分析方法,分析时采用的滑动面形式如图1所示。

图1 路堑边坡土钉支护结构整体稳定性分析

对第i 条土条来说,由土条底面法向应力平衡可得:

cos sin()/i i i cj i h N w T s ααβ=++∑ (2-1)

第i 条土条下滑力为:

sin i i i E w α= (2-2)

考虑土钉的抗拉作用后第i 条土条的抗滑力为

(/)cos()[sin sin()/]tan i i i cj h i i i cj i h i R c l T s w T s αβααβϕ=+++++∑∑ (2-3) 式中:ij bj f T DL πτ=;

a i —i 土条底面与水平面夹角;

β一土钉与水平面夹角;

D 一土钉直径;

L bj 一滑裂面外稳定土体中第j 根土钉长度;

f τ一土钉与土体界面摩阻力设计值。

则考虑土钉支护作用时的边坡整体稳定安全系数为

i

i R K E =∑∑ (2-4)

但土钉支护结构加固路堤和挡土墙时的整体稳定分析和路堑边坡土钉支护结构不同,用于公路高路堤和挡土墙加固的土钉支护结构整体稳定性分析应将土钉加固的整个土体视作重力式挡土墙,分别验算支护整体沿底面水平滑动稳定性与绕坡脚倾覆稳定性。

(1)抗滑稳定性分析

土钉支护结构在主动土压力作用下,有可能沿着支护结构基底向外滑动。此时需要对支护结构进行水平抗滑稳定性分析。

支护结构水平抗滑稳定安全系数K :按下式计算:

tan s a

s w K E ϕ+= ()s bc = (2-5)

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