水南高速公路某岩溶边坡加固优化研究

董贵春

边坡治理一直是水利水电、交通、矿山、国防等工程建设中经常遇到的问题。随着我国大规模工程建设的进行,高山峡谷区的一系列重大工程涉及到大量高陡边坡的变形、稳定和治理问题。岩溶边坡在南方岩溶发育地区修建高速公路时经常遇到,很容易受到外界因素的影响而失稳,严重危胁着施工的安全及道路运营期间的安全。如果无法在建设过程中处理妥当,则会在公路运营期间留下潜在的危险。水南高速公路穿越广西岩溶发育区,在修建过程中遇到多处岩溶高边坡,在修建过程中由于降雨及外界扰动等原因产生失稳破坏,严重影响施工进度及施工安全,为保证公路建设中的安全和进度,对多处岩溶边坡进行了加固处理,考虑施工过程中的经济性和可行性,岩溶边坡的加固优化研究就显得尤为重要。本文结合水南高速重点岩溶边坡(K133+180),对岩溶边坡加固方案进行优化研究,为相应的工程提供可以参考的处理措施。

1 工程概况

水南高速公路K133+180左边坡山体存在一个古滑坡,由于深部接近路基边缘处一段硅质岩风化程度较低,岩石条件较好,形成一个大型“抗滑桩”,将该滑坡一分为二,形成两个剪出口。该滑坡是由于薄层、软弱的硅质岩和页岩沿陡倾的硅质灰岩层面产生重力蠕滑溃缺形成的,具有多级底滑面。

2 K133+180左边坡加固设计方案优化分析

根据该边坡开挖过程中破坏现象和破坏过程,并结合边坡地质条件分析,提出两种加固设计方案,主要对下部潜在主滑坡和未扰动的薄层硅质岩进行加固,同时对坡面进行防护、防排水处理。为优化边坡加固设计,利用数值分析软件FLAC3D对两种加固方案进行分析比较(数值模型见图1),选择最佳的加固方案进行施工,保证边坡的稳定。

该边坡主要由硅质岩组成,其中夹杂着泥岩,岩土体物理力学性质见表1。

2.1 加固方案设计

1)格梁锚索加固方案。该方案把边坡下部未扰动的薄层硅质岩部分作为古滑坡加固的持力层,通过打设系统长锚杆(L=6 m,间排距小于3 m),提高岩体的整体性和整体承载力。对存在于第二级、第三级边坡的古滑坡体采用格梁锚索加固。每级边坡布置两排锚索(L=30 m,间距为 5 m),设计荷载60 t,锁定荷载40 t。加固的结构单元主要是锚索、格梁和锚杆单元,它们的物理力学性质如表2所示。

表1 岩土体物理力学性质

表2 结构单元物理力学性质

2)抗滑桩和锚杆加固方案。该方案在第三级边坡上布置一排钢筋混凝土抗滑桩,截面形式为2 m×1.5 m矩形桩,桩长为15 m,中心间距为5 m;对第一级边坡仍然打设系统长锚杆(L=6 m,间排距小于3 m),并在第二级边坡下部,抗滑桩前沿打设3排锚杆(L=12 m,间排距小于3 m)。抗滑桩的力学性质见表3。

表3 抗滑桩力学性质

2.2 加固方案模拟分析

为比较两种加固方案的效果,在未降雨时和降雨强度为100mm/d情况下,从边坡的剪应变率和结构单元受力情况进行分析,对加固方案进行优化。

1)格梁锚索加固方案。通过数值计算,降雨前后边坡开挖的剪应变率及结构单元受力图表明,边坡在降雨前开挖后基本能保证稳定,施加的锚索和格梁对边坡的稳定起到加固的作用效果,表示锚索在开挖后承受拉力,说明锚索对边坡潜在的滑坡体起到加固的效果;当随着降雨的持续,边坡出现明显滑坡的趋势,而且锚索由原来受拉的状态变成受压状态,说明滑坡体下滑力开始发挥作用,而且随着降雨的持续,锚索所受的压力也越来越大。综合分析该加固方案对边坡的约束效果,表明该加固方案起到增强边坡潜在滑体的抗剪切能力的作用,但是在降雨的过程中,边坡依然具有沿潜在滑坡体剪切破坏的趋势;而且通过分析锚索在降雨前后及降雨过程中的受力变化可知,边坡的潜在滑坡体随着降雨时间的增加,其下滑力逐渐增大,说明该潜在滑坡体在降雨过程中逐渐开始滑动,因此,该方案的加固效果相对较差。

2)抗滑桩和锚杆加固方案。通过数值模拟,降雨前后边坡开挖的剪应变率及结构单元受力图表明,边坡在降雨前开挖后基本能保证稳定,施加的抗滑桩对边坡的稳定起到很好的加固作用;而且在降雨过程中,由于抗滑桩的存在改变了滑坡体滑动面积的大小,同时有效的阻止了滑坡体的滑动。综合分析该加固方案对边坡的约束效果,表明该加固方案起到增强边坡潜在滑体抗剪切能力的作用,而且在降雨的过程中,抗滑桩的存在改变了边坡潜在滑坡体剪切破坏的大小和趋势;对边坡潜在滑坡体的滑动起到很好的抑制作用,因此,该方案的加固效果比第一种加固方案的加固效果要好得多,该方案对该边坡的加固将更加有效和合理。

3 结语

在考虑降雨的情况下,针对水南高速公路K133+180左边坡施工过程中边坡破坏过程及其选择的加固方案,进行数值分析,对两种加固方案的加固效果进行优化研究。研究认为,两种加固方案都对边坡潜在的滑坡体起到抑制作用,但是锚索和格梁加固方案在降雨过程中,边坡潜在的滑坡体依然会产生滑移面,具有下滑的趋势和条件;而抗滑桩和锚杆加固方案在降雨过程中,可有效的阻止边坡潜在滑坡体的进一步下滑,并能够改变边坡滑坡体的大小和下滑的趋势。因此,抗滑桩和锚杆加固方案对治理K133+180左边坡这种类型的边坡将会收到较好的效果。

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