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淺析動態(tài)設(shè)計(jì)在某路塹高邊坡加固工程中的應(yīng)用論文

時(shí)間:2023-05-01 10:50:55 論文范文 我要投稿
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淺析動態(tài)設(shè)計(jì)在某路塹高邊坡加固工程中的應(yīng)用論文

  論文關(guān)鍵詞:動態(tài)設(shè)計(jì)路塹高邊坡加固工程

淺析動態(tài)設(shè)計(jì)在某路塹高邊坡加固工程中的應(yīng)用論文

  論文摘要:高速公路路塹邊坡是一種人工開挖的永久性邊坡,其穩(wěn)定性具有重要的意義。本文通過一個(gè)典型的路塹邊坡工程實(shí)例,就動態(tài)設(shè)計(jì)的應(yīng)用做一個(gè)粗淺探討期望能為邊坡工程設(shè)計(jì)理論和方法提供一些幫助,減少邊坡工程設(shè)計(jì)的人為性和隨意性,提高防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。

  隨著人口的增長和土地資源的開發(fā),邊坡問題己變成同地震和火山相并列的全球性三大地質(zhì)災(zāi)害(源)之一。邊坡問題也一直是我國工程界的熱點(diǎn)問題及巖土工程界中比較常見的技術(shù)間題之一。它涉及高層建筑基坑邊坡,公路邊坡,鐵道邊坡,水電工程邊坡,礦山開采工程邊坡。近年來,隨著人類工程活動規(guī)模的不斷擴(kuò)大和場區(qū)工程地質(zhì)條件的限制,因邊坡失穩(wěn)引起的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來了巨大損失,邊坡的穩(wěn)定性問題日益突出。

  1工程概況

  某路塹高邊坡工程預(yù)設(shè)計(jì)采用緩坡刷方結(jié)合寬平臺方案開挖4級,坡高34m,采用普通防護(hù);邊坡開挖3級以后,地質(zhì)復(fù)核發(fā)現(xiàn)邊坡工程地質(zhì)條件存在較明顯差異.故調(diào)整設(shè)計(jì)方案,增加防護(hù)加固工程;后因持續(xù)暴雨沖擊,已基本開挖完成的坡體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象,滑體前緣反翹剪出口距坡腳最遠(yuǎn)約20m,如圖1所示。由于該邊坡設(shè)計(jì)、開挖階段動態(tài)設(shè)計(jì)和變形階段動態(tài)設(shè)計(jì)三個(gè)階段,為較典型邊坡破壞案例,其分析和治理涵蓋了巖質(zhì)路塹高邊坡動態(tài)設(shè)計(jì)的主要流程和方法。因此,本文以此為例來闡述有關(guān)巖質(zhì)路塹高邊坡動態(tài)方法的應(yīng)用。

  2邊坡工程預(yù)設(shè)計(jì)

  2.1工程地質(zhì)基礎(chǔ)

  該邊坡場區(qū)屬低山丘陵地貌,場地內(nèi)及附近未發(fā)現(xiàn)有對邊坡穩(wěn)定性有影響的斷裂構(gòu)造,設(shè)計(jì)高速公路側(cè)切一圓形山包以深挖路塹通過,最大中心挖方深度約26m,線路走向3390。邊坡工程地質(zhì)勘察在其斷面布設(shè)鉆孔兩個(gè),分別為ECK6和ESK1050,根據(jù)鉆孔資料,結(jié)合工程物探解釋,揭示邊坡地層結(jié)構(gòu)如下:上覆坡殘積粘性土,厚度2--I2m,平均標(biāo)貫擊數(shù)小于10次;邊坡主體為二迭系翠屏山組(P=cp)強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖,其中砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層厚度2}Sm,平均標(biāo)貫擊數(shù)約60次,巖芯呈褐紅色或灰色,組織結(jié)構(gòu)基本破壞,原生礦物均已風(fēng)化呈土狀,雨水易軟化、崩解,TCR-78%;碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化層,厚度76m,紫紅色,巖芯呈57cm碎塊,節(jié)理裂隙發(fā)育,層理不清,錘擊易碎,礦物成分風(fēng)化明顯,TCR=58%;下伏為弱風(fēng)化粉砂巖,淺灰色、青灰色,巖芯多呈8cm碎塊或12-20cm柱狀,巖質(zhì)較新鮮,中厚層狀,裂隙較發(fā)育,傾角以30-450為主,RQD=5565%,,TCR=88%;邊坡場區(qū)巖層產(chǎn)狀約1600<450,地下水埋深約20m。具體見圖2所示

