阿尔及利亚东西高速公路M3标段边坡系统防护研究.pdf

·路基工程·收稿日期：２０１６０７１７基金项目：中国铁建股份有限公司２０１１年度科技研究开发计划课题⁃（１１０９Ｃ）阿尔及利亚东西高速公路Ｍ３标段边坡系统防护研究韩信（中国土木工程集团有限公司北京１０００３８）摘要阿尔及利亚东西高速公路Ｍ３标段处于低山丘陵区，地形起伏较大，地层岩性以泥岩、泥灰岩、页岩等软质岩为主，部分路段在雨季时地下水较丰富，所以边坡防护工程尤为重要。本文就Ｍ３标段路堑边坡所采用的集排水、绿化、表层防护和支挡工程等综合防护形式和方法进行系统研究。关键词边坡防护集排水绿化表层防护支挡中图分类号Ｕ４１６．１＋４文献标识码Ａ文章编号１００９４５３９（２０１６）１１００８１０５ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｙｓｔｅｍａｔｉｃＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＳｌｏｐｅｓｏｎＭ３ＢｉｄｄｉｎｇＳｅｃｔｉｏｎｏｆ⁃ＡｌｇｅｒｉａＥａｓｔｗｅｓｔＨｉｇｈｗａｙＨａｎＸｉｎ（ＣｈｉｎａＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ⁃ＡｌｇｅｒｉａＥａｓｔｗｅｓｔ⁃ＨｉｇｈｗａｙＭ３ｂｉｄｄｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｌｏｃａｔｅｓｉｎｈｉｌｌｙａｒｅａｓ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｕｎｄｕｌａｔｉｎｇｔｅｒｒａｉｎｗｈｏｓｅｌｉ⁃ｔｈｏｌｏｇｙｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｍｕｄｓｔｏｎｅｓ，ｍａｒｌ，ｓｈａｌｅａｎｄｏｔｈｅｒｓｏｆｔｒｏｃｋｓａｎｄｓｏｍｅｓｅｃｔｉｏｎｓｈａｖｅｒｉｃｈｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｄｕｒｉｎｇｒａｉｎｙｓｅａｓｏｎｓ，ｓｌｏｐｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｉｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｅｍｐｌｏｙｅｄｂｙｃａｔｃｈｍｅｎｔａｎｄｄｒａｉｎａｇｅ，ｌａｎｄｓｃａｐｉｎｇ，ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｔａｉｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭ３ｂｉｄｄｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｃｕｔｓｌｏｐｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｌｏｐｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃａｔｃｈｍｅｎｔａｎｄｄｒａｉｎａｇｅ；ｒｅｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｒｅｔａｉｎｉｎｇ１引言阿尔及利亚泥岩、泥灰岩都是具膨胀性的软质岩，具有失水干缩和吸水膨胀、强度迅速降低的特性［１－６］。由于地质的不均匀性以及地层产状的多变性，使边坡保护系统的预先确定非常困难。虽然边坡坡度是根据计算确定的，但是稳定性计算不能够确定边坡所应采取的防护措施及其准确的尺寸。东西高速公路项目采用了动态设计的整体思路，即由地质和土方工程师对已开挖的挖方边坡坡面进行现场调查，并对边坡进行整体评估，与自然边坡和已建成工程边坡进行比较，并给出最终的防护方案［７］。针对Ｍ３标段特殊的工程地质、水文地质及地形条件，路堑边坡主要采用了三大类、多种形式的防护工程方法和措施，可以供其它在阿尔及利亚类似项目参考借鉴。２边坡类型、破坏形式和破坏机理２．１Ｍ３标段路堑边坡类型按地层岩性分：可分为土质边坡和岩质边坡。土质边坡由土体或者全风化泥灰岩、页岩和泥岩构成的挖方边坡，坡率均是采用不陡于３Ｈ／２Ｖ来处理；石质边坡由有节理、裂隙、破碎的岩石构成的挖方边坡。