高速公路路堑高陡边坡防护与加固处理技术分析探讨

关键词：高速公路

目前, 我省高速公路建设正快速进行, 其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。本人在高速公路施工过程中, 沿线路堑边坡的崩塌、滑坡现象时有发生, 其危害性严重、造成经济损失极大, 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的双重目标, 对高边坡做深入的工程地质分析和对其治理工程方案的慎重选择显得非常重要。

1 工程概况

梅河高速公路某标段位于河源到梅州其中一段, 其中路堑高边坡高约6 0 m, 边坡设计分6级开挖, 1级边坡高1 5 m, 由高5 m的浆砌片石护面墙 (1∶0.25) 和高10m的边坡 (1∶0.5) 组成;其他各级边坡每10m设一个平台, 设计坡率为1∶0.7 5~1∶1。

2 工程地质情况分析

2.1 岩层岩性

坡体岩性由第四系覆盖层 (Q 4) , 基岩为白垩系 (K) 砂岩、粉砂质泥岩、砂砾岩组成。第四系覆盖层主要为坡积层及滑坡堆积层, 厚度为2 m~5 m。基岩按风化程度分为强、中、微风化三种。

2.2 地质构造

发育三组节理, 节理面平直、稍粗糙, 闭合~张开, 局部张开宽数厘米, 最大达2 0厘米, 局部夹泥。

2.3 水文地质条件

地下水埋深大, 受大气降水控制, 地表水渗透补给地下水, 季节性变化很大。边坡岩体节理、裂隙发育, 透水性较好, 在有集中降水的情况下, 岩体会形成暂时局部富水带。

2.4 物理地质现象

主要表现为岩体风化、崩塌、滑坡。

3 边坡稳定性分析

3.1 按极限平衡法对边坡进行稳定性分析, 由极限平衡理论

m=抗滑力/下滑力= (CL+Wcosθtgφ) /Wsinθ

令m=1→θ=6 0.8°, 从理论上讲, 当坡角为6 0.8°时, 土体处于临界平衡状态, 坡角大于6 0.8°时, 土体处于不稳定状态。按传递系数法计算滑坡推力, 稳定性结果见表1。

3.2 边坡防护与加固的必要性

该边坡为一顺向坡, 坡体岩质软弱, 而且边坡岩体节理、裂隙、发育, 岩体松动变形导致节理、裂隙张开, 在有集中性降雨的情况下, 地表水大量下渗, 将恶化岩体的力学性质, 促使边坡向不利于稳定的方向发展变化。削坡后边坡的工程状态处于极限平衡状态, 必须对边坡进行加固和防护处理。

4 边坡综合治理措施方案

按现场工程地质和实际施工情况, 设计方分析制定了科学可行的边坡综合治理措施, 具体如下。

4.1 预应力锚索加节点锚杆框格梁

(1) 预应力锚索:在开挖边坡第二、四级坡设置3排预应力锚索及承压梁。锚索长度第二级为2 5 m, 第四级为3 6 m, 锚固段长度不小于5 m;以进入完整基岩为准。锚索水平间距4.0 m, 竖向间距3.5m。承压梁为C 3 0现浇混凝土梁, 梁宽0.6 m, 厚0.5 m, 底面嵌入坡面岩体0.2 m, 坡底面找平。承压梁主筋为10Φ22, 箍筋ф8@150。

(2) 节点锚杆框格梁:在开挖边坡的第一、三、五、六级采用节点锚杆框格梁护坡。框格梁采用菱形布置, 梁间距水平方向为3.5 m, 竖直方向为4.0 5 m, 每1 6 m设置一道伸缩缝。框格梁采用C 2 0现浇混凝土梁, 截面为3 0 c m×4 0 c m, 埋入坡面以下不少于1 5 c m。梁交叉处加节点锚杆, 节点锚杆孔径为Φ100mm, 长度为10m~12m, 节点锚杆主筋为Φ3 2 m m螺纹钢。

