高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究.pdf

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高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究1 高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究2 高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究3 高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究4 高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究5
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———文章编号:10094539(2018)增2002705・科技研究・高速公路复杂地质环境古滑坡破坏机理及防治对策研究徐淑亮(中铁十四局集团第三工程有限公司山东济南250300)摘要:采用地质调绘、病害调查和理论分析等方法对清云高速K33+438~K33+615右侧复杂地质环境中古滑坡的病害情况及其破坏原因进行详细分析,并提出适宜的防治对策,为复杂地质环境中的滑坡病害治理工程提供了可借鉴的经验。关键词:公路边坡边坡工程复杂地质环境古滑坡边坡治理中图分类号:U416.163文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1009-4539.2018.S2.007StudyforFailureMechanismandCountermeasureofAncientSlope、订thComplicatedGeologicEnvironmentinExpresswayXuShuliang(ChinaRailway14山BureauGroup3耐EngineeringCo.Ltd.,JinanShandong250300,China)Abstract:AimingatancientslopewithcomplicatedgeologicenvironmentatK33+438~K33+615rightsideofQingyunExpressway,thepaperexpoundedthediseaseconditionandfailurecausationbyusinginvestigationandmappingofgeologiicaldiseaseandtheoreticanalysis.Sometreatmentmeasureswereputforward.Itcouldprovideexperienceforgeologicaldiseasetreatmentofslopewithcomplicatedgeologicenvironment.Keywords:highwayslope;slopeengineering;complicatedgeologicenvironment;ancientlandslide;slopetreatment1引言随着我国高等级公路建设不断在山区开展,公…路建设导致的滑坡灾害较为常见。因前期勘探条件所限,勘察技术资料不足,对复杂地质环境中的滑坡情况不能完全查明,常会导致施工过程中出现较大规模的滑坡,严重影响工程建设的质量和进度,危及周边重要构筑物和人员的安全嵋。。针对公路边坡破坏及治理等问题,国内学者们做了大量的研究。赖咸根旧1等运用模糊层次分析法,判断边坡加固过程中的风险等级,提出风险控制的要点。赵建雄H1对影响陡边坡的各项风险因——收稿日期:20180326作者简介:徐淑亮(1971一),男,高级工程师,主要从事交通工程施工技术管理工作。铁道建筑技术RA『LMyC0 ̄S丁开UC丁『O~丁ECf_f ̄0正-0Gy素进行分析,运用总体风险指标体系法进行公路边坡的评价。