２．２Ｍ３标段边坡破坏形式Ｍ３段主要边坡破坏形式为：滑坡和表层冲刷破坏。该标段项目滑坡分为土质边坡牵引式滑塌１８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·路基工程·破坏、石质边坡的楔形体破坏、石质边坡的倾倒破坏和土石二元边坡的顺层破坏等４种类型；路基边坡冲刷是指降雨形成的坡面水流破坏路基边坡坡面，并冲走坡面表层土体的现象，它是公路领域最为常见的一种病害。２．３Ｍ３标段边坡破坏机理边坡的破坏主要取决于岩土特性和边坡坡度两个方面。Ｍ３标段地质主要特征是非常不均匀，岩性主要为泥灰岩、页岩和泥岩并包含有较薄的砂岩质夹层，且均对水非常敏感。这些岩体，一旦遇水湿润就会变软失去它们最初的黏结力，这些砂岩块也会一个一个的分解，导致边坡不稳定。在地中海气候条件下，由于季节循环造成岩体饱和－干燥－收缩现象，边坡表面进而形成了由于膨胀出现的裂缝，在裂缝的表面产生荷载，并且伴随着这个边缘的力学特性的改变，相继造成的滑坡概率也会增大。局部边坡坡顶处于自然冲沟处，地表径流和地下水容易在冲沟处汇集。如果该段边坡没有进行特殊防护的话，这些水流会在边坡的表面造成边坡表层的破坏。对以上边坡破坏机理分析后发现：水是Ｍ３标段边坡破坏的主要诱发因素。边坡的处理措施主要在于控制和减弱水对边坡坡体的作用。３路堑边坡防护方法和措施Ｍ３标段挖方边坡主要的防护措施可以归为三大类：集排水、绿化防护、增加边坡稳定性（包含表层稳定和支挡）措施［８］。３．１集排水措施３．１．１平台排水沟边坡平台排水沟为等边三角形或半圆形。它们主要用来汇集边坡和平台上的水，然后纵向引出路基范围以外或者通过急流槽引入路基边沟。在水沟开挖后就实施混凝土加固是很重要的，以便保证它的流水功能，并且不会通过沟壁而下渗。边坡平台外倾８％，如果出现阻塞现象，边坡汇水会流向下级边坡，不会产生平台积水。３．１．２急流槽急流槽有两种类型：瓦片急流槽（见图１）和阶梯急流槽（见图２）。挖方边坡上的急流槽采用间距最大５０ｍ来处理。排水面积不超过１ｈａ，并且当平台上的排水沟出现阻塞时急流槽仍可以起到排水作用。图１瓦片型急流槽图２阶梯型急流槽３．１．３排水盲沟根据不同的使用功能考虑了排水盲沟的类型。浅层排水盲沟的作用在于避免坡面保护下的水流和较小的地下涌水的汇集。盲沟的深度小于２ｍ并用盲沟透水材料填筑，外侧包裹有透水土工布。３．１．４深截水盲沟深截水盲沟用于排出地下水，将地下水排向排水沟或者路基范围以外。由于开挖深度较大，存在施工期稳定问题，须规范施工，分段开挖、逐段回填，且分段长度不得大于１０ｍ。为保证开挖时能够排除地下水，施工时从出水口至水源的顺序开挖。开挖的弃方应及时远运，禁止就近堆置。３．１．５仰斜排水管仰斜排水管（见图３）主要应用在以下３个方面：（１）土钉墙；（２）挖方边坡有地下水出露；（３）挖方的地质情况表明在雨季时会出现地下涌水的可能，比如砂层下面有黏土层的情况。图３仰斜排水管３．１．６坡顶截水沟坡顶截水沟设置于有大量汇水的挖方边坡坡顶以外５ｍ。所有截水沟必需采用混凝土加固，沟底设置凸石。截水沟应将汇水排往自然沟渠或者路基范围以外。３．１．７边坡坡面排水盲沟边坡坡面排水盲沟（见图４）能降低边坡地下水位，并将坡面水流导向边坡坡脚，避免边坡在大雨时地下水位增高导致边坡丧失抗剪强度而破坏，并２８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·路基工程·且借由排水盲沟本身强度改善边坡表层稳定性。排水盲沟尺寸一般为：宽０．５ｍ、垂直深度１．５ｍ，间距将根据地下涌水量而定，一般为５～２０ｍ。图４坡面排水盲沟３．２绿化防护措施绿化防护可以保护边坡，降低地表水侵蚀和渗透，也可以增强边坡表面稳定性。阿尔及利亚地区雨季和旱季分明，夏季干旱会影响植物生长发育，在雨季时可能在植物未长好前坡面就被冲蚀，所以必须设置完善的集、排水设施。３．２．１种植小灌木在坡率缓于等于３Ｈ／２Ｖ的挖方边坡上可以直接铺设腐殖土，然后播种或者种植可扎根生长、且能够适应当地气候的浓密小灌木或草皮。页岩或泥灰岩边坡，经常直接种植广适性的灌木（见图５），如槐树，月桂树或者含羞草，它们对水和腐殖土几乎没什么要求，可很好抵抗夏季干旱。灌木应布置稠密来阻挡冲刷，以防在长大之前被破坏。图５灌木绿化防护３．２．