均质红黏土高陡边坡综合方案研究与选择

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  摘 要:对横七路左侧均质红黏土高陡边坡支护设计方案研究过程进行介绍,根据实际工程和地质条件对边坡稳定性进行分析,提出两种综合设计方案,通过对比各方案优缺点确定最终设计方案,对类似工程支挡与防护设计具有参考意义,希望能为工程技术人员在加固类似边坡中提供思路。
  关键词:红黏土;高陡边坡;支挡与防护设计;格宾挡墙;旋喷桩;锚索抗滑桩
  1 概况
  柳州市柳东新区核心区横七路K1+940~K2+100段左側设有高度约35 m路堑高边坡,同时距坡顶16 m和35 m处有两座不能拆除的高压铁塔,分别为220 kV仁官二线13号、110 kV仁塘一线29号铁塔。现状边坡为开挖状态,每级坡高8 m,平台宽度2 m,第一至四级边坡挖方坡比分别为1:1、1:1、1:1.25、1:1.50,坡顶暂时未出现裂缝。现根据最新地勘对边坡进行重新设计。其特征为:用地条件受限,道路线位、标高无法调整,边坡高、陡,坡体为均质红黏土,道路路面标高以下10 m为白云岩。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)规定,该边坡需按照“第七章 坡顶有重要建(构)筑物的边坡工程”进行设计。
  2 岩土工程条件
  道路地处桂中,属亚热带季风气候,炎热多雨,年间气温从零下2℃至39℃,平均降雨量1 453.8 mm,雨季集中在4-8月。沿线为荒坡,已经开挖清表,地势起伏不大,地貌属柳东岩溶准平原。
  根据最新边坡工点地勘资料显示K1+940~K2+100段左侧为35 m高的高边坡,坡体为均质红黏土,道路路面标高以下10 m为白云岩。红黏土以褐黄色为主,稍湿,结构紧密,硬塑状为主,局部坚硬状,手指压土芯留微痕,断面呈颗粒状,土质较均匀,无摇振反应,干强度高,韧性较高,局部含少许氧化铁锰质。中风化灰质白云岩为浅灰色,厚层状沉积岩,碎裂状~块状岩体结构,无泵钻进进尺稍慢,感觉较平稳,
  隐晶质结构,主要矿物成份为白云石,取上岩芯多呈碎石、碎块、大块状,较新鲜,性脆质硬,岩块不易击碎,风化闭合裂隙较发育,滴盐酸反应不明显,岩芯采取率80%~85%,风化程度为中风化。
  3 红黏土工程特性
  红黏土具有渗透性差、吸水膨胀、失水收缩大等特性。这类地区的许多新建道路在施工过程中就出现一边施工开挖、一边溜塌、坍塌的现象。红黏土挖方边坡坍塌是由于边坡浅层土体,在湿热交替的气候条件下,在湿胀干缩效应与风化
  作用影响下形成裂隙切割,土体产生收缩开裂,故红黏土中裂隙较发育。收缩性强的红黏土,在地形突起、向阳、植被少的地段,裂隙密度大,延伸深,一般达3 m~4 m,个别地区达十余米。裂隙使土体完整性破坏,降低了土体的强度,增大了土体的透水性,构成土体稳定的不利因素,兼之水的入渗,导致土体强度衰减,丧失稳定。
  另外,边坡浅表强风化层内的土体,吸水过饱和,在重力与渗透压力作用下,将沿坡面向下产生溜塌。溜塌常发生在雨季,可以在边坡浅表的任何部位发生,与边坡坡率无关,降雨时,雨水沿裂隙入渗,形成了土体的软弱结构面,即使坡率小于1:2仍可能出现坍塌、滑动破坏,滑坡剪切出口多位于路基顶面以上。红黏土挖方边坡的破坏模式与一般土的圆弧滑动有明显的区别。红黏土挖方边坡的失稳主要是裂隙渗水引起的,故需要进行路基排水和边坡防护的综合设计,及时引排地表水和地下水。
  4 稳定性分析
  4.1 定性评价
  由于边坡体土质均为红黏土,稳定性差,若坡体前缘道路继续开挖至设计标高处时,坡体临空较高,坡体会进一步发展或在雨水作用下,该坡体极可能整体滑动。
  4.2 稳定性计算及分析
  4.2.1 计算方法
  根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)和《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013),采用基于极限平衡理论的折线型滑动面的传递系数法对边坡进行稳定性安全系数及剩余下滑力计算。
  4.2.2 计算剖面
  本次计算对K2+040剖面进行稳定性安全系数和推力计算。
  4.2.3 计算参数取值