吕淞¨o采用工后稳定性评价体系来评∞价高速公路边坡稳定性。吴忠广1等在蒙特卡洛随机抽样技术的基础上,建立总体风险评估模型,来有效防治施工安全事故。黄凡¨1等分析了毕威高速边坡的工程问题,并提出了有效的治理方案,确保其稳定性。易巍旧1对高速公路顺层边坡最为常见的5种破坏模式重点分析,提出相应处理方式。本文以广东省清云高速公路K33+438~K33+615右侧路堑古滑坡为例,结合国内类似边坡工程的研究方法及治理经验一。11I,从地质调绘、病害调查和理论分析等方面人手,对复杂地质环境古滑坡的病害情况及其破坏原因进行分析,并提出适宜的防治对策,以期对广东省复杂地质环境滑坡病害的治理提供借鉴和技术参考依据。2018(.fN2J27万方数据・科技研究・2地质条件与环境2.1古滑坡地貌该边坡所处地貌单元属低山丘陵区,地形起伏大,植被较发育,线路走向235。,坡向145。。路堑所处自然斜坡具有明显的老滑坡地貌,上部较陡(倾角约38。),中下部较缓(倾角15。~200),缓坡平台离路基面高差30~40F11。2。2复杂的地质状况(1)岩性根据补充钻探资料和开挖揭露,结合野外地质①调查,场区内的岩土层按其成因分类主要为:堆②积层;奥陶系中部变质砂岩,包括强风化变质砂③岩和中风化变质砂岩;燕山期侵入花岗岩,包括全风化花岗岩、泥化夹层和中风化花岗岩。该路堑边坡工点边坡岩体风化深度分布和风化程度不均,中上部平均埋深约21m,中下部平均埋深约40m,下部平均埋深53m,上层滑坡堆积体平均厚度约11.7m(母岩为变质砂岩,夹1.5~50cm强~中风化岩块),岩土体结构极为松散,下层滑坡堆积体厚度约10.5—m(母岩为全风化花岗岩,夹1.05om碎块),推测为前期多次滑动和后期堆积而成,属老滑坡体。(2)地质构造与水文地质根据地质勘察资料,该路堑在构造上处于风貌山背斜西翼,有较多的石英脉及细粒花岗岩脉侵入。边坡位于北东向、北北向断层破碎带、变质砂岩与花岗岩不整合体交界处附近,受断裂构造影响,岩体破碎,风化深度深且风化不均。根据现场不同挖探地质点的现场调查,层面反倾,存在顺坡向结构面,但不发育,结构面见泥质充填。本场区内地下水由上部松散堆积体的孔隙潜水和深部基岩裂隙水组成,主要补给来源靠大气降水渗透补给,水位埋深受季节性影响较大。2.3周边重要构造物周边重要构筑物主要为800kV楚穗直流线高压电塔和大型村庄。高压电塔距离2016年9月滑坡后缘裂缝水平距离约55m、垂直高度约39m,该电塔属国家西电东送工程重点线路,是南方电网主网架,对地方电力供应起到至关重要的作用。坡脚村庄现有住户21户,人口76人,房屋31栋。如边坡出现整体滑动,对坡顶高压电塔和坡脚村民住宅的威胁极大,铁道建筑技术滑坡后损失无法估量,亟需采取针对|生处治措施。2.4古滑坡变形历史(1)第一次滑动据调研,1940年6月该工点附近曾发生过一次大型山体滑坡,山体向村庄方向滑移约100m,造成坡脚村民3人死亡,12人受伤,整个村庄大部分房屋倒塌。随后,村民又在目前村庄位置(滑坡前缘约30m)重建了房屋。(2)第二次滑动2006年8月份,该山体再次出现山体裂缝,裂缝最大宽度约20cm,裂缝长度约50m,未出现大的滑坡现象,未造成人员伤亡和房屋损失。(3)第三次滑动2016年9月施工单位开挖坡脚便道时,受近期连续强降雨影响,该路堑出现滑动迹象,滑坡后缘裂缝已完全形成,裂缝长约1601TI,最大宽度约20cm,下错约50cm,呈弧形圈椅状,并存在整体滑动的可能,老滑坡复活迹象明显。3边坡病害调查及稳定性评价根据边坡的工程地质条件、裂缝分布范围、边坡病害严重程度分为2个病害区:I区(新滑坡区)Ⅱ和区(欠稳定区,长约140m)。从地貌上看,K33+535附近冲沟为新滑坡区与欠稳定区的分界(见图1)。下面主要针对I区(新滑坡区)进行病害调查及稳定性评价。3.1边坡病害调查I区位于I<33+320~K33+535段,长约215m,为不稳定区。区内上部有高压电塔,坡脚为灌溉渠和村民住宅。新滑图1路堑老滑坡病害分区坡后缘和前缘水渠附近均见马刀树,坡脚前缘地下水极为丰富,水渠附近前缘长满喜水植物,坡面岩土体极为松散,应为滑动后的堆积体。