公路路堑边坡防护技术研究.doc

.公路路堑边坡防护技术研究中文摘要近年,随着国家基础建设投资的增加,高等级公路建设中高边坡问题日显突出。对于岩质边坡高度大于30m,土质边坡高度大于20m就可认为是高边坡。低等级公路由于等级较低、路基较窄、开挖量小,所以高边坡不是很多,边坡防护中主要考虑边坡的稳定性,采取削坡减载、排水处理等措施,而对生态平衡、坡面侵蚀和环境等考虑较少。而高等级公路不但要满足高速行驶的功能,对边坡除了稳定性要求外,还应具有美化环境、吸收尾气、诱导视线等功能。防护的原则是:安全稳定、自然适宜、经济合理、生态平衡与景观协调。特别是在云南的公路建设中,由于地处高原,山高坡陡,高边坡问题更是随处可见,如元江至磨黑高速公路全长147km,大于30m的边坡就多达300多处。考虑高边坡的治理和加固一方面直接影响着工程建设的质量、投资和进度,同时也影响到交付使用后公路的养护、环境保护和过往车辆、行人的安全,选择合理的边坡加固方案显得非常重要,为此,有必要对高边坡的加固技术进行探讨。1边坡防护与加固的措施1.1抗滑桩抗滑桩(锚固桩)是承受侧向荷载的柱形支撑构件。通过桩身将上部承受的坡体力传给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,而使边坡保持平衡或稳定,抗滑桩工作原理见图1。抗滑桩从早期的木桩,到近代的钢桩和目前在边坡工程中常用的钢筋混凝土桩,断面形式有圆形和矩形,施工方法有打入、机械成孔和人工成孔等方法,结构形式有单桩、排桩、群桩、有锚桩和预应力锚索桩等。在对抗滑桩进行设计时,抗滑桩提供的阻滑力要使整个滑坡体具有足够的稳定性,同时保证坡体不从桩顶滑出,不从桩间挤出,抗滑桩桩身要有足够的强度和稳定性。对滑坡治理工程,抗滑桩原则布置在滑体的下部,即在滑动面平缓、滑体厚度较小、锚固段地质条件较好的地方,同时也要考虑施工方便的要求。对地质条件简单的中小型滑坡,一般在滑体前缘布设一排抗滑桩,桩排方向应与滑体垂直或接近垂直;对于轴向很长的多级滑动或推力很大的滑坡,可考虑布置成两排或多排,进行分级处治,分级承担滑坡推力,也可考虑在抗滑地带集中布置23排、平面上呈品字形或梅花形的抗滑桩或抗滑排架;对滑坡推力特别大的滑坡,可考虑采用抗滑排架或群桩承台。抗滑桩的间距一般采用610m,当抗滑桩集中布置成23排排桩或排架时,排间距可采用桩截面宽度的23倍。桩的锚固深度是抗滑桩发挥作用的关键因素,锚固深度不足,抗滑桩不足以抵抗滑体推力,容易引起失效,锚固过深则造成工程浪费,并增加施工难度。桩的锚固深度原则上由桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向容许抗压强度、桩基底的容许承载力来确定。根据经验,对于土层或软质岩层,锚固深度取1/31/2桩长比较合适,对于完整、较坚硬的岩层可取1/4桩长。 由于抗滑桩具有迅速、安全以及能比较经济地解决一些比较困难工程的优点,因此被广泛应用于高等级公路建设中,尤其是被应用于对高路堑地段的边坡防护。抗滑桩是一种被实践证明效果较好的传统加固方式,对一些浅、中层滑坡,利用桩身嵌固在滑动面以下的稳固地层内,借以抗衡滑坡体的下滑力,这是整治滑坡比较有效的措施。但是,由于其多为悬臂梁式设置,不但受力状态不理想,而且为克服较大的弯矩作用,往往设计的断面较大、配筋率较高,造价也非常高。1.2杆(索)技术锚杆(索)加固技术是利用锚杆(索)将滑动体和稳固体连为一体,提高岩土体边坡的自身强度和稳定能力。锚杆按是否预先施加应力分为预应力锚杆(索)和非预应力锚杆。非预应力锚杆是指锚杆锚固后不施加外力,锚杆处于被动受载状态,常采用、级螺纹钢筋,锚杆长度一般不超过16m,单锚设计吨位一般为100400kN。