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边坡工程综合治理技术应用讨论
边坡工程综合治理技术应用讨论
人们对于路堑边坡稳定性的研究是伴随着铁路和高等级公路建设过程中出现了大量的边坡滑塌事故而开展的,其目的在于通过对边坡稳定性的分析和评价,为实际工程提供合理的边坡结构,以及对具有破坏危险的边坡进行人工处理,避免滑坡出现造成的灾害和损失,因此有必要对边坡稳定性进行分析,并提出相应的处治对策,对相关相似工程具有一定的借鉴意义.
1.边坡工程稳定性分析
边坡稳定性的影响因素
1.1地质构造.地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态岩层产状断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等通常在区域构造复杂褶皱强烈断层众多岩体裂隙发育新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎沟谷深切,较大规模的崩塌滑坡极易发生
1.2岩体结构.不同结构的岩体,物理力学性质差别很大,边坡变形破坏的性质也不同
1.3风化作用.边坡岩体,长期暴露在地表,受到水文气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低
1.4地下水.处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,使坡体的有效重力减轻;水流冲刷岩坡,可使坡脚出现临空面,上部岩体失去支撑,导致边坡失稳
1.5边坡形态.边坡形态通常指边坡的高度坡度平面形状及周边的临空条件等一般来说,坡高越大,坡度越陡,对稳定性越不利
1.6其他作用.此外,人类的工程作用气象条件植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性.
1.2边坡工程稳定性分析方法
1.21边坡极限平衡法.极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理即静力平衡原理分析边坡各种破坏模式下的受力状态,以及利用边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法,也是工程实践中应用最多的一种方法.
1.2.2边坡可靠性分析.法边坡工程是以岩土体为工程材料,以岩土体天然结构为工程结构,或以堆置物为工程材料,以人工控制结构为工程结构的特殊构筑物这些构筑物都程度不同地存在组成和结构上的不均匀性,天然边坡尤为突出,因为构成边坡的地质体经受长期的多循环的地质作用,而且作用强度不一,且又错综复杂,致使它们的工程地质性质差异很大现阶段边坡可靠度分析的常用方法有蒙特卡洛模拟法,可靠指标法,统计矩法以及随机有限元法.
2边坡工程处治技术
2.1抗滑桩技术.边坡处置工程中的抗滑桩是通过桩身将上部承受的坡体推力传给桩下部的侧向土体或岩体,依靠桩下部的侧向阻力来承担边坡的下推力,从而使得边坡保持平衡或稳定抗滑桩与一般桩基类似,但主要承受的是水平荷载钢筋混凝土桩是目前边坡处治工程广泛采用的桩材,桩断面刚度大,抗弯能力高,施工方式多样,其缺点是混凝土抗拉能力有限抗滑桩施工最常用的方法是就地灌注桩,机械钻孔速度快,桩径可大可小,适用于各种地质条件;但对地形较陡的边坡工程,机械进入和架设困难较大钻孔时的水对边坡的稳定也有影响人工成孔的特点是方便简单经济,但速度慢,劳动强度高,遇不良地层(如流沙)时处理相当困难另外,桩径较小时人工作业面困难
2.2注浆加固技术注浆加固技术是用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙,以改变注浆对象的物理力学性质,从而满足各类土木建筑工程的需要;注浆加固技术的成败与工程问题地质问题注浆材料和压浆技术等直接相关,如果忽略其中的任何一个环节,都可能造成注浆工程的失败工程问题地质特征是灌浆取得成功的前提,注浆材料和压浆技术是注浆加固技术的关键.
2.3加筋边坡和加筋挡土墙技术加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土在土中加入加筋材料可以提高土的强度,增强土体的稳定性因此,凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术,形成的结构亦称为加筋土结构和传统支挡结构相比,加筋边坡和加筋挡土墙的特点有:
结构新颖造型美观技术简单施工方便要求较低节省材料施工速度快工期短造价低廉效益明显适应性强应用广泛等由于加筋边坡和加筋挡土墙的这些优点,目前其已从公路路堤路肩发展到应用于其他各种支挡结构和边坡防护目前已用于处理公路边坡市政建设护岸工程铁道工程路基边坡工民建配套的支挡及边坡工程防洪堤林区工程工业尾矿坝渣场料场货场等;甚至还用于危险品或危险建筑的围堰设施等.
