路堑风化岩石边坡防护措施探讨

赵书海

(黑龙江省鹤大高速公路工程建设指挥部)

1 前 言

过去一段期内所修建的山区公路,因为资金等原因,只注重主线贯通,而对深路堑边坡的防护没有引起足够的重视,随着公路使用年限的增加,边坡碎落现象越来越严重,给日常养护和行车安全带来不小的麻烦,如何处理好深路堑边坡的防护,确保边坡的稳定是研究和探讨的课题。

鹤大公路七台河至鸡西段公路 K 220至K 254路段位于山岭区,特别是太平岭路段(K 223+600-K 227+000)地面起伏较大,原 1999年竣工通车的一级公路两侧多深路堑,陡边坡,而且多属于石质路基路段,目前该路段大部分石质边坡存在碎落石,给养护工作和行车安全带来不少的麻烦。

从地质条件上看,该路段属于风化较严重的地质层,山坡开挖 1～2m范围是风化碎石,其下才是强风化作用下的次坚石和坚石。分析其原因,对于这种地质层,特别是地面起伏较大的山区路段,依靠增大边坡率势必增加挖方工程量,为了保证边坡的稳定,有必要在边坡的加固和防护上采取一些必要的加固措施,与其大开挖边坡相比造价要节省得多。

2 造成边坡碎落的原因分析

造成边坡碎落的原因是多方面的,但归纳起来笔者认为主要有以下几方面原因。

(1)地质原因

一是这一地区路段的地质层大多集中在侏罗纪及早白垩纪沉积环境下所形成的厚层砂岩、泥岩等含煤岩系,部分路段揭露有华力西晚期侵入的碱长花岗岩。

地表以下岩石风化较为严重,多为风化碎石土及风化砂砾土,个别地段地表以下有不规则的较坚硬岩层。

(2)边坡坡度设计不足,根据公路路基设计规范规定,对于强风化页岩泥岩岩石路段,高度在 20m内边坡坡度应在 1∶0.5～1∶1.25,20～30m路段边坡坡度应在 1∶0.75～1∶1.5,本路段个别路段挖方边坡较高虽然在此标准范围内,通过日常养护看,坡度不足,并且没有设多级碎落台。

(3)施工时爆破技术不佳造成的岩石层面不规范,有许多坡面岩石向外突出,周围存在裂隙,没有进行彻底的处理,一但有风化碎落的岩石就会落下。

(4)路堑边坡坡顶面没有设置排水系统,使水流可以侵入岩石缝隙,在经历多次冻融循环后,加剧了坡面的风化程度,造成边坡碎落。

(5)没有对深路堑边坡进行有效的防护,使风化程度加剧。

由于上述原因,从而使边坡碎落不断发生,而且有越来越严重的趋势。

3 边坡防护的措施

针对路段的边坡特点,经过多种方案计算比较,对距地表较松散的风化碎石按 1∶1的坡率进行刷坡,对坡面有风化严重的坡面进行处理,使之处于稳定状态。满足设计要求后确定采用钢缆格栅网面挂系统进行边坡防护。这是一种主动防护系统进行边坡防护措施。

(1)钢缆格栅网面挂系统进行边坡加固

钢缆格栅网面挂系统进行边坡防护,是通过对岩石坡面按一定面积的方格四周打入锚杆形成锚固端,将钢缆格栅网挂在锚固端,形成一个网挂包裹着的坡面,从而起到阻止风化的碎石滑落的作用,在边坡防护的同时,通过喷洒植物生长液,使坡面生长植物,即达到固化坡面作用,同时实现绿化的目的。

钢缆格栅网面挂系统锚杆采用直径为 25 mm的螺纹钢,长 2.5m。最小钻孔直径为 380mm,系统所用双绞合金属网网面的钢丝为经高尔凡镀层(5%铝+锌 +稀土元素)处理的高防腐性能钢丝。网面为双绞合六边形,网孔尺寸400mm ×400mm。钢缆网钢绳交叉处,采用热镀锌“十”字卡扣卡紧。