锚索及节点锚杆框格梁施工应与同级坡开挖、修坡同时进行, 待锚索框架预应力张拉后进行下一级土石方开挖, 以免边坡面长时间不防护, 产生新的滑坡, 造成更大的施工困难, 影响施工进度。

4.2 预应力锚索加节点锚杆框格梁加固原理

预应力锚索是通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚索将力传给承压梁, 再经承压梁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裂隙, 提高了坡体的整体稳定性。

节点锚杆框架梁是通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚杆将力传给框格梁, 再经框格梁将不稳定坡体连成一体, 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。锚杆孔内高压注浆, 使浆液填充了锚孔周围坡体裂隙, 提高了坡体的整体稳定性。

4.3 预应力锚索施工流程

施工流程见图1。

4.4 预应力锚索施工工艺

(1) 锚孔钻造:钻孔直径Φ130mm, 锚孔倾角为向下20°。钻孔设备采用MD-50锚杆钻机, 钻孔工艺采用干钻法成孔。由于坡面岩层破碎, 在破碎岩层中采用套管跟进钻孔, 钻过破碎岩层后, 钻锚固段时, 停止套管跟进。并根据岩性及完整性确认通过破碎层至稳定地层中, 有足够的锚固长度后终孔 (锚固段嵌入基岩长度不小于5 m) , 最后用高压风或高压水洗孔。

(2) 锚索制作:选用5Φ15.24mm, 强度1860MPa的高强度低松驰无粘结钢绞线组装, 延伸率不小于3.5%。锚固段钢绞线设计成菱形 (枣核状) , 自由段采用三道防护措施, 即钢绞线上涂防锈漆, 用P V C套管隔离, 再用水泥砂浆裹护。

(3) 压浆:采用孔底压浆的方式, 压浆材料为强度M 3 0纯水泥浆, 水灰比0.4~0.5, 水泥为普通硅酸盐P.0 4 2.5 R。

(4) 预应力锚索张拉。设计拉力:锚索设计张拉力7 0 0 k N, 每孔5Φ5.2 4预应力钢绞线。锚索张拉力与锚固力:锚索采取分级张拉, 分5级按设计荷载7 0 0 k N的25%, 50%, 75%, 100%和110%进行施拉, 每次持荷时间2 m i n~5min, 最后一级持荷稳定观测1 0 m i n以后按设计要求锁定, 锁定后4 8 h内没有出现明显的应力松驰现象即可进行封锚。

4.5 其它防护处理措施

(1) 护面墙:1级边坡底部设置高5m、宽1.25m、坡率1∶0.25的浆砌片石护面墙防护。

(2) 网格骨架植草:在框格梁之间和框格梁与承压梁之间的坡面采用植草防护。

(3) 碎落台:每1 0 m边坡设置一个碎落台, 宽2 m, 采用浆砌片石防护。

4.6 排水处理措施

5.6.1 截水沟, 急流槽

为了避免山体地表水、雨水侵刷松散岩体引起坡体滑坡, 需在坡顶5 m处设置浆砌片石截水沟, 在坡顶汇水处设边坡急流槽兼做检查梯。急流槽每4 0 m~5 0 m设一道。每级平台设排水沟将水汇集于急流槽或截水沟、边沟。

5.6.2 排水孔

(1) 泄、排水孔:在1级护面墙上设5cm×1 0 c m泄水孔, 间距2 m×2 m交错布置, 墙后设20cm厚反滤层。

(2) 排水斜孔:在边坡利于地下水富集的坡面处, 布设斜孔排水, 孔口高出边沟顶面0.5 m, 纵向间距5.0 m, 排水孔倾角为向上5°, 孔深1 5.5 m, 排水管采用φ1 0 0 m m广式透水软管, 长度1 5 m, 管身按一定的间距交错设置渗水孔, 管的端头及管体采用滤网或土工布做反滤层。施工时可根据地下水的实际情况酌情加密布设斜孔排水。