高速公路边坡的动态设计和应用

岩土联盟2021-01-11 13:04:54

1.动态设计原理与方法

  对于边坡工程来说,设计往往具有超前性,而施工则直接体现了现实性。这样,二者之间不可避免地要产生矛盾,为解决矛盾就需要把施工中不断获得的新信息经处理后传递给设计,以此不断修改完善设计,直至最终解决矛盾。

  对于重大的深挖方路堑边坡工程,在勘察和设计阶段对其认识是有限的。而随着施工开挖的逐步进行,真实的工程地质条件逐步摆在面前。在施工完成后,对勘察、设计、施工及监测获得的经验数据进行总结归纳,则可为相似工程提供可借鉴的经验,提高施工前的认识水平。因此,在深挖方路堑边坡工程设计施工过程中,应将勘察、设计、施工及施工监测、施工后分析作为一个整体,进行动态设计施工。针对近年来公路建设中出现的问题,结合公路工程特点,对于公路深挖路堑边坡工程。

  (1)进行详细的施工前地质调查和勘察,力求正确把握边坡工程地质条件。重视岩体结构特性的研究,在勘察中要查明边坡岩体结构特征,分析控制边坡稳定的主要结构面;

  (2)运用工程地质类比分析、地质力学综合分析等方法对边坡的稳定性做出定性的判断,尤其是要判明边坡的整体稳定性问题;

  (3)运用数值计算分析、极限平衡分析等对边坡的稳定性做出定量的判断;

  (4)根据稳定性分析评判的结果,进行开挖和防护工程设计;

  (5)针对边坡地质结构、薄弱环节和防护措施特点,进行施工期间施工监测设计,确定重点监测部位、监测方法、手段等;

  (6)开展边坡工程开挖和防护工程施工,进行施工监测,获取开挖揭示的工程地质信息、变形信息、施工技术信息、防护结构应力信息等,并对获取的信息进行及时整理分析,据此以修改设计;

  (7)施工完毕后,对监测资料进行综合整理分析,对施工后的稳定性作进一步的判定,对边坡的变形破坏特征进行深入研究,分析不足,总结经验,为其他工程提供可借鉴的经验。

  2.赣大高速公路某段高边坡地质概况

  地面植被较茂密,表层有厚度约3m的坡残积粘性土,基岩主要为古生代变质岩—石英云母片岩。岩体受构造影响强烈,构造节理发育,有的节理面可见擦痕和硅化面,岩块上可见强烈的小褶皱和节理切割错断迹象,岩体风化带和风化节理很发育,全风化带厚5~lOm左右,下部为中等风化带。边坡岩体被结构面切割成碎石状和块状。岩体主要节理有5组,节理产状:120“乙45”~600;330“乙650;195”乙35“~580; 2400乙650;1700乙630.片理产状:800~95”乙29 0 } 45 0.线路走向1120,边坡倾向2020.由边坡与岩体结构面的关系可知,不利于边坡稳定的结构面主要有三组,即:2400乙650; 1700L630; 1950L350 }580.路堑挖方深度内无地下水,但降雨时,由于岩体节理发育,开挖裸露后,成为雨水人渗的路径,降雨期会出现临时性裂隙含水现象,因而影响边坡岩体的稳定。

   3.施工过程中的动态设计

  (1)该路堑高边坡地段的最初施工设计方案为15m高挡墙,上接1~3级(15~20m)的高护墙,护墙坡率为1:0.5,1:0.75和1:1(2)经现场设计复查,为减少大量的高边坡护墙施工的难度和护墙浆砌片石污工量,将挡墙顶以上的护墙改为挂网喷浆轻型防护。

  (3)该路堑高边坡地段按以上修改的设计开挖。至2006年9月,路堑上部开挖基本达到设计形态,岩体的构造节理和风化带基本裸露,同时也出现了局部边坡岩体开裂或坍滑。根据实际开挖和岩体变形情况,经过进一步的地质工作,全面查明了岩体风化情况和结构面组合特征,发现岩体很破碎,风化强烈,且存在三组不利结构面,导致由其组合产生的楔体状坍滑。

  依据开挖后的实际地质条件,岩体边坡的设计参数相应修改后,对设计和施工方案同时作调整。考虑到边坡高、工期紧、施工难度大,进行了四个设计方案的详细比较。四个设计方案分别为:1)拉杆锚桩方案,适于在边坡下部支挡,可替代原设计的底部挡墙,但对高度达60m的边坡,仍需放缓边坡刷坡或采用预应力锚索等加固,施工困难;2)放缓边坡方案,则边坡高度将超过100m,土石方数量增加较大,坡面防护面积也大大增加;3)预应力锚索支护方案,锚索工程量大,但便于施工;4)部分边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的方案,基本不增加边坡高度,通过锚固和挡护工程加固边坡,并维持原设计的挡墙和边坡坡率,对有条件刷坡且增加高度不大的地段,采取边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的措施。经综合比较,该方案最优,较为经济,便于实施。因此,采用了部分边坡放缓与锚索、锚杆支护相结合的方案。

  (4)采用的设计方案如图2所示。底部片石混凝土挡墙高15m;中部两级边坡,预应力锚索加固和挂网喷浆防护,坡率1:0.75;上部边坡1:1,框架锚杆加固和挂网喷浆防护;顶部边坡1:1.25,植草护坡。设计对下一步施工方案做出了相应的规定,要求支护工程自上而下、边开挖边支护;边坡支护完成后,方能进行下部开挖;底部挡墙严格按跳槽开挖浇筑,墙背坡根据岩体情况,在开挖时采用随机锚杆和喷浆作为临时支护。

  (5)后按照设计方案施工,中、上部开挖基本到位,中部边坡支护仍在施工,因几次降雨,出现一处岩体楔体开裂,范围约30m,另有一处在挡墙开挖部位产生楔体坍塌。裸露的岩体表面,可见节理很发育。故再次设计调整中部锚索布置,并按岩体破碎程度和风化程度,具体设计规定底部挡墙开挖支护方式和墙身尺寸调整范围。部分坡面加密锚索;部分地段加大墙身截面,规定跳槽开挖的槽口宽不大于6m;另有部分地段增加墙背锚杆挂网和钢轨临时支护,规定跳槽开挖的槽口宽不大于3m.按调整后的设计进行施工,直至竣工,未出现新的边坡变形。

  4.结束语

  在边坡工程的设计一开挖一施工的动态循环过程中,不断补充最新动态信息是动态设计施工中的重要环节,尤其是现场监测信息更是不可缺少。前面的设计为后续的施工做准备,而在施工的同时又会发现新的信息,及时传给设计,不断修改、完善设计计算模型,为下一级的设计打下基础,如此往复螺旋式循环,直至最终边坡工程完成。在这期间,监测信息是完善模型的重要依据。这种动态设计施工模式是符合事物的认识发展过程的,更适合高边坡工程的特点,有助于安全、高效地完成高边坡工程的设计施工。

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