适用于边坡坡体破碎、边坡地层软弱、易发生浅层边坡失稳的边坡防护;预应力锚杆(索)是指锚杆锚固后施加一定的外力,使锚杆处于主动受载状态,锚筋一般采用精轧螺纹钢筋(2532)或钢绞线,锚杆长度一般不超过50m,单束锚索设计吨位一般为5002500kN,锚杆(索)的间距一般为410m。适用于坡体较高、潜在破裂面位置较深、岩层边坡施工期稳定性差或土层锚固性能较差等的边坡防护。根据工程条件目前多采用预应力锚杆(索)。为了保证边坡在施工过程中的稳定性,在软质岩高边坡地段,设计分级开挖,分级采用预应力锚杆(萦)梁加固的新型结构,即设计中采用台阶式边坡,每级边坡之间设置一定宽度(34m)的平台,每开挖一级边坡后先施工该级边坡的预应力锚杆(索),然后再施工钢筋混凝土地梁,待该级边坡预应力锚杆(索)在地梁上张拉后,再挖下一级边坡,锚索一般采用4215低松驰高强度钢绞线制作,钢绞线强度1860MPa,锚索设计张拉力为500kN,锁定在C20钢筋混凝土地梁上,锚索钻孔采用潜孔钻,锚孔内灌注4215级水泥的纯水泥浆,水泥强度为M25,要求从孔底灌浆直至孔口溢浆后方可停止注浆,对于地梁之间边坡,可根据其地质条件分别采用拱型骨架植草护坡,网格植草护坡或者护面墙护坡。锚杆(索)直接锚于滑动面以下的稳定地层中,变被动受力为主动抗滑,地面用梁或锚墩作反力装置给滑动体施加一预应力来稳定滑坡,能有效地阻止滑坡的移动。锚索工程不开挖滑体,对滑动体扰动小,利于机械施工,比抗滑桩工程节省投资约50%,因此应用广泛。1.3格构加固用毛石、卵石或预制空心砖等在边坡人工开挖的软质边坡面上,按正方形或菱形干砌或浆砌形成骨架,在中间种草等从而形成格构。格构加固技术是利用浆砌块石、现浇混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护,并利用锚杆或锚索加以固定的一种边坡加固技术。其作用原理与锚索作用原理基本相同,但格构加固技术是格构梁与锚索的综合应用,是一种兼顾深层加固与浅层护坡的滑坡治理措施,用原理如图2所示。根据格构采用的材料不同,格构可分为浆砌块石结构、现浇混凝土格构和预制预应力混凝土格构,目前我国在边坡工程中主要使用浆砌块石和现浇钢筋混凝土格构,格构常用的形式有方形、菱形、人字形和弧形四种,如图3所示为菱形格构。对于浆砌块石的四种形式,各种形式格构水平间距均应310m。浆砌块石采用的断面高宽一般300mm200mm。浆砌块石坡面应平整,坡度一般35。为了保证格构的稳定性,可根据岩土体结构和强度在格构节点设置锚杆,长度一般35m,全粘结灌浆。若岩土体较为破碎和易溜滑时,可采用锚管加固,全粘结灌浆,注浆 压一般为01110MPa。现浇混凝土格构同样有四种形式。方形和菱形格构水平间距应510m,人字形和弧形格构水平间距均应415m。钢筋混凝土格构一般断面高宽300mm250mm。格构纵向钢筋应采用14以上的级螺纹钢筋,箍筋应采用6以上的钢筋。格构混凝土强度等级不应低于C25。现浇钢筋混凝土格构护坡的坡面应平整,坡度一般70。当边坡高于30m时,应设置马道。为了保证格构护坡的稳定性,根据岩土体结构和强度在格构节点设置锚杆。锚杆应采用2540的级螺纹钢加工,长度一般4m以上,全粘结灌浆,并与格构钢筋笼点焊连接。若岩土体较为破碎和易溜滑时,可采用锚管加固,锚管用50钢管加工,全粘结灌浆,注浆压力一般为015110MPa,同样应与格构钢筋笼点焊连接。50钢管设计拉拔力可取为100140kN。锚杆(管)均应穿过潜在滑动面,如果是整体稳定性差或下滑力较大的滑坡,应采用预应力锚索进行加固。不论是浆砌块石格构还是现浇钢筋混凝土格构,均应每隔1020m宽度设置伸缩缝,缝宽23cm,填塞沥青麻筋或沥青木板。同时为了美化环境和防护表层边坡,在格构间应培土和植草。