丘陵地区切方路基边坡开挖的监测与加固

丘陵地区切方路基边坡开挖的监测与加固

1切方路基边坡开挖湖南潭-邵（阳）高速公路经过湖南省西南部的山区，许多路段的高边坡是高边和高边。原有山坡工程地质条件为块石质粘土层下的强风化石英岩和炭质、泥质页岩,在长期自然力作用下山坡大都为坡角小于45°的缓坡。在这种山坡上切方建造路基或填筑路基都是破坏自然平衡条件的外加因素。目前潭邵高速公路沿线,切方或填方路基施工中出现的值得引起注意的问题主要有以下几点:①设计的切方路基边坡角一般都陡于自然边坡角。目前,实际施工中的大多数边坡坡比,由下而上有1∶0.75、1∶1.0、1∶1.5。而自然边坡坡比大都为1∶1.8,坡角在30°左右。陡于自然边坡角的切方路基边坡已经破坏了原来的平衡状态,按设计开挖的地质条件差的边坡在施工过程中和施工完成后,往往产生大规模坍塌,不得不清理,重新设计边坡,延误了工期,增加了路基建设投资。②有些地段,在斜坡上填方筑路基,因而加大山坡下滑力而破坏原有山体平衡条件,也往往出现滑坡。③开挖边坡大都自上而下全部开挖,然后再进行护坡。地质条件差的边坡往往还未开始护坡,就已失稳并产生滑坡,是因为没有建立施工过程中的边坡山体稳定性监测系统,因而捕捉不到施工过程中的滑坡前兆。④大多数边坡,没有详细的工程地质剖面资料,因此,产生滑坡后难以确定滑动面深度等滑坡要素。⑤大多数产生滑坡地段,不得不重新进行补充勘探,重新进行边坡稳定性评价和边坡设计及边坡加固设计,严重影响工期并增大投资。目前潭邵高速公路路基建设阶段边坡加固设计和施工是最制约工期的问题。鉴于以上现状和教训,对于地质条件差的边坡,本文提出以监测为先导,采用边开挖、边监测和边加固的边坡开挖程序。目前在部分地段试行,实践表明,它是行之有效的科学的边坡开挖程序。2单位及燃放地质条件差的边坡的开挖和加固设计首先设计人员在理念上要充分认识到陡于自然山坡坡角的切方路基边坡的开挖,破坏了山体的自然平衡状态,可能导致山体滑坡。业主和施工单位及监理单位的人员,在思想上要有边开挖边加固的思想准备。为此,对强风化石英岩、炭质、泥质页岩、膨胀土等地质条件差的边坡提出如下边坡开挖程序:建立边坡稳定性监测系统;边开挖边进行监测,一旦发现滑坡前兆,立即停止开挖;进行边坡稳定性计算分析和加固设计;边加固边开挖,并严密监测;边坡开挖和加固完毕,监测确认边坡稳定后修筑坡顶截排水沟并进行坡面防护。下面就每步程序加以简要说明。2.1边坡岩体位移监测设在约30°坡角的山坡上切坡造路基,新设计的边坡自下而上坡高分别为10、10和14m;坡比分别为1∶1、1∶1、1∶1.25的三段组成(图1)。对于这种边坡,在开挖边坡之前应建立边坡稳定性监测系统。在目前的技术和设备条件下,最适合的是钻孔测斜仪法岩体水平位移监测技术。因为它能直接监测出滑动面深度和了解到滑动面处地层条件。在边坡的代表性剖面上(图1),预先打2～3个竖直钻孔,在孔中埋设测斜仪导管,用测斜仪,从孔底到孔口,每隔0.5m监测岩体在边坡倾向的水平位移值,绘制孔深与水平位移关系曲线(图2)。钻孔测斜仪埋设部位,一个是坡顶上部0.5H处;一个是边坡中上部;另一个是边坡中下部,共2～3孔,视边坡高度而定,至少是两孔。在坡顶部ED段,孔深约等于坡高H,在边坡中下部的孔深从坡面打到路基标高下5.0m即可。在边坡中上部的孔深约等于2H/3～H即可。钻孔孔径,一般为开孔ϕ110mm,终孔ϕ90mm。打钻孔测斜仪孔时,要取岩芯,进行素描后绘制柱状图,供绘制工程地质剖面图用。建立监测系统后,隔三天测读一次初读数,然后在边坡开挖过程中,定期进行巡回检测,及时预报出边坡岩体位移动态,特别是下雨前后。除了用钻孔测斜仪检测边坡深部位移动态外,还应在坡顶ED范围内观察坡面开裂变形情况,记录坡顶各部位产生裂缝的情况。2.2坡顶开裂情况埋设完监测系统后,可自上而下按设计开挖边坡,边开挖边监测,并注意观察坡顶ED范围地表开裂情况。一般情况下,滑坡的促发在开挖到2个台阶以上,即坡高达20m时,因此随着边坡下切深度的增加,应密切注视坡顶开裂情况和边坡位移随着下切深度增加的信息。如果在开挖到一定深度后,在边坡内部岩层界面处出现水平位移突然增大的情况,并在边坡顶部出现裂缝,会促发滑坡。因此,一旦出现滑坡前兆,应立即停止开挖,进行下步程序。2.3岩体工程地质对凝聚力系数影响第一步,进行边坡稳定性反分析,确定滑动面上的岩体抗剪强度指标,在抗剪强度指标c、ϕ中,内摩擦系数值ϕ,受工程地质条件和其他因素的影响较小,可从有关手册中查得,但凝聚力系数c值则受岩体工程地质条件影响很大,一定要给定ϕ值后反算出来。边坡稳定性反分析的步骤为,假定边坡抗滑稳定安全系数为1.0,按监测的滑动面(入口为边坡顶部垂直裂缝处,深度为水平位移突变的岩层界面,滑舌可假定为开挖到边坡底高程),用先定的ϕ值反算出c值,经过几次反分析,确定出一套c、ϕ值。用反分析确定c、ϕ值,对于已经监测出的滑动面,再计算出满足边坡永久抗滑稳定安全系数k≥1.3所需的加固力En。2.4较适合在边坡的加固根据计算出的加固力En值,进行边坡加固构件施工设计。目前国内外常用的边坡加固构件有锚杆、抗滑桩及挡土墙三种,其中锚杆最适合边加固边开挖的程序性边坡。工程上常用的滑坡治理手段是削坡减载,但它只适合于滑坡后的滑体整治,却不利于缓坡状山体边坡的加固。因为在山坡底部大量削坡,意味着对原有山体平衡状态的破坏更加严重。除非根据山丘总高度及工程地质条件选择加固方案,进行施工设计后,加紧施工,自上而下,边加固边开挖,直到开挖完成。2.5及时补充加固监测,避免补充加固按上述程序,进行加固,边坡开挖完成后一段时间应继续进行监测,如监测出不稳定信息,应及时进行补充加固。与此同时,对边坡坡面应按设计进行防护,并且在坡顶垂直裂缝外围5m处修建永久性截排水沟,并对垂直裂缝进行封堵。3低水势挡墙体边坡我国高速公路建设方兴未艾,正从东部向西南、西北延伸,在中部地区的湖北省和湖南省,高速公路正在广阔的