2.4锚固技术岩土锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中,以提高岩土自身的强度和自稳能力的一门工程技术由于这种技术大大
减轻结构物的自重,节约了工程材料并确保工程的安全和稳定,具有显著的社会效益和经济效益,因而目前在工程中得到极其广泛的应用锚杆在边坡加固中通常与其他只当结构联合使用,例如以下几种情况:
1)锚杆与钢筋混凝土桩联合使用,构成钢筋混凝土排桩式锚杆挡墙排桩可以是钻孔桩挖孔桩或预置桩;锚杆可以是预应力或非预应力锚杆,预应力锚杆材料多采用钢绞线预应力锚索四级精轧螺纹钢预应力锚杆锚杆的数量根据边坡的高度及推力荷载可采用桩顶单锚点作法和桩身多锚点作法2)锚杆与钢筋混凝土格架联合使用形成钢筋混凝土格架式锚杆挡墙锚杆锚点设在格架节点上,锚杆可以是预应力锚杆索或非预应力锚杆索这种支挡结构主要用于高陡岩石边坡或直立岩石切坡,以阻止岩石边坡因卸荷而失稳3)锚杆与钢筋混凝土板肋联合使用形成钢筋混凝土板肋式锚杆挡墙,这种结构主要用于直立开挖的Ⅲ,Ⅳ类岩石边坡或土质边坡支护,一般采用自上而下的逆作法施工4)锚杆与钢筋混凝土板肋锚定板联合使用形成锚定板挡墙这种结构主要用于填方形成的直立土质边坡
2.5预应力锚索加固技术用高强度低松驰型钢绞线预应力锚索对滑坡体或崩落体施加一定的预应力,提高它们的刚度,使预应力锚索作用范围的岩石相应挤压,滑动面或岩石裂隙面上摩擦力增大,加强它们的自承能力,可有效地限制岩体的部份变形和位移.
2.6排水工程的设计地表排水工程的设计要求:
填平坑洼夯实裂缝坡面产生坑洼和裂缝,往往是滑坡的先兆,也是导致严重滑坡的主要原因大气降雨地表水就会汇集在坑洼处或沿着裂缝渗入土层,使土的抗剪强度降低,造成坡体滑动因此,对坑洼和裂缝应仔细查找,认真夯填合理确定截水沟的平面位置截水沟的平面布置,应尽量顺直,并垂直于径流方向如遇到山坡有凹地或小沟时,应将凹地填平或与外侧挡土墙相连,内侧与水沟联结,避免水沟内的水流越出或渗入截水沟沟底,导致水沟破坏应该结合边坡的区域地貌地形特点,充分利用自然沟谷,在边坡体内外修筑截水沟平台截水沟集水沟排水沟边沟急流槽等,形成树杈状网状排水系统,以迅速引走坡面雨水.