  根據(jù)以上工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料分析有如下基本判斷:(1)該場區(qū)地形地貌和地質(zhì)條件可以滿足路塹邊坡工程開挖的設(shè)計(jì)要求;(2)該邊坡場區(qū)未見控制性斷裂構(gòu)造通過;(3)邊坡主體物質(zhì)構(gòu)成為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖,覆蓋層較薄48m;(4)邊坡下伏弱風(fēng)化基巖頂面在坡腳附近出露,順坡向傾角約300,易形成控制性底界;(5)層面傾向與邊坡傾向基本垂直,對邊坡穩(wěn)定性影響較小;(6)邊坡地下水位較高;(7)邊坡挖深較大,開挖卸荷松弛效應(yīng)較為突出,應(yīng)加強(qiáng)動態(tài)設(shè)計(jì);(8)該邊坡工程類型應(yīng)劃分為節(jié)理巖石邊坡。

  2.2坡形坡率設(shè)計(jì)

  邊坡坡形坡率設(shè)計(jì)是在工程地質(zhì)勘察和邊坡工程分類的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)邊坡總體坡形坡率,以保證施工期在臨時(shí)防護(hù)或預(yù)加固等措施條件下的坡體臨時(shí)穩(wěn)定,以及防護(hù)加固后邊坡的永久穩(wěn)定,一般包含坡形設(shè)計(jì)和坡率設(shè)計(jì)。

  路塹邊坡坡形設(shè)計(jì)包括邊坡總體形態(tài)設(shè)計(jì)和坡級平臺設(shè)計(jì)。由于路塹邊坡坡體地層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)體現(xiàn)自上而下逐漸增高的特征,故邊坡總體形態(tài)一般設(shè)計(jì)外凸形邊坡較為普遍。研究發(fā)現(xiàn)臺階邊坡可以比直線形邊坡具有更好的整體穩(wěn)定性,尤其當(dāng)坡率介于1:0.5--1:1.0之間時(shí)臺階作用較為有效。因此,在確保單級臺階邊坡穩(wěn)定的情況下,宜設(shè)計(jì)成臺階狀邊坡以提高邊坡的總體穩(wěn)定度。研究還發(fā)現(xiàn)處理高邊坡問題時(shí),可以在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺,將一個(gè)高邊坡化解為兩個(gè)以上相對獨(dú)立的邊坡段,以減少坡腳應(yīng)力的集中發(fā)展,達(dá)到分解高大邊坡的設(shè)計(jì)目的,一般平臺寬5m左右時(shí)效果較為明顯。

  對于該高邊坡來說,由于該邊坡地形地貌條件可以滿足緩坡刷方條件,且緩坡刷方并未急劇增加邊坡設(shè)計(jì)高度,而且處于隧道洞口的特殊位置,因此優(yōu)先采用緩坡刷方方案,并考慮在坡體中部設(shè)計(jì)寬平臺,以達(dá)到分解高大邊坡,提高坡體穩(wěn)定性的目的。

  路塹邊坡坡率設(shè)計(jì)一般可采用工程地質(zhì)類比法、風(fēng)化破碎程度確定法、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀確定法、極限坡率圖解法和數(shù)值分析計(jì)算法等方法綜合確定。該高邊坡的坡率設(shè)計(jì)主要依據(jù)該地區(qū)既有工程經(jīng)驗(yàn),結(jié)合勘察鉆孔揭露邊坡地層結(jié)構(gòu)和風(fēng)化破碎程度認(rèn)為:對于碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化軟巖和坡殘積粘性土地層,設(shè)計(jì)坡率1:I.0和I:1.25一般可以滿足單級邊坡的穩(wěn)定要求。

  綜上分析,對該邊坡設(shè)計(jì)總體坡率為1:1.0,分4級開挖,頂級坡殘積土層放緩為1:I.25;級間除第2級頂設(shè)計(jì)4m寬平臺外,其余平臺均設(shè)計(jì)為2m寬,具體如圖3所示。