  本次稳定性计算中,边坡潜在滑面的设计参数主要依据原路堑边坡开挖后的坡体实际情况,由于现状开挖边坡状态下,坡顶暂时均为出现裂缝,初步判断现状开挖边坡天然工况现状稳定性系数大于1.1,暴雨状态边坡现状稳定性系数大于1.05;据此,按极限平衡法对坡体的稳定性系数进行了反算后,并结合类似工程经验参数对比,最终综合选取边坡潜在滑面的设计参数如下:
  根据此参数计算出边坡不增加支护措施情况下,边坡坡比需开挖至1:2以上,需和高压铁塔相关管理部门协商,二次征地,并支付铁塔拆迁费。经与业主商讨后,对本工点计划采用适当的支挡与防护措施,避免征地与拆迁。
  4.2.4 边坡滑动推力及稳定系数计算成果
  按照上述工况及方法进行边坡稳定性计算,计算结果汇总于表2,根据《公路路基设计规范》(JTGD
  30—2015)和《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)的规定,同时结合本项目坡顶含有高压铁塔。
  综合确定本项目边坡工程安全等级为:一级;结构使用年限:50年。
  边坡推力安全系数取值为:工况Ⅰ(天然工况)Fst=1.30,工况Ⅱ(暴雨工况)Fst=1.10。
  (1)整体稳定性计算结果。在稳定性计算的基础上,按照相关规范,采用传递系数法和上述对应工况的安全系数,对原设计断面进行边坡推力计算,计算结果如下。
  计算表明:
  边坡K2+040断面天然工况下稳定系数Fs=1.038,欠稳定状态,说明若继续开挖第一级边坡,容易产生边坡失稳。
  计算结果与现场实际情况基本一致。   5 方案设计
  5.1 方案一:桩板墙+高压旋喷桩+锚杆挂网喷砼+钢管桩+截排水工程
  在边坡坡脚设置直径2 m的圆形抗滑桩,桩间距4 m,以抵抗边坡的主要剩余下滑力,防止边坡由道路坡脚剪出破坏,桩身采用C30钢筋混凝土;桩后采用高压旋喷桩加固边坡红黏土,使之固化成为一个复合式挡土墙结构,一方面可以防止边坡从抗滑桩桩顶产生越顶滑动,另一方面高压旋喷桩对桩后土体有改良作用,可以减小桩后剩余下滑力;高压旋喷桩桩径0.5 m,桩间距1.1 m,28d桩身强度不小于2.0 MPa,90d桩身强度不小于4 MPa;同时在各级坡面设置锚杆挂网喷砼+土工格室植草防护,起到坡面封水作用,避免边坡产生浅层滑动。
  我国在八、九十年代对高压旋喷桩的应用取得了全面发展,实践证明此法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土等具有良好的效果。然而在高压旋喷桩发展过程中,人们最开始都是将其功能着重放在传递上部结构的竖向荷载上面,忽略其承担水平荷载的能力。随着工程发展需要,高压旋喷桩抵抗水平荷载的能力日益得到重视与应用,有时甚至成为主要治理手段,用以控制工程设计的整体稳定。
  本工点高压旋喷桩采用单管法施工工艺,高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后,以高压设备使浆液成为20 MPa~40 MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来,冲切、扰动、破坏土体,同时钻杆以一定速度逐渐提升,将浆液与土粒强制搅拌混合,浆液凝固后,在土中形成一个圆柱状固结体(即旋喷桩),以达到加固地基或止水防渗的目的。
  钢管桩为施工期间临时措施,基于保证抗滑桩施工期间内侧边坡变形得以控制,为抗滑桩施工赢得时间,以确保施工期间边坡安全,实施于坡顶高压铁塔周围,钢管桩长20 m,间距1.5 m,孔径130 mm,内置108×6 mm钢管和3×φ22钢筋,注浆采用M30水泥浆。
  优点:能有效地解决边坡永久性安全问题,不二次征地,不用拆除坡顶铁塔;
  缺点:造价高,高压旋喷桩施工工艺复杂,质量不可控,需专业施工队。
  5.2 方案二:锚索抗滑桩+加筋格宾挡墙+锚杆挂网喷砼+钢管桩+截排水工程
  在边坡坡脚设置直径2 m的锚索抗滑桩,桩间距3 m,以抵抗边坡的主要剩余下滑力,防止边坡由道路坡脚剪出破坏,桩身采用C30钢筋混凝土,锚索采用普通拉力型锚索,设计抗拔力
  750 kN;抗滑桩顶设置加筋格宾挡墙,起填土反压作用,防止边坡从抗滑桩桩顶产生越顶滑动;在原有第三、四级坡面设置锚杆挂网喷砼+土工格室植草防护,起到坡面封水作用,避免边坡产生浅层滑动。
  加筋格宾挡墙作为近年来涌现出的新型支挡结构物,与传统的圬工挡墙相比,在某些方面具有较明显的优势:
  (1)加筋格宾挡墙最大的特点是墙高可以做成很高,远超传统圬工挡墙的12 m墙高。对于某些需收缩坡且不能做桥的路段,尤其适用。
