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淺析動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)在某路塹高邊坡加固工程中的應(yīng)用論文
論文關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)路塹高邊坡加固工程
論文摘要：高速公路路塹邊坡是一種人工開挖的永久性邊坡，其穩(wěn)定性具有重要的意義。本文通過一個(gè)典型的路塹邊坡工程實(shí)例，就動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的應(yīng)用做一個(gè)粗淺探討期望能為邊坡工程設(shè)計(jì)理論和方法提供一些幫助，減少邊坡工程設(shè)計(jì)的人為性和隨意性，提高防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。
隨著人口的增長和土地資源的開發(fā)，邊坡問題己變成同地震和火山相并列的全球性三大地質(zhì)災(zāi)害(源)之一。邊坡問題也一直是我國工程界的熱點(diǎn)問題及巖土工程界中比較常見的技術(shù)間題之一。它涉及高層建筑基坑邊坡，公路邊坡，鐵道邊坡，水電工程邊坡，礦山開采工程邊坡。近年來，隨著人類工程活動(dòng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和場區(qū)工程地質(zhì)條件的限制，因邊坡失穩(wěn)引起的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失，邊坡的穩(wěn)定性問題日益突出。
1工程概況
某路塹高邊坡工程預(yù)設(shè)計(jì)采用緩坡刷方結(jié)合寬平臺方案開挖4級，坡高34m，采用普通防護(hù);邊坡開挖3級以后，地質(zhì)復(fù)核發(fā)現(xiàn)邊坡工程地質(zhì)條件存在較明顯差異.故調(diào)整設(shè)計(jì)方案，增加防護(hù)加固工程;后因持續(xù)暴雨沖擊，已基本開挖完成的坡體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，滑體前緣反翹剪出口距坡腳最遠(yuǎn)約20m，如圖1所示。由于該邊坡設(shè)計(jì)、開挖階段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和變形階段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，為較典型邊坡破壞案例，其分析和治理涵蓋了巖質(zhì)路塹高邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要流程和方法。因此，本文以此為例來闡述有關(guān)巖質(zhì)路塹高邊坡動(dòng)態(tài)方法的應(yīng)用。
2邊坡工程預(yù)設(shè)計(jì)
2.1工程地質(zhì)基礎(chǔ)
該邊坡場區(qū)屬低山丘陵地貌，場地內(nèi)及附近未發(fā)現(xiàn)有對邊坡穩(wěn)定性有影響的斷裂構(gòu)造，設(shè)計(jì)高速公路側(cè)切一圓形山包以深挖路塹通過，最大中心挖方深度約26m，線路走向3390。邊坡工程地質(zhì)勘察在其斷面布設(shè)鉆孔兩個(gè)，分別為ECK6和ESK1050，根據(jù)鉆孔資料，結(jié)合工程物探解釋，揭示邊坡地層結(jié)構(gòu)如下:上覆坡殘積粘性土，厚度2--I2m，平均標(biāo)貫擊數(shù)小于10次;邊坡主體為二迭系翠屏山組(P=cp)強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，其中砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層厚度2}Sm，平均標(biāo)貫擊數(shù)約60次，巖芯呈褐紅色或灰色，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，原生礦物均已風(fēng)化呈土狀，雨水易軟化、崩解，TCR-78%;碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化層，厚度76m,紫紅色，巖芯呈57cm碎塊，節(jié)理裂隙發(fā)育，層理不清，錘擊易碎，礦物成分風(fēng)化明顯，TCR=58%;下伏為弱風(fēng)化粉砂巖，淺灰色、青灰色，巖芯多呈8cm碎塊或12-20cm柱狀，巖質(zhì)較新鮮，中厚層狀，裂隙較發(fā)育，傾角以30-450為主，RQD=5565%,,TCR=88%;邊坡場區(qū)巖層產(chǎn)狀約1600<450，地下水埋深約20m。具體見圖2所示
根據(jù)以上工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料分析有如下基本判斷:(1)該場區(qū)地形地貌和地質(zhì)條件可以滿足路塹邊坡工程開挖的設(shè)計(jì)要求;(2)該邊坡場區(qū)未見控制性斷裂構(gòu)造通過;(3)邊坡主體物質(zhì)構(gòu)成為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，覆蓋層較薄48m;(4)邊坡下伏弱風(fēng)化基巖頂面在坡腳附近出露，順坡向傾角約300，易形成控制性底界;(5)層面傾向與邊坡傾向基本垂直，對邊坡穩(wěn)定性影響較小;(6)邊坡地下水位較高;(7)邊坡挖深較大，開挖卸荷松弛效應(yīng)較為突出，應(yīng)加強(qiáng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì);(8)該邊坡工程類型應(yīng)劃分為節(jié)理巖石邊坡。
2.2坡形坡率設(shè)計(jì)
邊坡坡形坡率設(shè)計(jì)是在工程地質(zhì)勘察和邊坡工程分類的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)邊坡總體坡形坡率，以保證施工期在臨時(shí)防護(hù)或預(yù)加固等措施條件下的坡體臨時(shí)穩(wěn)定，以及防護(hù)加固后邊坡的永久穩(wěn)定，一般包含坡形設(shè)計(jì)和坡率設(shè)計(jì)。
路塹邊坡坡形設(shè)計(jì)包括邊坡總體形態(tài)設(shè)計(jì)和坡級平臺設(shè)計(jì)。由于路塹邊坡坡體地層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)體現(xiàn)自上而下逐漸增高的特征，故邊坡總體形態(tài)一般設(shè)計(jì)外凸形邊坡較為普遍。研究發(fā)現(xiàn)臺階邊坡可以比直線形邊坡具有更好的整體穩(wěn)定性，尤其當(dāng)坡率介于1:0.5--1:1.0之間時(shí)臺階作用較為有效。因此，在確保單級臺階邊坡穩(wěn)定的情況下，宜設(shè)計(jì)成臺階狀邊坡以提高邊坡的總體穩(wěn)定度。研究還發(fā)現(xiàn)處理高邊坡問題時(shí)，可以在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺，將一個(gè)高邊坡化解為兩個(gè)以上相對獨(dú)立的邊坡段，以減少坡腳應(yīng)力的集中發(fā)展，達(dá)到分解高大邊坡的設(shè)計(jì)目的，一般平臺寬5m左右時(shí)效果較為明顯。
