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详细介绍公路高边坡支护措施

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龙行天下 发表于 2018-4-18 04:48:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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土方开挖过程中,土壁是由土体内磨擦阻力和粘结力保持平衡而稳定。一旦土体失去平衡(俗称失稳),土体就会塌方。为了确保道路施工完毕后,辛辛苦苦铺好的公路不会突然就被土盖了,咱们也得想点办法不是?

一、边坡的变形特征
1、公路边坡是将地质体的一部分改造成人为工程设施,因此其稳定性取决于自然山坡的稳定状况(稳定、不稳定、极限平衡)、地质条件(地层岩性、地质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等)和人为改造的程度(开挖深度、坡形、坡率等)。


2、人工边坡是对自然坡体的改造,改变了自然坡体的应力状态和地下水的渗流条件,而且是在短短几个月内改造完成的。自然坡体的应力调整有一个过程,强度低的软弱岩层调整较快,常在施工期就发生变形;强度高的坚硬岩层调整较慢,或可自身稳定,或在1~3年后发生变形。只有当人工边坡对其改变不大时,才可保持稳定,否则就会发生失稳,甚至引起自然坡体的破坏。
3、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下,如阳光照射、降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这种作用更强烈,如开挖暴露风化加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。
4、自然条件千差万别,所以边坡设计也变得十分复杂,每个高边坡工点都需单独分析和计算,这也是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。



二、高边坡形成的原因分析
(一)主观原因:
1、公路选线时对地质工作重视不够,没有将“地质选线”落实到实处,对已经存在的古老滑坡和潜在滑坡认识不足,将线路布设在这些地段,甚至大填、大挖,造成老滑坡复活或新生滑坡。
2、对高边坡的危害认识不够,强调节约工程投资,本来可以内移作隧道或外移作桥或半路半桥的,为节省投资而造成大挖方,结果造成高边坡变形破坏,有时其治理费用比桥、隧还多。
(二)客观方面:
1.山区公路(特别是高等级公路)对线形和道路走向有特定的要求,也不可能一味强求优良的工程地质条件,而回避不良地质、高边坡等岩土工程问题,因此就不可避免的在近于极限平衡的天然山坡上或其内开拓修建。
2、自然陡边坡本应该作工点针对性勘察设计的,因工作量大、工期紧、勘察基础资料不足,设计依据不充分,因坡形坡率设计不符合场地岩土条件,或排水与加固工程不完善,不足以保证稳定,造成挖方坡口不断向山体移动,形成高边坡。
3、不科学的施工方法也是造成边坡失稳变形的重要原因,如雨季大开挖,而不及防护造成大量雨水渗入坡体,软化坡体岩土;大爆破施工破坏岩体完整性;开挖后长期暴露而不防护和加固,甚至一挖到底不加固等。



三、高边坡的勘察设计
(一)基础资料收集:
防治方案的选择建立在详实的基础资料之上。必须对该段高边坡进行详细勘察。
查明该路段的地层、岩性、产状、风化程度、强度特征,不同地层在边坡上的分布位置,有无软弱夹层或接触面,其产状与边坡开挖面的关系等;山坡和边坡上地下水出露位置、高程、流量变化;并取代表性岩土进行试验,为稳定分析计算提供必要的参数。
(二)稳定性分析:
由于高边坡或滑坡地质复杂性,计算的边界条件(范围)和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取,使计算结果的可信度大大降低。一般认为应以工程地质分析对比法为基础辅以力学计算两者结合较为合理,前者为后者提供变形类型、范围和边界条件,后者则可得出稳定系数和作用力大小,为设计提供依据。
1、工程地质分析对比法从以下几方面分析对比:
  a、从自然极限稳定坡的坡形、坡率、坡高,与人工边坡的平均坡率和坡高对比中评价其稳定性;
  b、从自然山坡已发生的变形类型和规模,推断人工边坡可能发生的变形类型和规模;
  c、从坡体结构分析人工边坡可能发生的变形类型及产生的部位(整体或局部);
  d、从作用因素及其变化幅度分析,主要是开挖引起坡体松弛、地表水下渗、岩土(特别是软弱带)强度降低,分析可能发生的变形类型及规模;
  e、从已发生的变形分析其发生机制并反演出破坏时的岩土强度参数。
2、力学计算方法:
力学计算法有多种,只有选择与破坏类型及模式相一致的计算方法才能得出正确的结果。
除顺层边坡外,可用有限元计算开挖后边坡的应力场和位移场来确定。
对土质边坡和类土质边坡可用传统的圆弧形破坏面进行计算,但沿土石层界面滑动者不一定是圆弧。
岩质边坡,即使是强风化岩体,其破坏也要沿不利结构面组合,因此多为折线形,用推力传递法比较符合实际。
选用的计算参数C、Φ值应根据地质情况不同而分段选取。
(三)高边坡的设计:
1、高边坡的设计特点:
  a、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。
  b、高边坡设计是预测性设计。
  c、高边坡设计是风险性设计。
  d、高边坡设计应是动态设计。
  e、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。
2、高边坡设计的原则:
  a、由于坡脚应力和地下水集中,加固工程应贯彻“固脚强腰”的原则,“固脚”即加强坡脚1、2或3级边坡的支撑力,“强腰”则是防止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定,也要保局部稳定。
  b、高边坡设计应有完善的地表和地下排水系统,减少水对边坡稳定的影响。
  c、高边坡设计应充分考虑环境保护,美化环境。