表 1 钢缆格栅网面挂系统技术参数表

(2)施工步骤

主要施工步骤如下。

①刷坡。根据本工程加固防护需要,首先将需防护的坡面按 1∶1刷坡,使坡面大致平整。

②放样。在边坡防护区内,按照设计锚杆间距 415m×415m,用全站仪或经纬仪进行现场放样,以确定出每根锚杆的具体位置。

③钻孔。放样工作完毕后,在确定的锚杆位置处搭架钻孔。钻孔孔径不小于 ＜100mm。钻孔时需认真判断岩层分界,以准确确定锚杆的长度。

④锚杆安装。待锚孔形成,经检查锚孔深度满足设计要求后,将外露端头弯成圆环状的锚杆伸入锚孔中,用灰砂比为 1∶2,水灰比为 0.145～0.15的 M20水泥砂浆灌注。灌浆要求饱满。灌浆时需做砂浆试件,以检验砂浆强度。

⑤锚杆抽检。锚杆孔灌浆强度达到 80%以后,使用经过标定的千斤顶,对需抽检的锚杆进行拉拔试验,以检验锚杆在设计拉力作用下,能否满足抗拔要求。

⑥安装张拉绳。在每排锚杆端头圆环内,沿纵、横向各穿一根张拉绳。张拉绳一端用 3个柔性钢绳网在高边坡治理中的应用 6个 ＜16mm热镀锌绳卡,间距 10 cm固定,另一端用 50 kN手拉葫芦顶张拉至 30 kN拉力后用 3个＜16mm热镀锌绳卡固定。为保证张拉绳张紧,每根张拉绳长度不宜大于 30m。为保证张拉绳紧贴地面,在锚孔口处应开凿口径和深度均大于20 cm的凹坑。

⑦安装钢缆格栅网。将工厂编制生产的钢缆格栅网运至施工现场,展开钢缆网,用 ＜8mm热镀锌钢丝绳与张拉绳缝合。缝合时应按照每张网使用一根缝合绳的原则确定缝合绳的长度。缝合钢绳与张拉钢绳相交处,用卡扣卡紧,防止滑动。

⑧绿化。用喷液机在坡面上播撒植物营养液,使之生长植物,达到绿化和稳定边坡的作用。

(3)关键工艺质量控制

①锚孔深度及水泥砂浆灌注。

锚孔原则上应按设计深度钻孔。但在钻孔施工时,应认真记录土、石分界深度和岩石强风化、中等风化、微风化的分界深度,以便科学合理的确定每个锚孔的深度。

锚孔钻好后应及时检查、灌浆,以免塌孔造成堵孔,给施工带来不便。水泥砂浆要严格按配合比配制,灌注时应连续直至灌满,不允许长时间中断。砂浆灌注工艺必须确保水泥砂浆的强度和灌注饱满。

②钢绳网系统。

柔性钢绳网系统所使用的钢绳、卡扣等材料必须是经过质量检验的符合国家有关标准的热镀锌材料,防腐性能应达30年以上。钢绳网不得有断丝、脱丝,镀锌量大于70 g/m2。绳卡和“十”字卡扣表面不得有破裂和损伤。

③张拉绳及钢绳网安装。

张拉绳安装时,应严格按要求采用手拉葫芦施加预张拉力,不能采用人工拉紧的办法。钢绳网安装时,与张拉绳缝合的缝合钢绳亦应张拉,使钢绳网张拉紧并贴紧地面,以起主动防护的作用。

4 结 论

(1)钢缆格栅网面挂系统具有较广泛的适用性。可以适用于各种不同程度风化的石质边坡。该系统可广泛应用于公路、铁路、矿山、水库、建筑等领域的高边坡防护。

(2)钢缆格栅网面挂系统对坡面无特殊要求,对原始地貌适应性强。施工时无需大量开挖土石方(只将松动的土石方清除),减少工程量、可实现由上至下的施工,使施工较为安全。

(3)钢缆格栅网面挂系统施工不需大型机械没备,施工简便,可程序化操作,施工速度快。

(4)钢缆格栅网面挂系统可实现原坡面无法实现的绿化(包括石质边坡),美化环境,达到综合治理的目地。