从地形地貌、地层岩性、岩土体结构和历史记录来看,该路段为老滑坡体。2016年9月12日,在K33+489处发现有一条与线路方向斜交的裂缝,宽度约1.0cm,长度约10in。9月13日,所有施工作业停止,在裂缝处采用彩条布进行覆盖,经观察发现裂缝长度、宽度一直在持续发RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(增2l万方数据・科技研究・展。9月21日,裂缝长度发展到160m,呈弧形圈椅状,后缘裂缝最大宽度约20em,最大下错约50em。测量期间,后缘裂缝仍在继续发展,封补后的裂缝有继续开裂的迹象,小里程段裂缝继续延伸。据现场调查,便道附近未见明显前缘剪出口,但岩土体较为松散有鼓胀松弛的痕迹。便道外侧水渠附近未见剪出口,推测目前剪出口位于施工便道内侧坡脚附近。通过对K33+460等典型地质断面进行分析,该滑坡的浅层滑面位于堆积体(夹强~中风化岩块)与全风化花岗岩交界面附近的软弱带,其破坏模式为开挖引起老滑坡的局部复活。随着边坡开挖至路槽,坡体松弛及地下水的下渗,滑面会进一步往深部发展至全风化花岗岩内的软弱带(泥化夹层,隔水层),可能导致老滑坡的整体复活,其滑面为多层。3.2滑坡原因分析(1)地质构造因素①根据地勘资料,该区揭露地层主要为全风化变质砂岩夹强、中风化岩块、全风化花岗岩含碎块及泥化夹层(隔水层),滑坡堆积岩土体节理裂隙发育、结构破碎松散,岩性风化不均,易于渗水。②坡体内存在向临空方向倾斜的软弱夹层(不同岩性接触面或泥化夹层),为隔水层。③同成因的岩土分界面在坡体内形成含水层或隔水层,是滑面形成的基础,含水层与隔水层交界处在地下水的长期作用下易软化并降低其强度。(2)人类活动因素施工便道开挖造成山体原坡面、坡脚变陡临空,坡脚失去侧向支撑,破坏了原坡面的天然原始平衡状态,坡体松弛,降低了边坡抗滑力。(3)水的作用由于岩土体松散,坡体松弛,地表水易于下渗,软化了滑带土并降低其强度,减小了抗滑力¨2|。3.3边坡稳定性评价浅层滑体平行滑动方向长约110rn,垂直滑动方向宽约130m,滑体平均厚度约8rfl,体积约10.6万m3,属浅层中型滑坡。其滑面为全风化变质砂岩夹强~中风化岩块与全风化花岗岩交界面附近的软弱带,为开挖引起老滑坡的局部复活。根据调查的地表裂缝迹象来看,滑坡后缘裂缝已完全形成,前缘剪出口不明显但坡面有鼓胀松弛现象,滑面尚未完全贯通,目前浅层滑面I对应滑体处于不稳定状态。铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCWONTECHNOLOGy随着边坡开挖至坡脚路槽,滑面会进一步往深部发展至全风化花岗岩内的顺坡向软弱带(泥化夹层),从而形成深层整体滑动,滑动后规模极大。潜在深层滑体平行滑动方向长约100m,垂直滑动方向宽约215m,滑体平均厚度约11.5m,体积约25万m3。4防治对策研究4.1原治理设计该路堑原设计为4级坡,最大坡高36m,分级坡高10in,一、二级坡坡率1:0.75,三级坡坡率1:1.0,四级坡坡率1:1.25,分级平台宽2m。一、二级坡采用锚杆框架,锚杆长度为8.5m和11.5m两种;三级坡采用人字型骨架植草;四级坡采用植被防护。治理方案见图2。图2原设计典型断面图为保证安全,2016年11月召开了治理方案研讨会,认为本设计方案不足以保证边坡的稳定,会后设计单位和咨询单位根据评审意见,对该边坡进行了详细的地质调绘和勘察,并补充和完善了边坡治理方案。4.2新的处治方案经评审后,提出以下两种处治方案。方案一:中间设一排锚索桩(三级平台,桩前放缓坡率处理)+注浆钢锚管框架+锚索框架+坡脚竖向钢花管(固脚)+坡脚泄水孔,两侧低缓地段进行放缓坡率+锚杆固脚。方案二:中间设两排锚索桩(一、四级平台)+斜向注浆钢锚管框架+坡脚泄水孑L,两侧低缓地段进行放缓坡率+斜向钢锚管框架固脚。4.2.1设计计算滑坡推力计算以最不利的K33+460断面为例进行计算。计算方法采用不平衡推力法,由于坡顶有电塔和坡脚有村庄,安全系数K按1.3考虑。岩土计算参数主要根据勘察报告中的指标反算结果结合以往设计经验确定。