四、高边坡的常见处治方案
(一)坡面防护:
坡面防护应在稳定的边坡上设置,通过坡面防护的设置可以达到减少或阻止水流冲刷和下渗、减少水土流失、减缓或防治坡体风化、稳固浅层坡面土体的目的。
A、植物防护:植被防护、三维植被网防护、湿发喷播、客土喷播等;
B、骨架植物防护:拱形、人字形、菱形等圬工骨架+植草防护等;
C、圬工防护:喷护、挂网喷护、圬工全防护、护面墙等;
D、主、被动防护网:防治坡面岩石崩塌、滚落等危害。

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图:植物防护

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图:骨架植物防护

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图:主动网防落石


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图:被动拦石网

(二)支挡加固:
路基支挡加固是当边坡稳定不满足要求时采取的措施,设计应满足在各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固和耐久。
1、挡土墙

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2、预应力锚索;
预应力锚索加固适用于土质、岩质地层边坡加固,但为确保锚索工程安全可靠,其锚固段应置于岩层内。锚固段若置于土层内,则需要拉拔试验并进行个别设计。
公路上锚索一般采用Φ12.7mm和Φ15.24mm钢绞线;
锚索一般与其他加固结构物组合使用,如锚索抗滑桩、锚索桩板墙、锚索地梁及格子梁等;

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硬质岩锚固采用拉力型锚索,土质及软质岩锚固采用压力分散型锚索

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△锚索框架梁

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△锚索桩+锚索地梁
3、锚杆;
锚杆加固适用于土质、岩质地层边坡加固,锚固段应置于稳定的地层中。
  a、预应力锚杆:预应力锚杆同预应力锚索类似,只不过它的杆体材料为精轧螺纹钢筋或普通预应力钢筋,而锚索杆体材料采用的是预应力钢绞线、钢丝。但预应力锚杆提供的锚固力和锚杆长度不及锚索大、长。
  b、全长粘结型锚杆:杆体材料一般选用普通钢筋。
由于锚杆是刚性体,锚杆长度太长很难施工,一般最大不超过20米(部分施工单位建议不要超过15米)。
锚杆同锚索一样,一般与格子梁(框架梁)、地梁等支挡结构组合使用。

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△全长粘结型锚杆框架梁
4、抗滑桩;
(1)抗滑桩分类:
按材料分:钢筋砼桩、钢桩
按施工方法分:挖孔桩、打入桩、沉井桩
按断面形式分:圆桩、矩形桩、
按埋置情况分:全埋式、悬臂式
(2)抗滑桩设置原则:
  a、抗滑桩的设置必须保证滑坡体不越过桩顶或从中间滑出;
  b、抗滑桩宜设置在滑坡厚度较薄、推力较小、锚固段地基强度较高的路段;
  c、抗滑桩的间距宜为6~10米,桩板墙抗滑桩宜为5~8米;
  d、抗滑桩断面宜采用矩形,断面尺寸根据滑坡推力计算确定,桩最小边尺寸不宜小于1.25米。

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△钢筋砼矩形桩、挖孔
  e、桩的嵌入滑面以下深度,与该桩所受推力、地层强度、桩的刚度有关,通过计算确定。根据工程实践经验,锚固深度一般为总桩长的1/2~1/3,地层强度越完整、强度越高,嵌入深度越短。
  f、桩的自由悬臂长度不宜大于15米,桩顶位移应小于悬臂长度的1/100,且不宜大于100mm;地面处桩的水平位移不宜大于10mm;

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(4)抗滑桩应用:
抗滑桩在高边坡治理中适用性较强,具有普适性,抗滑桩常常与锚索(杆)组合成锚索(杆)抗滑桩、与挡土板结合组成桩板墙。

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5、抗滑挡墙;
(1)抗滑挡墙特点:
  a、抗滑挡墙比普通重力式挡墙胸坡缓、外形矮胖。
  b、设计简单,但由于影响滑坡的因素很多,容易出现“越顶”和“坐船”现象,抗滑挡墙设置有一定局限性。

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6、支撑渗沟;
以支撑为主兼顾疏排水作用,一般它由干砌片石砌筑、铺底和封面采用浆砌片石、两侧及后缘端部设置反滤层、前缘设置干砌片石垛或抗滑挡墙。

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△支撑渗沟纵断面

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△支撑渗沟+坡脚挡墙处治膨胀土路堑高边坡

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7、其它防治措施

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△坡脚锚索抗滑桩,以上锚索地梁

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△路下锚索抗滑桩,路上锚索框架

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△锚索框架与地梁结合

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△两排抗滑桩与锚杆框架结合

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△锚杆框架

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△空心六棱块植草防护

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△仰斜孔排水


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