  (2)加筋格宾挡墙是柔性结构,能适应地基较大的不均匀变形,对地基承载力要求较低。
  (3)施工简便。加筋格宾挡墙的组成构件(面板、筋材、路缘石等)均可以预制,除需压实机械外,施工时一般不需配备其它机械,易于掌握。同时施工效率高,可缩短工期和节省劳力。
  (4)抗震性能好。由于加筋格宾挡墙结构所具有的柔性能吸收地震的能量,故具有刚性结构物无法与之比拟的抗震性能。
  (5)造型美观。墙面板可以根据需要、受力特点进行各种设计、造型,并使之拼装成造型美观的建筑物,改善道路景观。
  (6)投资省。加筋格宾挡墙面板薄、基础尺寸小,与重力式挡墙相比,可节省圬工数量95%~97%,造价可比漿砌石挡墙和钢筋砼挡墙减小20%~60%以上。挡土墙高度越大,节省资金越多。
  鉴于以上优点,本方案选用了加筋格宾挡墙(如图6、图7)。
  优点:能有效地解决边坡永久性安全问题,不二次征地,不用拆除坡顶铁塔;
  缺点:造价较低,锚索抗滑桩施工工艺复杂,格宾挡墙为新型柔性挡墙结构,需专业施工单位。
  6 方案比选
   综合比较,推荐影响范围较小、造价较低、施工相对简便的方案二。
  7 推荐方案施工步骤及主要注意事项
  7.1 施工步骤
  不稳定边坡治理工程施工一定要严格按照设计要求的施工工序进行,总体上施工的先后顺序如下:铁塔外缘钢管桩——坡顶截排、防水措施——第三、四级边坡锚杆挂网喷砼及挂网植草防护——第三、四级平台截排、防水措施——锚索抗滑桩——加筋格宾挡墙——第一、二级平台截排、防水措施等——抗滑桩桩前土体开挖——市政排水构造设施。有多级工程时一般由上往下逐级施工,在条件允许时,可对部分支挡工程进行交叉作业,但应加强监测,及时调整工程措施。必须严格遵循开挖一级、防护一级的施工顺序。本项目待锚索抗滑桩施工完毕以及格宾挡墙施工完毕后,方可开挖桩前土体至路面设计标高。
  7.2 注意事项
  (1)抗滑桩施工应严格执行跳挖法施工,以保证施工
  安全。抗滑桩施工完毕后方可进行桩前削坡施工。
  (2)钢绞线采用无粘结钢绞线,锚固段需剥除无粘结钢绞线外侧的保护套,并将钢绞线拆散后用柴油或有机溶剂反复清洗除尽油脂,再用清水冲洗,待除去油脂后重新编索。严禁使用未除去油脂的钢绞线施工。
  (3)根据边坡岩土地质情况,该段边坡土体较松散,直接钻进成孔易发生塌孔,为保证锚索成孔质量,全部土层成孔钻进须采用钢套管跟进,设计采用φ127 mm×4 mm无缝钢套管。为保证锚索长效性,锚索锚固段须保证进入稳定完整基岩不小于10 m(中风化白云岩),根据该边坡地层情况,单根锚索进入中风化白云岩约12 m。
  (4)禁止采用重型机械施工格宾挡墙,以免对抗滑桩造成不利影响。
  (5)路堑边坡施工期监测主要采取地表位移监测和深孔位移监测,以坡体变形数据来修正设计,指导施工,以确保施工安全,并且检验工程效果。运营期的监测有地表位移监测、地下位移监测、地下水位监测及锚杆(索)预应力监测等,监测周期为坡体开挖至建成营运后不少于两年,对于重点复杂边坡或滑坡视坡体变形情况予以延长。
  8 总结
  由于红黏土具有高液限、高塑性、高含水率、高孔隙比、较高强度和较低压缩性等特性,干缩开裂和边坡稳定性差是工程的主要问题。水对路堑边坡的影响极大,红黏土挖方边坡的失稳主要是裂隙渗水引起的。其次,对于高、陡的均质红黏土边坡采用单一支护形式造价和施工难度过高。
  故对于红黏土高陡边坡治理应遵循“治坡先治水”原则,再根据经济性和施工难易程度,综合比选后采用多种防护形式组合的设计方案。希望能为工程技术人员在加固类似边坡中提供思路以及实际工程案例支撑。
  参考文献:
  [1]JTG D30-2015,公路路基设计规范[S].
  [2]CJJ 194-2013,城市道路路基设计规范[S].
  [3]GB 50330-2013,建筑边坡工程技术规范[S].
  [4]GB 50086-2015,岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[S].
  [5]龚晓南.地基处理手册[M].第三版.北京:中国建筑工业出版社,2008.
  [6]郑颖人,陈祖煜,王恭先,等.边坡与滑坡工程治理[M].第二版.北京:人民交通出版社,2010.
  [7]高曙光,刘华辉,陈振伟.高压旋喷桩在公路软土路堑边坡加固中的应用[J].公路交通科技,2019(2):1-3.
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