不良地质条件下路堑边坡失稳原因分析及治理措施

不良地质条件下路堑边坡失稳原因分析及治理措施摘要:我国高速公路中有不少路段通过山岭重丘地带,地形、地质条件复杂且自然坡陡。在施工过程中,路堑边坡的崩塌、滑坡现象时有发生,其危害严重、损失极大,使工程往往无法正常实施,也可能给工程竣工后正常运营留下安全隐患。为了满足安全可靠和经济合理双重目标,对高边坡病害特征性质的深入分析和对其治理工程方案的慎重选择显得非常重要。

关键词:路堑边坡失稳原因分析治理措施

我国高速公路中有不少路段通过山岭重丘地带,地形、地质条件复杂且自然坡陡。在施工过程中,路堑边坡的崩塌、滑坡现象时有发生,其危害严重、损失极大,使工程往往无法正常实施,也可能给工程竣工后正常运营留下安全隐患。某高速公路K83+950～k84+600段右路堑边坡多处失稳滑塌即属此类问题的实例。

1 工程现场情况

某高速公路K83+950～k84+600段最大挖深为28.3m。在进行K84+340～K84+600段开挖过程中,主线右侧曾出现坍塌并有沿路线方向的裂缝,但因挖方深度小,坍塌数量少,未引起高度重视。在开挖至K84+340处主线右侧出现了较大滑塌,滑塌数量约5000m3。在进行K84+175～K84+225段开挖时,在坡顶距边坡开挖线6～8m处出现了裂缝,现已滑塌,数量约1000m3。

2 边坡失稳原因分析

本段挖方路基位于沂沭断裂带,该断裂带至今仍活动,是我国的重要地震带。开挖面和滑坡面均见古老滑动痕迹。岩石为红砂岩,层状构造钙质、泥质胶结互层不均匀,以中风化为主,节理、裂隙发育,四断面节理把岩石分割成大小不等的小块,并且层间夹泥(即泥隔)。红砂岩具有软硬相间,交互成层的多元层状结构,岩质较弱,倾角较缓,岩体破碎,透水性强。特别是紫红色泥岩和粉砂岩互层,风化强烈。岩体的层理、节理裂隙、断层对岩体的稳定性起很大影响。山体中存在顺层滑动带和发育的节理是边坡失稳的内因。路堑边坡坡度陡于岩石的岩层坡度,开挖时上部岩层失去支撑力,打破了山体的原有平衡状态,以及在降雨的影响下雨水透过裂隙浸泡层间的夹泥,进一步降低了岩层的抗剪强度,此为山体滑坡的外因。

3 综合治理措施

3.1 边坡治理措施

1)处治边坡时,当环境条件许可时,宜优先选用放缓边坡的处治措施。

2)支挡是边坡处治的基本措施,对于不稳定的边坡岩土体,可选用工程防护措施进行支挡防护。

3)加固是边坡处治的有效措施,根据边坡的具体工程地质条件,选用加固措施处治边坡。常见的边坡加固方法主要有:(1)注浆加固(2)锚杆加固(3)土钉加固(4)预应力锚索加固(5)抗滑桩(6)挡土墙(抗滑挡土墙和扶壁挡土墙等)(7)微型桩(钢轨桩、钢管桩、预制桩和小截面桩等)(8)有效降低下滑力的加固方法:削坡减载、地表截排水沟、平孔排水等;

3.2 边坡防护方案的优化选择

原设计1级边坡为普通锚杆框架式挂网防护,2、3级边坡为菱形骨架坡面防护。根据现场地质和岩性情况,该防护形式已不能保证边坡的稳定,

(1)现场条件:边坡外为荒山,征地手续易于办理,考虑放缓边坡和坡顶卸载两种方式进行处治。根据地形地貌特征初步确定边坡坡率由原来的1∶0.75,1∶0.75,1∶1,1∶2变更为1∶1,1∶1,1∶1.2(4级边坡通过顶部卸载卸除)。