对于格构加固,锚索加在格构梁的交点处,锚索锚于滑动面以下稳定地层中,锚索利用锚固力主动抗滑,格构梁一方面表层护坡,同时又作为反力装置给滑体施加应力来稳定滑坡,因其与坡面接触面大,特别适合坡面岩土承载力较差时使用,因此该结构适用于整体稳定性差、前沿坡面须防护的中、小型疏松介质边坡的整治,尤其是适用于削坡条件受到限制的边坡整治工程。格构加固的特点是施工时不必开挖而扰动边坡,施工安全快速,与植被恢复结合还可美化环境,特别是钢筋混凝土格构、预应力混凝土格构与预应力锚索的联合应用,变被动抗滑为主动抗滑,充分发挥滑体的自承能力,是一种非常经济、合理的加固措施。1.4喷锚网支护喷锚支护系指喷射混凝土、钢筋网、锚杆共同作用的一种新型加固技术。其作用原理是:通过在岩土体内施工一定长度和分布的锚杆,与岩土体共同作用形成复合体,弥补岩土体强度不足并发挥锚拉作用,使岩土体自身结构强度潜力得到充分发挥,保证边坡的稳定。坡面设置钢筋网喷射混凝土,起到约束坡面变形的作用,可与岩土保持良好粘接,使整个坡面形成一个整体,提高岩土体的稳定性,加之钢筋网的作用,使喷射混凝土、钢筋网、锚杆及岩土体之间形成了一种有机的结合,充分发挥了岩土体自身的强度。混凝土喷锚支护的施工工序是:搭设脚手架整修边坡钻孔注浆(安装锚杆)钢筋网制作、挂网喷射混凝土喷水养护。在进行喷锚网支护时,对混凝土、钢筋网、锚杆等要满足一定的要求。水泥应优先选用425普通硅酸盐水泥,也可选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥,水泥标号不得低于325,性能符合现行水泥标准;砂应采用坚硬耐久的中粗砂,细度模数宜为215310,含水率应控制在5%7%;骨料应采用坚硬耐久的碎石或卵石,粒径不宜大于15mm,当采用碱性速凝剂时,不得使用含有活性二氧化硅的石料,以免发生碱骨料反应而使喷射的混凝土开裂破坏;外加剂可选用速凝、早强、减水等性能的外加剂,掺外加剂后的喷射混凝土性能必须满足设计要求;对水的要求不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质,不得使用污水以及pH值4的酸性水和含硫酸盐量按SO4计算超过水重1%的水。对所喷射混凝土,进行配合比设计时应能得到所需的强度、回弹量小、粉尘量少、粘附性好、能获得密实的混凝土,同时应不易发生管道堵塞。施工常用的配合比:水泥、砂、石重量比为122123;砂率宜为45%60%;水灰比宜为014015;速凝剂掺量应通过最佳掺量试验确定。铁丝网、钢筋、锚杆一般部位采用机编镀锌铁丝网,网目为8cm,铁丝网无锈,在规模较大的地质缺陷部位采用直径为68mm的钢筋网,网目为1020cm,锚杆宜采2232的螺纹钢筋,挂网锚杆锚固深度视边坡岩层的破碎程度及破碎层的厚度而定,一般取115m(为防止锚杆滑出,锚杆必须置于较好的岩层面以下一定深度),锚杆孔的深度应大于锚固深度20cm,并用13l4的水泥砂浆固结,锚杆间距采用210m210m的梅花型布置。喷锚网支护通过混凝土、钢筋网和锚杆共同作用形成复合体,可提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度,增强边坡的整体稳定性和承载能力。主要适用于岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡;或虽为坚硬岩层,但风化严重、节理发育、易受自然应力影响导致大面积碎落,以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡;或岩质边坡因爆破施工造成大量超爆、破坏范围深入边坡内部,边坡岩石破碎松散,极易发生落石、崩塌的边坡加固。 1.5注浆加固注浆加固技术是一项实用性很强、应用范围很广的工程技术,它是用液压、气压或电化学的的方法,将能与岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙中,使破碎、松散的岩土体固结成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体,从而达到改善岩土体物理力学性质的目的。