  2.3邊坡穩(wěn)定性分析

  為了確定該邊坡防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)方案,需要對其進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。采用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算該邊坡經(jīng)4級開挖后穩(wěn)定系數(shù)為1.65,屬穩(wěn)定邊坡。

  2.4防護(hù)加固工程對策

  根據(jù)上述邊坡開挖卸荷特征和邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果,認(rèn)為該邊坡可以采用緩坡刷方結(jié)合寬平臺處理的方案達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。因此該邊坡預(yù)設(shè)計(jì)方案采用普通防護(hù)措施,即各級邊坡設(shè)計(jì)坡率及防護(hù)加固工程措施為:第一級1:1.0,孔窗式護(hù)面墻;第二級1:1.0,鍍鋅網(wǎng)TBS植草,設(shè)置4m寬平臺;第三級1:1.0,三維網(wǎng)植草;第四級1:1.25,噴播植草。另外,鑒于該邊坡地下水位相對較高,故在邊坡第一級YK201+840--+960段設(shè)置間距5m的排水平孔,孔深15m,上仰角8-150,詳見圖3所示。

  3邊坡開挖階段動態(tài)設(shè)計(jì)

  3.1地質(zhì)基礎(chǔ)資料的補(bǔ)充與修正

  該邊坡施工進(jìn)場后,由于場地條件良好,邊坡開挖進(jìn)展較為迅速,邊坡開挖3級后,設(shè)計(jì)人員對開挖面揭露地質(zhì)條件進(jìn)行現(xiàn)場校核,進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)基礎(chǔ)資料的補(bǔ)充和修正。地質(zhì)校核發(fā)現(xiàn),該坡體屬砂泥巖互層結(jié)構(gòu),地質(zhì)條件較為復(fù)雜,具體體現(xiàn)為以下3點(diǎn):

  (1)地層風(fēng)化厚度差異較大;在YK201十920斷面地層結(jié)構(gòu)基本與原勘察資料相符;但在邊坡小里程側(cè),覆蓋層較薄,主要出露為碎塊狀粉砂巖地層;在邊坡大里程側(cè)覆蓋層較厚,約12m,主要出露砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖地層。(2)邊坡巖體較為破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,部分為順坡向裂隙,且裂隙面炭化明顯;局部夾有厚度約3-5cm的泥巖、頁巖風(fēng)化而成的飽和粘性土,局部結(jié)構(gòu)面有松弛現(xiàn)象。(3)邊坡層面較為紊亂,現(xiàn)場量測控制性巖層產(chǎn)狀為1900<240,與勘察資料提供的1600<45”存在差異;且層面夾泥滲水,不利邊坡穩(wěn)定。

  3.2防護(hù)加固工程調(diào)整與變更

  根據(jù)有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析的成果,認(rèn)為當(dāng)考慮順傾向?qū)用婵刂菩?yīng)時(shí),邊坡穩(wěn)定度為1.06,低于規(guī)范要求的穩(wěn)定系數(shù)控制值,必須增補(bǔ)必要的支擋加固工程以提高邊坡穩(wěn)定性,確保邊坡工程的安全與可靠。設(shè)計(jì)變更方案莊邊坡第2,3級增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿框架工程,框架寬6m,高8m,每片框架設(shè)4孔錨桿,采用全長赫結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu),錨桿筋材采用I’SB1080級精扎螺紋剛,直徑32nnn,錨孔12}mm,錨固段設(shè)計(jì)為6m,單孔預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值為450kN錨豐t=長度第2級邊坡上排22m,下排18m;第3級邊坡上排20m,下排18m;預(yù)應(yīng)力錨桿框架內(nèi)設(shè)計(jì)TBS植草或三維網(wǎng)植草。經(jīng)錨桿框架加固后,邊坡穩(wěn)定系數(shù)提高到1.21,滿足規(guī)范規(guī)定的要求圖4給出邊坡設(shè)計(jì)變更方案立面布置圖。

  4結(jié)語

  該邊坡工程經(jīng)過以上加固處理后,完工至今已近4年,未發(fā)生任何不利影響。

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