C,=0kPa,妒,=2018l增2)29万方数据・科技研究・35。,y1=18.7kN/m3,C2=15kPa,92=17.6。,y2=19.5kN/m3。需指出的是,采用斜向钢锚管多次劈裂注浆后,其滑带土的岩土力学参数得以显著提高,下面分别对该路堑工点K33+460断面方案一、方案二(注浆前)和方案二(注浆后)进行剩余水平下滑力计算,其计算结果如表1所示。表1K33+460断面剩余水平下滑力计算结果剩余水平下滑力加固方案计算位置E/(kN・m。1)三级平台桩后2501方案一桩前至坡脚587方案二四级平台桩后2171四级平台桩前至一级平台桩后1527(注浆前)一级平台桩前至坡脚113方案二四级平台桩后1692四级平台桩前至一级平台桩后1343(注浆后)一级平台桩前至坡脚8l4.2.2加固措施确定综合比选以上两种处治方案,方案二注浆后具有明显技术优势,即两排锚索桩+斜向注浆钢锚管框架方案。上部锚索抗滑桩+塔前挂网喷锚保证了上部高压电塔的安全,下部锚索桩保证了高速公路的安全,桩前以斜向钢锚管注浆加固为主防止桩前土体滑移。4.2.3坡形坡率设计坡率:一一三级坡为l:1.0,四级坡为1:1.20;坡台宽度:一、四级平台宽3m,二、三级平台宽2m;坡高:一~三级为10m,四级为12m。4.2.4加固参数水平间距2.5m。四级坡:设5排,1,50×4.5斜向钢锚管框架,钢锚管设计长度均为28m,水平间距2.5m。四级平台:设犯.2m抗滑桩,桩长40~43m(嵌入中风化岩3rfl),水平间距5.0m,桩顶采用3m高冠梁连接,冠梁上设3排锚索,长度分别为36m、37m和38m,锚固段长10m,水平间距2.5m,设计荷载600kN。钢锚管为+50X4.5mm无缝钢管,锚索为5,1,15.24mm型。钢锚管框架截面尺寸为0.4mx0.4m,框架埋入地面以下0.3m,框架内覆土植革。加固方案如图3所示。为保证锚索受力,第四级平台抗滑桩与临时开挖面(桩后2m,坡率1:0.3)之间填C20混凝土(高2rfl、宽31TI),其余地段填土夯实。表面采用O.10m厚C20素混凝土封闭。一级坡:设4排钢锚管框架,锚管长10~16m,水平间距2.5m。一级平台:设书2.2m抗滑桩,桩长30m,间距5.0m,桩顶采用2m高冠梁连接,冠梁上设2排锚索,锚索长46m和48m,锚固段长12m,水平间距2.5m,设计荷载500kN。二级坡:设3排钢锚管框架,钢锚管长19~25m,水平间距2.5ITI。三级坡:设4排钢锚管框架,钢锚管长24~30ITI,30铁道建筑技术图31<33+460设计断面图第一级平台抗滑桩与l临时开挖面(桩后2ITI,坡率1:0.3)之间填C20混凝土。所有平台均采用C20混凝土预制块封闭。4.2.5排水措施堑顶设截水沟,平台设平台水沟,平台水沟与截水沟采用吊沟连接。碎落台以上2.0m、4.5m高度处各设1排仰斜排水孔,三级平台以上2.0m、4.5m高度处各设1排仰斜排水孔,钻孔时如坡面渗水应动态加密。4.2.6电塔前部自然山体防护措施因电塔上下侧因施工便道而形成的2~5m高陡坎,采用了锚杆挂网喷锚防护,以保证电塔的长期稳定。RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018l增21万方数据・科技研究・5结束语(1)对于复杂地质环境路段,前期勘探期间需引起足够重视,尽量对古滑坡或复杂地质环境地段进行绕避。否则,施工期可能会发生较大规模的滑坡病害,后期变更设计时因无法绕避而使加固代价昂贵。(2)对施工期间因开挖而产生的古滑坡复活现象,结合周边环境,优选了造价适宜、施工快捷和可靠性高的桩一锚联合加固方案。(3)主动支挡结构和注浆钢锚管框架的施工质量至关重要,需选择有经验的专业施工队伍。(4)复杂地质环境下滑坡施工应在开挖1~2级后立即进行地质调绘,如发现异常应立即开展补充勘察和动态监测,及时进行动态咨询和变更设“计。施工时应坚持开挖一级(或半级)、加固一级”(或半级)的原则,并注意阻止雨水向下渗透,同时加强施工期间的边坡动态监测。参考文献[1]张玉芳,王春生,张从明.边坡病害及治理工程效果—评价[M].