注浆的材料主要有化学类浆材(如水玻璃类浆材和有机高分子类浆材)和粒状浆材(指水泥、粘土、砂土、粉煤灰等颗粒状材料)。采用的注浆方法有钻杆法、花管法、双层管双栓塞法、同步注浆法、压实注浆法、高压喷射搅拌法等。选定某种方法后可现场注浆确定浆液扩散的半径,在确定了浆液扩散半径后,在边坡上确定的注浆范围内进行注浆孔的平面布置,注浆钻孔深度取决于堆积体的厚度、以及所要求的地基承载力,一般以提高地基承载力为目的的灌浆深度15m,提高滑带抗剪强度为目的的灌浆应深达滑带下滑床2m,钻孔应呈梅花状分布,间距为注浆半径的2/3,一般为110210m,钻孔设计孔径为91127mm,一般用127mm开孔。注浆压力的确定是注浆加固的一项重要指标,在确定注浆压力时可以通过注浆试验确定,也可根据场地条件,采用110810MPa。灌浆耗浆量采用不同级别注浆压力,一般可按110、210、215、310、313、410、510、610、810逐级增大。当注浆在规定压力下,注浆孔(段)注入率014L/min,并稳定30min时即可结束。对公路边坡工程的注浆,一般都是永久性工程,注浆的目的主要是提高承载力和抗滑稳定性,根据不同的地层可由表1选择注浆方法及常用的浆材。注浆加固是通过把浆液注入岩石的裂隙或土体的孔隙,等浆液凝固后,使岩层和土体的强度大大提高,并改变岩土的力学性状,从而增强岩土的稳定性,因此被广泛地应用于铁道、公路、矿山及公民建筑中。虽然注浆加固在土木工程中被广泛的应用,但由于是一种新兴的加固技术,在各方面还有待于进一步的深入研究,比如岩体结构理论的完善、注浆加固体强度理论的研究。目前国内外对注浆加固技术还处在半经验半理论的阶段,理论上还有很多问题尚待解决。2.工程概况该滑坡体位于元磨公路K313+124K313+202右侧。公路右侧100m是芭蕉箐村和213线,垂直高差5060m,地形横坡30,路基右侧原设计按三级平台开挖,开挖边坡总体坡度40,坡口高超过30m。滑坡体由第三系松散碎石土、碎石粉质粘土和强风化泥岩、砂岩组成。滑动带由棕红色泥化或角砾状泥岩构成,厚012015m,粘聚力C=15187KPa,内摩擦角=15,力学强度较低。滑床由泥岩夹砂岩、钙质泥岩构成,节理裂隙发育、岩石破碎、风化强烈。由于第三系松散碎石土自身稳定性较差、边坡开挖坡度大于地形自然坡度、村寨居民生活用水侵蚀等因素而诱发产生该牵引性滑坡体。212加固方案滑坡体为工程开挖产生临空面,岩体失去平衡而产生的工程牵引性滑坡,根据地勘资料、力学模型等综合分析,本着确保路基、村寨安全,减少维修养护费用的原则,采取了以下措施进行综合加固。(1)右侧边坡适当刷坡减载,按第一台11,第二台、第三台11125,理顺边坡。坡面设置310m314m拱形钢筋混凝土锚杆护坡,植草绿化稳固坡面防止冲刷。(2)坡脚015m212m护面墙改为112m310m(宽高)仰斜式抗滑墙,稳住坡脚。(3)于右侧距中线22m平台位置设置7棵间距6m,桩长911m,断面115m210m的钢筋混凝土抗滑桩,克服上部土体推力,防止边坡变形。(4)坡口顶村寨下方,距中线6075m,坡面设置三排415m415m预应力锚索格栅梁,稳固山体,保证村寨和213线的安全。(5)滑体外缘及刷坡平台设置综合的排水系统,通过急流槽引出坡体以外,防止坡面冲刷和渗透软化坡体,降低坡体强度。通过以上综合加固措施,经计算和实际检验,滑坡处于稳定状态,并有一定的安全储备。3路堑高边坡加固措施的发展趋势随着高等级公路的发展,对路堑高边坡的防护与加固措施也随着人们对工程建设观念改变而改变,随着新工艺、新理论的发展而发展。其中对环境保护起重要作