(2)但仅采用放缓边坡和坡顶卸载的处治方案,其风险较大,因为削坡减载不能有效地提高边坡的整体稳定性,只能降低滑体的下滑力。另外,岩石较破碎,裂隙发育,雨水渗入裂隙会使岩体的抗剪指标进一步下降,必将采取补救措施,可能会使卸载量大大增加,或采取其他加固措施,延长施工工期。

(3)预应力锚索加固能改变岩体的受力状态。预应力锚索防护是

通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚索将力传给框架,再经框架对不稳定坡体施加一个预应力,将不稳定松散岩体挤压,使岩体间的正压力和摩阻力大大提高,增大抗滑力,限制不稳定坡体的发育,从而起到了加固边坡、稳定坡体的作用。锚索孔内高压注浆,使浆液填充了锚孔周围坡体内裂隙,提高了坡体的整体稳定性。

(4)经综合考虑,最后确定采用边坡和坡顶卸载和锚索加固的方法综合治理该路段边坡失稳问题,即1级边坡由原框架锚杆防护改为预应力锚杆十字面板防护,2、3级边坡由原菱形网格改为预应力锚索防护,边坡坡率由原来的1∶0.75,1∶0.75,1∶1,1:2变更为1∶1,1∶1,1∶1.2(4级边坡通过顶部卸载卸除)。通过卸载减小了边坡所需的加固力,减小了锚索的长度和数量,从而减少了治理工程的费用。

(5)边坡顶部卸载面设置反倾面,并在坡顶修设混凝土挡水梗,及时排除雨水,避免雨水下渗影响边坡的稳定和对边坡的冲刷。

3.3 进一步优化施工方案

3.3.1 修改爆破方案

(1)原爆破施工方案的一次爆破深度为一级台阶高度,即8m,为了减小对边坡的震动,爆破深度改为4m,单次起爆长度由30m改为20m。

(2)改整幅开挖施工为先开挖左半幅,后开挖右半幅,逐级开挖,逐级跟进,每级剩余4m高度作为安全平台,以便为发生不稳定滑动时提供一定时间的缓冲。(3)起爆网络由原来“V”字形改为斜“一”字形,斜度和右

侧边坡交角30°。(4)右侧边坡在预裂爆破时向内侧增加一排缓冲孔,延时时间由3段改为4段延时。其目的也是减小对右侧边坡的震动。

3.3.2 调整边坡防护工程施工顺序

对于稳定性路堑边坡,为方便施工,可以在开挖完成后,集中进行防护工程的施工,但该处地质复杂,岩石破碎,必须按照随开挖、随防护的施工方法,坚持“开挖一级,防护一级,逐级开挖,逐级防护”的原则,通过锚索的预施应力既保证了上部边坡的稳定,减小了对下部边坡的土压力,又避免了开挖面暴露时间过长,使边坡松驰范围变大,造成新的病害。

3.3.3 加强锚索施工质量控制

确保边坡稳定。锚索施工工序繁多,技术性强,施工时重点控制一下几点:(1)钻孔采用干钻法施工,避免钻孔水通过岩石裂隙渗入坡体。

(2)压浆时采用低压慢注,间歇注浆、逐渐加压的注浆方法,浆液在压力作用下渗透入破碎岩层中,通过浆液的渗透,提高了岩石的整体强度。

(3)保证锚垫板预留孔中心位置与锚孔轴线,锚垫板下混凝土振捣密实。(4)张拉时先进行钢束的预紧,使各股钢绞线应力均匀后再进行整束张拉,预紧力控制在0.2δcon,整束张拉时分级进行,按6级控制,张拉力分别控制为:0.2δcon、0.25δcon、0.5δcon、0.75δcon、1.0δcon、1.1δcon,前5级持荷时间控制在2-5min,最后一级按10min控制,稳定后即可锁定,张拉过程采用双控进行控制。