２蜂窝状土工格室绿化坡度陡于３Ｈ／２Ｖ的边坡，可以采用蜂窝状土工格室（见图６）等土工材料进行固土，然后进行绿化防护。先确保边坡相当规则以使格室和坡面接触良好；然后土工格室沿着边坡倾向铺放在边坡上，通过插在地层里的钢筋（固定钉）来确保锚固，每２到４个格室１个固定钉的间距来放置锚固。在两个相邻的格室相接之后，通过气压射机来实施。图６蜂窝状土工格室３．３支挡措施３．３．１防护罩面挖方边坡上直接设置一层倾斜的碎石层，水平厚度≤１ｍ。在边坡接触面处设置一层起反滤层作用的透水土工布，防止坡体内细颗粒污染碎石层。防护罩面表层铺设腐殖土并绿化。防护罩面有如下作用：避免漫流和阻止侵蚀，避免失水且稳固含水状况，避免表层风化。３．３．２排水重力罩面排水重力罩面（见图７）是将全部滑塌体清除，按照设计坡率回填碎石或砂砾等透水性材料，并充分压实，利用回填材料自身的重力作用和排水功能保持边坡体稳定［９－１０］。在和挖方自然边坡的接触面处设置一层起反滤层作用的透水土工布，防止坡体内细颗粒污染碎石层。排水重力罩面表层铺设黏土并夯实，防止水流汇入重力罩面软化重力罩面基础，黏土层上侧铺设腐殖土并绿化。图７排水重力罩面重力罩面的材料宜选用容重大的透水性材料，比如ＧＮＴ（未处理碎石）、片石、ＴＶＯ（未处理砂砾）等。在没有良好的颗粒料的情况下，也可以采用回填砂性土，但是需要在重力罩面与后侧山体交界处设置复杂的排水管。排水重力罩面用于挖方坡率缓于等于３Ｈ／２Ｖ的边坡和滑坡治理工程。３．３．３混凝土骨架方格网骨架应用于边坡高度较高，坡率缓于等于３Ｈ／２Ｖ的路段。由于其造价较高只在边坡下侧３８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·路基工程·１～２级使用。采用ＲＮ２７混凝土现浇，骨架宽度０．４ｍ，深度０．３５ｍ，骨架间距２．５ｍ，骨架内铺设２０ｃｍ厚腐殖土并植草植灌绿化，见图８。图８混凝土骨架３．３．４锚杆挡墙和土钉墙项目锚杆挡墙有全长粘结式锚杆、预应力锚杆两种。全长粘结式锚杆应用在挖方段锚杆挡墙，钻孔直径１３ｃｍ，孔内灌筑水泥砂浆，锚杆俯角根据具体岩层情况确定［１１］。预应力锚杆应用在ＰＫ１３１和ＰＫ１３２处桩基挡墙下侧，由于上侧挡墙不允许较大变形，所以必须通过施加预应力来减小墙体变形；钻孔直径１３ｃｍ，锚杆全长采用波纹管防护，锚固段灌筑水泥砂浆后采用测力扳手施加预应力。对于顺层和“挖山皮”，为提高边坡的稳定性，减小挖方深度，采用了锚杆加固的方式。边坡高度不大于１０ｍ，平台宽度４ｍ。锚杆长度根据稳定性计算确定。喷射混凝土厚度为１０ｃｍ，锚杆采用ϕ２５精轧螺纹钢筋制作，长度１～３ｍ，具体长度根据坡面岩体情况现场确定。墙面需要采用ϕ４ｃｍ或ϕ５ｃｍＰＶＣ排除墙面后侧地下水，对于边坡有大量渗水的路段需要设置仰斜排水管。边坡开挖前应充分做好锚杆施工准备工作（所需的材料、机具等），边坡开挖后应紧跟防护，以免长时间暴露导致坡面塌滑，甚至向上牵引，促使整个坡体发生滑动，施工照片见图９。这个方法主要不足之处就是喷混面不美观。土钉墙（见图１０）指的是在松散地层中，在最大高度８ｍ的边坡上，采用被动刚体（土钉）与喷射混凝土面板联合防护［１２］。喷混上设置２～４ｍ长的土钉，可以完全封闭挖方边坡，使边坡风化程度减到最低，其缺点就是坡面不美观。土钉的长度和设置密度取决于以下几个方面：坡率，风化程度，岩石破碎等级。在强风化破碎区域使用１钉／４ｍ２，在稳定性好的区域使用１钉／１２ｍ２。图９锚杆挡墙图１０土钉墙土钉墙墙面喷射混凝土强度应≥２３ＭＰａ，锚杆采用ϕ３２精轧螺纹钢筋制作，端部套丝长度１０ｃｍ。钢筋网采用满足法国标准⁃⁃ＮＦＡ３５０１５、ＮＦＡ３５０１６和⁃ＮＦＡ３５０１９的ＴＳＨＡ６１０Χ１０和ＴＳＨＡ６１５Χ１５钢筋网。土钉墙设置完土钉之后，在边坡上实施３ｃｍ的喷混层，放第一层钢筋网，然后是一层喷混；第二层钢筋网优先放在锚固板下面来增加抵抗冲压强度；第三层３ｃｍ的喷混层用于外部找平。墙面需要采用ϕ４ｃｍ或ϕ５ｃｍＰＶＣ排除面板后地下水，采用仰斜排水管排除深层地下水。３．３．５柔性防护网设置１～３ｍ长的钉子来与足够坚固的金属网配合使用，这样整体（金属网＋钉子）可以被看作是一个假想的封闭墙。钉子的布局根据岩土体破碎情况确定，在强风化破碎区平均１钉／８ｍ２，弱破碎等级区１钉／２０ｍ２。钉子一般指长度为１～３ｍ的⁃ＨＡ２５ＨＡ３２钢筋，插在土里面，头部用铁丝扎住，连接到金属网上（网格１００×１２０ｍｍ绞两圈钢筋网，直径３ｍｍ的镀锌铁丝）。