對于該高邊坡來說，由于該邊坡地形地貌條件可以滿足緩坡刷方條件，且緩坡刷方并未急劇增加邊坡設(shè)計(jì)高度，而且處于隧道洞口的特殊位置，因此優(yōu)先采用緩坡刷方方案，并考慮在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺，以達(dá)到分解高大邊坡，提高坡體穩(wěn)定性的目的。
路塹邊坡坡率設(shè)計(jì)一般可采用工程地質(zhì)類比法、風(fēng)化破碎程度確定法、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀確定法、極限坡率圖解法和數(shù)值分析計(jì)算法等方法綜合確定。該高邊坡的坡率設(shè)計(jì)主要依據(jù)該地區(qū)既有工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合勘察鉆孔揭露邊坡地層結(jié)構(gòu)和風(fēng)化破碎程度認(rèn)為:對于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化軟巖和坡殘積粘性土地層，設(shè)計(jì)坡率1:I.0和I:1.25一般可以滿足單級邊坡的穩(wěn)定要求。
綜上分析，對該邊坡設(shè)計(jì)總體坡率為1:1.0，分4級開挖，頂級坡殘積土層放緩為1:I.25;級間除第2級頂設(shè)計(jì)4m寬平臺外，其余平臺均設(shè)計(jì)為2m寬，具體如圖3所示。
2.3邊坡穩(wěn)定性分析
為了確定該邊坡防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)方案，需要對其進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算該邊坡經(jīng)4級開挖后穩(wěn)定系數(shù)為1.65,屬穩(wěn)定邊坡。
2.4防護(hù)加固工程對策
根據(jù)上述邊坡開挖卸荷特征和邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，認(rèn)為該邊坡可以采用緩坡刷方結(jié)合寬平臺處理的方案達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。因此該邊坡預(yù)設(shè)計(jì)方案采用普通防護(hù)措施，即各級邊坡設(shè)計(jì)坡率及防護(hù)加固工程措施為:第一級1:1.0,孔窗式護(hù)面墻;第二級1:1.0,鍍鋅網(wǎng)TBS植草，設(shè)置4m寬平臺;第三級1:1.0，三維網(wǎng)植草;第四級1:1.25,噴播植草。另外，鑒于該邊坡地下水位相對較高，故在邊坡第一級YK201+840--+960段設(shè)置間距5m的排水平孔，孔深15m，上仰角8-150，詳見圖3所示。
3邊坡開挖階段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)
3.1地質(zhì)基礎(chǔ)資料的補(bǔ)充與修正
該邊坡施工進(jìn)場后，由于場地條件良好，邊坡開挖進(jìn)展較為迅速，邊坡開挖3級后，設(shè)計(jì)人員對開挖面揭露地質(zhì)條件進(jìn)行現(xiàn)場校核，進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)基礎(chǔ)資料的補(bǔ)充和修正。地質(zhì)校核發(fā)現(xiàn)，該坡體屬砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，具體體現(xiàn)為以下3點(diǎn):
(1)地層風(fēng)化厚度差異較大;在YK201十920斷面地層結(jié)構(gòu)基本與原勘察資料相符;但在邊坡小里程側(cè)，覆蓋層較薄，主要出露為碎塊狀粉砂巖地層;在邊坡大里程側(cè)覆蓋層較厚，約12m，主要出露砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖地層。(2)邊坡巖體較為破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，部分為順坡向裂隙，且裂隙面炭化明顯;局部夾有厚度約3-5cm的泥巖、頁巖風(fēng)化而成的飽和粘性土，局部結(jié)構(gòu)面有松弛現(xiàn)象。(3)邊坡層面較為紊亂，現(xiàn)場量測控制性巖層產(chǎn)狀為1900<240，與勘察資料提供的1600<45”存在差異;且層面夾泥滲水，不利邊坡穩(wěn)定。
3.2防護(hù)加固工程調(diào)整與變更
根據(jù)有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析的成果，認(rèn)為當(dāng)考慮順傾向?qū)用婵刂菩?yīng)時(shí)，邊坡穩(wěn)定度為1.06，低于規(guī)范要求的穩(wěn)定系數(shù)控制值，必須增補(bǔ)必要的支擋加固工程以提高邊坡穩(wěn)定性，確保邊坡工程的安全與可靠。設(shè)計(jì)變更方案莊邊坡第2,3級增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿框架工程，框架寬6m,高8m,每片框架設(shè)4孔錨桿，采用全長赫結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)，錨桿筋材采用I’SB1080級精扎螺紋剛，直徑32nnn,錨孔12}mm,錨固段設(shè)計(jì)為6m,單孔預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為450kN錨豐t=長度第2級邊坡上排22m，下排18m;第3級邊坡上排20m，下排18m;預(yù)應(yīng)力錨桿框架內(nèi)設(shè)計(jì)TBS植草或三維網(wǎng)植草。經(jīng)錨桿框架加固后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)提高到1.21，滿足規(guī)范規(guī)定的要求圖4給出邊坡設(shè)計(jì)變更方案立面布置圖。
4結(jié)語
該邊坡工程經(jīng)過以上加固處理后，完工至今已近4年，未發(fā)生任何不利影響。
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