3边坡治理案例
3.1工程概况
某高速公路K109+140~K109+320左侧段边坡,总长度270m,地貌形态为侵蚀切割低山区,覆盖层厚度为0.30~1.20m的全新统(Q4el+dl)粉质粘土,下伏基岩为前震旦系上板溪群清水江组(Ptbnbq):
岩性为灰黄色泥质板岩,产状114°∠76°最大设计挖方深度25.00m,。
边坡边坡体主要由泥岩、板岩组成。
整体属风化软岩层,遇水易软化,雨水冲刷易产生变形破坏,经削坡扰动后,可能产生掉块、滑坡等不良地质现象,故左侧边坡稳定性较差。
各层工程地质特征如下:
、粉质粘土(Q31al+pl):
分布于挖方路段表部,灰褐色,主要由粘粒和粉粒组成,无光泽,无摇振反映,干强度中等,韧性中等,呈硬塑状,厚度约1.20m。
[σo]=200KPa。
、强风化泥质板岩(Ptbnbq):
红色,主要由绢云母、绿泥石及粘土矿物组成。
变晶结构,板状构造。
裂隙发育,裂面可见铁锰质矿物浸染呈黑色,岩芯呈碎屑、碎块状,质软。
本次勘探揭露厚度为24.10m,较厚。
[σo]=700KPa。
、中等风化泥质板岩(Ptbnbq):
浅灰色。
主要由绢云母、绿泥石及粘土矿物组成。
变晶结构,板状构造。
节理裂隙较发育,裂面见黑褐色铁渍浸染,岩芯多呈块状,锤击易碎。
本次勘探已揭露厚度为4.90m。
[σo]=1000KPa。
3.2边坡破坏类型及防护
K109+140~K109+320左侧边坡最大高度为25m,平局坡高17m。
岩层结构面与边坡呈大角度切向相交,对边坡稳定性影响较小;裂隙组1与边坡呈小角度顺向相交,为控制该边坡稳定性的不利结构面;裂隙组2与边坡呈大角度切向相交,对该边坡稳定性影响较小;裂隙组3与边坡呈小角度反向相交,对该边坡稳定性无影响,其赤道赤平投影图如图1。
由于各结构面的组合切割,岩体较破碎,边坡开挖时,应及时对破碎岩体进行支护,防止崩塌等不良地质灾害的发生。
图1边坡坡面与结构面关系赤平投影
为保证该边坡的稳定性及与道路沿线的景观协调,本着“安全、经济、快速、美观”的原则,须对该边坡实施防护施工。
设计时按照“边坡稳定,防止坡面雨水冲刷、绿化美化”的处置原则。
坡面采用局部锚杆框架防护与挂网客土喷播绿化措施相结合的综合防治措施。
一级、二级坡采用锚杆框架加固,设计长度9~12米,如图2所示。
三级坡只采用挂网客土喷播措施,且为保证道路边坡绿化效果,一、二级坡面施工完成后,在一二级坡面同样采用挂网客土喷播绿化措施。
图2边坡加固断面
3.3边坡在支护合理性分析
因岩质边坡的破坏主要由节理面控制,对本案例中岩质边坡用赤平投影法进行稳定性分析,裂隙组1与坡向呈小角度顺向相交,如果不加以处理,在降雨等自然条件下可能发生楔形体滑坡事件。
对于此边坡,采用粘结性锚杆加固,可以保证边坡局部不发生破坏,大大提高不稳定结构面的抗剪强度。
对于对于三级坡,强分化岩层较为破碎主要防止块体塌落及崩塌、表面剥落等现象。
可采用挂网客土喷播措施。
挂网客土喷播是在边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌钢丝网,采用专用喷射机,将拌和均匀的种植基材喷射至坡面上,在坡面上创造出宜于植物生长的硬度的、牢固且透气、与自然表土相近的土板块,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用。
其喷播厚度可达8~10CM,喷射基材为加入保水剂、粘合剂、复合肥、草种、灌木种的营养泥,可形成宜于植物生长的硬度的、牢固且透气、与自然表土相近的土板块,改善了边坡土质条件,水、土、肥均可以保持,较好的解决了原边坡难以生长植被的问题。
能满足植被初、中期生长的营养要求,根系较发达的植被可生长入本土层内。
能对坡面形成较好的防护,可以形成立体绿化,最终绿化效果如下图3。
图3最终绿化效果
4结论
岩质边坡进行传统的支护设计(如锚杆(锁)、抗滑桩、挡土墙、注浆)后,并没有进行绿化防水设计,导致治理后的边坡在雨水冲刷、侵泡作用下,其抗剪强度,粘结强度标准值ci和内摩擦角标准值αi均明显下降,造成成边坡稳定性系数Ks的下降,严重的甚至出现边坡失稳。
在边坡支护设计中,如果考虑用机械支护结合挂网客土喷播绿化排水防护,就能从边坡滑坡原理上解决边坡失稳。
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