在钉子端头处放置尺寸为２００ｍｍ×２００ｍｍ４８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据·路基工程·的金属板，用锚杆固定，可以保持在壁上铺一层持续的钢筋网，且保证封闭。如图１１所示。图１１柔性防护网特别是在破碎岩石区域使用，这个方法可以使岩体与边坡形成一个整体。这个方法表现出几个好处，不仅具有可以持续封闭边坡壁的特点，也可以与整体景观融合（现场可以进行绿化），坡面自然排水等。用这种类型的防护除了Ｍ３标段的砂质岩块，中标段还有Ｂｉｂａｎｓ区域的岩质边坡和其它砂质泥灰岩边坡。３．３．６抗滑桩在支挡结构中，抗滑桩是滑坡处治广泛采用的结构型式，但由于人力成本的差异和安全人性的考虑，尽管截面形状为矩形的人工挖孔抗滑桩具有良好的抗弯性能，阿尔及利亚东西高速公路项目上广泛采用钻孔灌注桩。如图１２所示。图１２钻孔灌注抗滑桩４结束语山区地形多变，地质条件复杂，自然山体在人工开挖后，其原有的平衡状态受到破坏，开挖后随着边坡应力的释放必会形成新的平衡状态。开挖后的边坡坡面反映的地质情况各不相同，造成山区边坡防护设计的复杂性和多变性，须针对每个边坡的实际情况“，对症下药”地给出相应的防护设计，既不“矫枉过正”，又能“防患于未然”，做到安全、合理、环保和美观才是设计的关键。参考文献［１］岳永利，丁小军，王佐，等．阿尔及利亚东西高速公路（中、西标段）泥灰岩分布及工程性能［Ｊ］．公路，２００８（９）：８０－８４．［２］韩信．阿尔及利亚东西高速公路工程地质勘察研究［Ｊ］．铁道工程学报，２０１２（１）：１１－１６．［３］韩信．阿尔及利亚东西高速公路Ｍ３标段工程地质勘察研究［Ｊ］．铁道标准设计，２０１２（８）：２７－３１．［４］吴臻林，刘运平，李德林．泥灰岩边坡变形机理分析及处治对策［Ｊ］．公路，２００８（９）：１０５－１０８．［５］李德林，吴臻林，拜亚楠．膨胀性泥灰岩边坡病害防治［Ｊ］．公路，２００８（９）：１２３－１２６．［６］胡海蓝．阿尔及利亚１７５铁路项目深路堑边坡研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（１）：１３－１６．［７］王佐，丁小军，王书状，等．法国公路勘察设计质量控制流程的特点［Ｊ］．公路，２００８（９）：３０－３４．［８］李刚，孙忠宁，丁小军．泥灰岩挖方边坡设计研究［Ｊ］．公路，２００８（９）：９７－１００．［９］杨铁山，周大全，怀超．重力罩面在渗水边坡滑塌治理中的应用［Ｊ］．中外公路，２００９（６）：２８８－２９１．［１０］丁小军，刘卫民，王佐，等．软质岩边坡倾倒变形机理及处治工程实例［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１０．［１１］尚尔海．欧洲标准下锚杆拉拔试验方法［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１０（４）：１０－１４．［１２］怀超，刘卫民，尉学勇．阿尔及利亚东西高速公路土钉墙设计［Ｊ］．西北大学学报：自然科学版，２０１１（６）：２２３－２２６．������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������（上接第６５页）［８］周坤，叶春林．现浇薄壁筒桩在深厚层软基处理中的应用［Ｊ］．铁道标准设计，２０１０（２）：７１－７３．［９］刘汉龙．ＰＣＣ桩复合地基技术：理论与应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１２：８－１０．［１０］连盐铁路深厚海相软土路基地基加固技术现场试验研究中期报告第二分册［Ｒ］．北京：中铁第五勘察设计院集团有限公司，２０１４：４７－４８．［１１］ＪＧＪ／Ｔ２１３－２０１０现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程［Ｓ］．［１２］刘汉龙，丁选明．现浇混凝土大直径管桩复合地基设计与施工［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１３：７８．５８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（１１）万方数据