北京:科学出版社,2009:1112.[2]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版———“”—’“—“—’”—’’——・P。P。。f十。十。十。十。十。十-十r。。一r。十十。十。十。十。十。Pr。r。。r(上接第8页)(3)在后续设计中,如果最终选用方案二,则需注①意:开挖过程中不同岩层交界面水的处理,制定详细的排水方案,考虑到包头冬季气温低,尽量保证车站的②基坑开挖在冬歇期前完成;需与详勘单位明确片麻岩层产状,以优化放坡开挖时的坡率及锚杆长度¨2I。(4)在不同设计方案中均需考虑开挖过程中采用爆破施工时的应急预案。(5)包头地区在岩层区域还未有地下工程案例,文中所提及设计方案可为今后包头类似工程提供参考。—社,2001:79.[3]赖咸根,刘运思,周伏良,等.高陡岩质边坡加固工程施工风险分析与控制[J].湖南文理学院学报(自然科—学版),2016,28(4):5862.[4]赵建雄.高路堑边坡的风险评价研究[J].土工基础,—2017,31(3):356358.[5]吕淞.高速公路边坡稳定性风险评估体系工程应用分析[J].江西建材,2016(21):181.[6]吴忠广,王海燕,陶连金,等.高速公路高边坡施工安全总体风险评估方法[J].中国安全科学学报,2014,—24(12):124129.[7]黄凡,张赓,蒲建华,等.毕威高速公路K103+240一K103+580段边坡病害原因分析及治理[J].铁道建—筑,2013(11):9698.[8]易巍.高速公路顺层边坡破坏模式分类及防治对策—[J].铁道建筑,2015(8):9396.[9]赵海彬.公路深挖方路段边坡失稳病害的防治[J].中外公路,2002(5):115一117.[10]黎小辉,刘关华.临近高压电塔隧道施工技术[J].现—代城市轨道交通,2012(4):3033.[11]王剑峰.张承高速公路施工安全总体风险评估[J].华—东公路,2015(1):3637.[12]张丽冰.基于弹塑性有限元方法的陡坡高路堤稳定性分析及优化设计[D].成都:西南交通大学,2009.参考文献[1]刘国斌,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.[2]中国土木工程学会土力学及岩土工程分会.深基坑支护技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.[3]马泉,王伟,孟召虎,等.复杂环境下深基坑砂岩层的铁道建笳技术RA,LMyC0~S丁开UC丁『0~丁£-cH~oLOGy爆破及其减振技术研究与应用[J].建筑施工,2016,—38(4):406408.[4]邵志国.青岛土岩复合地层深基坑变形规律与变形监测系统研究[D].青岛:青岛理工大学,2012.[5]“”李东.青岛地区二元结构基坑吊脚桩支护设计数值分析研究[D].青岛:中国海洋大学,2009.[6]马文旭,刘雄华.深基坑吊脚支护体系探讨[J].广—东土木与建筑,2015,22(12):2224.[7]中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程:JGJ—1202012[s].北京:中国建筑工业出版社,2012.[8]袁海洋,青岛地铁明挖车站围护结构研究[D].青岛:青岛理工大学,2012.[9]许岩剑,揭宗根,熊恩.吊脚桩在岩土组合基坑中的应—用[J].市政技术,2015,33(4):134136.[10]黄涛.联合支护体系在复杂深基坑工程中的应用[J].—铁道建筑技术,2016(9):105108.[11]马祥,方光秀,高启义.地铁车站超大深基坑工程支护结—构深化施工技术[J].施工技术,2013,42(21):5862.[12]郑筱彦,夏俭,陈春舒.基坑桩锚支护参数优化的数值—模拟分析[J].铁道建筑技术,2016(10):7478.2018l增2)31万方数据
清华君
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