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高速公路顺层岩质边坡处治研究

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高速公路顺层岩质边坡处治研究

摘要:顺层岩质边坡为四川山区常见的边坡类型之一。顺层岩质边坡岩性主要为互层状的砂岩、泥岩等,边坡岩层倾向和坡向相同,岩层倾角小于坡度角。在四川高速公路工程中,顺层岩质边坡岩性主要是泥岩、粉砂岩、砂岩等,岩石较软。顺层岩质边坡破坏模式主要为在削坡、渗透等引发沿岩层面的滑动。以四川某高速公路一边坡为例,讨论顺层边坡的处治研究

关键词:顺层;岩质;边坡处治;处治措施

关于顺层边坡问题,很多国内外专家进行过探讨。一般来讲,顺层边坡发生变形主要有四种形式:顺层滑动破坏型、锲形体滑动破坏型、顺层滑动—拉裂破坏型、滑动—弯曲破坏型。边坡破坏一般有以下阶段:开挖应力变化、节理裂隙逐渐发育、变形破坏。当坡角和岩层倾角相差不多时,边坡极有可能发展成滑坡。关于缓倾角顺层边坡的变形破坏机理研究还不是很深入,一般会认为其与弯曲变形破坏有关。顺层岩质边坡为四川山区常见的边坡类型之一。顺层岩质边坡岩性主要为互层状的砂岩、泥岩等,边坡岩层倾向和坡向相同,岩层倾角小于坡度角。在四川高速公路工程中,顺层岩质边坡岩性主要是泥岩、粉砂岩、砂岩等,岩石较软。顺层岩质边坡破坏模式主要为在削坡、渗透等引发沿岩层面的滑动。现以四川某高速公路一边坡为例,讨论顺层边坡的处治研究。

1地形地貌

该顺层岩质边坡位于大巴山区的南缘,地形走势从南到北逐渐变高。该区域主要为溶蚀作用、侵蚀作用形成的山地,海拔1450~1750m,为强切割地貌,地形陡峭,为带状山脉,走向北西,坡度角一般大于30°,谷底与山顶海拔相差一般在550~1050m,河谷呈V形,河流侵蚀作用以下蚀作用为主。高速公路路线走向平行于岩层走向。路线右侧一般为顺层岩质边坡。边坡高度为35m。边坡开挖分为三级,开挖边坡坡度较大,其中第一级坡率为1∶0.5,第二三级坡率为1∶0.75,开挖边坡坡度角大于岩层倾角,为比较陡峭的顺层岩质边坡。

2岩性构造

经过实地考察,该边坡地层为侏罗系的沙溪庙组,岩性为泥质粉砂岩与细砂岩互层。其中K73+310~K73+875段岩层的产状为102°∠26°,K74+050~K74+195段岩层产状为129°∠36°。边坡附近地质构造为向斜。边坡发育了两组节理,其中一组节理产状为6°∠83°,另外一组节理产状为192°∠76°。

3水文地质

该边坡所在区域地下水主要是孔隙水,地下水补给主要为大气降水,地下水水量不多,渗透性较弱,地下水主要为潜水,只有局部因为受泥页岩的阻隔承压。

4边坡处治

边坡开挖前比较稳定,但因为有构造裂隙,边坡如果长期受到风化作用和降水作用,岩层力学强度逐渐变低,有可能会沿着层面滑动,所以边坡开挖后必须对边坡进行处理。边坡开挖后主要通过框架锚索、框架锚杆以及抗滑桩进行加固。布置如下:①一级边坡按坡率1∶0.5放坡,坡面框架锚杆按4×3m设置防护,框架锚杆直径为18mm,锚杆长5m。②二级、三级边坡按坡率1∶0.75放坡,坡面用框架锚索来加固,4×3m,框架植草护坡。锚索为6φ15mm钢绞线,锚索倾角为15°,单根锚固力设计为770kN,锚固段长10m。③一级边坡与二级边坡间为3.5m平台,设置矩形抗滑桩。矩形抗滑桩为3×2m,长度20m,间距6m,每根抗滑桩的抗滑力设计为1350kN。④坡面其他没有设置加固措施的地方需要植草防护并挂铁丝网。边坡断面设计如图1所示。

5处治措施评价

该边坡的岩层倾角为26°~34°,岩石比较软弱,边坡开挖后比较容易发生滑动。边坡可能的破坏模式为沿着岩层面滑动。边坡潜在滑动面处在较深的位置,滑动面之上的滑坡体很厚,一旦发生失稳,滑坡体很可能会阻断交通,甚至毁坏公路。该边坡处治使用抗滑桩和框架锚索共同加固,抗滑力较强。现场施工时,在一二级边坡间平台设置较粗的抗滑桩来固定坡脚。抗滑桩处于滑体下方,桩脚设计为滑动面之下13m,桩间距6m,这样就保证了每根桩都能提供较强的抗滑力。同时在边坡的中上部安装框架锚索,来加固边坡腰部,从而改善边坡所受应力状态,降低边坡主动下滑力。使用EMU边坡分析软件来计算边坡稳定性,来分析该边坡处治的实施效果。计算断面如图2所示,边坡岩体参数按表1选取计算,K法计算的单根抗滑桩设计抗滑力为1350kN。计算得到几种情况下该边坡的安全系数,如表2所示。根据高速公路路基设计规范,在正常情况下,二级公路边坡经过稳定性验算,其安全系数要求不得小于1.20。根据表2数据,刚削完的边坡安全系数是1.05,这时的边坡刚好处于极限平衡的状态中,随时有可能会顺层发生滑动。而只使用抗滑桩加固,边坡安全系数就会提高到1.12,但还是没有达到规范要求的1.20。使用框架锚索支护,边坡安全系数就会达到1.37,而使用抗滑桩+锚索共同加固,边坡安全系数提高到1.43,都满足了规范中对于安全系数的要求。

6结论

顺层岩质边坡为四川山区常见的边坡类型,边坡可能的破坏模式为沿着岩层面滑动。边坡潜在滑动面处在较深的位置,滑动面之上的滑坡体很厚,一旦发生失稳,滑坡体很可能会阻断交通,甚至毁坏公路。未加固边坡的安全系数很低,边坡容易发生滑动顺层,只用抗滑桩加固,边坡安全系数还是没有达到规范要求,使用框架锚索支护,边坡安全系数就会达到要求,而使用抗滑桩+锚索共同加固,边坡就会更加安全。

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作者:赵正宝 闫宗平 邹立 牛玉珍 唐国品 单位:四川水利职业技术学院

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