结合工程实例探讨高边坡防护工程的勘察设计与施工

张项鑫

摘要：近年来我省山区公路建设发展迅速,通车里程逐年大幅增长, 但有不少工程项目的建设,都涉及到大量的高边坡问题。鉴于高边工程的特殊性。文章结合工程实例对高边坡的防护勘察与设计要求和施工监控要点等进行了探讨。

关键词:高边坡;防护;动态设计;信息化施工

一、高边坡防护的勘察与设计要求

现行《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)中规定“土质挖方边坡高度超过20 m、岩质挖方边坡超30m以及不良地质、特殊岩土地段的挖方边坡,应进行个别勘察和设计”。这是针对高边坡的勘察设计提出的要求,明确了路堑高陡边坡的特殊性。

1.高边坡防护工程的勘察要求

高边坡防护措施的选择依据是高边坡的工程地质和水文地质条件。因此,在防护施工图设计前应对高边坡进行专项详细地质勘察。采用钻探、坑(井、槽)探与物探相结合的综合勘探方法,查明边坡的地质环境条件,为边坡的防护设计提供可靠的地质依据。

①地形地貌特征。通过测量调绘查明边坡的地形地貌特征,坡向及其与路线的关系,自然坡度稳定坡角。②岩土特征。采用钻探、坑(井、槽)探和物探等手段,查清岩土类型、成因、性状、风化程度、分层厚度。③主要结构面。通地质调查和勘探手段查清岩岩的结构面(特别是软弱结构面)的组合关系、力学属性及其与临空面的关系。④通过收集资料、钻孔水位观测弄清所在地的气象、水文和水文地质条件及相关参数。⑤查明对边坡有影响的不良地质现象的范围、性质和分布规律。⑥采用各试验确定岩土体的物理力学性能(天然和饱和状态下的重度、抗剪指标等)。⑦查清坡顶临近建筑的荷载、结构、基础形式、埋深及稳定状态。

2.边坡防护工程的动态设计

在施工图设计阶段,根据专项勘察成果对边坡的开挖和防护进行个别设计。但是,由于勘查是以点代面,不管地质勘察如何详细,由于地质上的复杂性和不确定性,致使勘察资料的准确性和防护设计的适宜性存在一些偏差,这就要求在施工阶段加强对勘察资料准确性和防护设计的可靠性进行分析验证,把施工开挖过程作为勘察的补充。根据开挖揭示的实际地质情况,反馈设计,必要时进行补充勘察、调整防护方案,这就动态设计的思想。

动态设计是根据信息施工法和施工勘察反馈的资料,对地质结论、设计参数及设计方案进行再验证,如确认原设计条件有较大变化,应及时补充、修改原设计。因此要求在施工过程管理中,需要地质勘察工程师、设计工程师,特别是监理工程师对边坡开挖揭露的实际地质情况进行确认,复核设计适用条件的正确性,对设计进行维持或调整。因此,在施工过程中,监理单位应强化对勘察单位、设计单位配合施工的监督和管理。

二、高边坡的施工技术探讨

目前对高边坡的施工一般都要求采种用逆作法施工,即自上而下分级开挖与防护,边开挖边防护。逆作法施工的优点在于:减少大开挖卸载对边坡稳定性的影响,边坡变形量小,对邻近建筑的影响亦小;减少边坡暴露高度和时间,及时形成对开挖坡面的防护,使其受力状态合理;每级开挖平台即可作为防护的工作平台,不必另外架设开挖工作平台与内撑,这样大幅度削减支撑和工作平台等大型临时设施,节约工程造价。高边坡防扩逆作法施工的成功关键是要做好信息化施工和动态设计工作,强化施工的过程管理。

1.逆作法施工要点

逆作法施工的顺序是:①按施工图设计放线(最高一级坡坡口线);②按设计坡比和坡高开挖最高一级坡,按信息化施工的要求对地质情况、防护设计参数与方案进行验证,对施工安全性进行判断并及时调整防护措施和施工方案;③按调整后防护设计对开挖边坡进行防护工程施工;④重复①-③自上而下完成其余各级边坡的开挖和防护。⑤最后完成边坡绿化(或生态护坡)施工。

2.施工监控

为确保施工期间的人员和设备安全及防护措施的可靠性,大型高边坡施工期间及竣工两年内应进行监控。施工期间除要有专人进行安全巡视外,应对坡体和防护结构进行监测,利用监测结果指导边坡开挖、调整防护结构设计。监测点应布置在边坡上稳定性差、工程扰动大、防护结构上受力复杂的部位,力求形成完整的监测剖面,采用多种手段互相验证和补充。监测内容包括:地面变形、地表裂缝、深部位移、地下水位、孔隙水压力、防护结构应力等。在施工过程中监理应加强对施工监测的监督管理,真实反映边坡的变形与稳定特征,为勘察设计人员提供可靠依据。

3.施工过程

高边坡防护工程有着不同于一般路基工程的特点,它与地质环境有着密切联系,受工程地质条件、水文地质条件、边坡高度、邻近构筑物、气候环境等多种因素的控制和影响,从勘察、设计到施工,整个过程环环相扣,相互验证,任何环节都不能失误,否则损失难估。其中,作为施工这一将设计意图转换为实际产品的环节,是一个至关重要的过程。在此过程中,许多因勘察深度不够或错误致使设计中的缺陷或错误都将通过开挖被揭露出来,甚至与以后使用维护相关的问题也会有所暴露,值得高度重视,更何况其任一道工序均会对整个工程质量产生致命的缺陷。鉴于高边工程的特殊性,工程实施过程中必须对开挖揭露的地质情况进行确认,对开挖后的边坡变形进行监测,对边坡体稳定性进行评价。因此,对于高边坡防护的施工管理,必须百分之百的重视,其管理模式应为:施工单位负责工程实施和施工监控,勘察和设计单位积极配合施工,监理应监督、协调各方根据揭露的实际情况对工程的安全性进行评价,并及时调整、修改施工方案和防护措施设计,真正做到信息化施工。

三、工程实例

以贵州某高速公路隧道右线出口右侧边坡为例。

隧道右线出口右侧自然斜坡相对高差90m,路线位于斜坡中下部,与坡顶高差约60m,斜坡天然坡角约30°-35°.线路走向为230°,岩层产状100-110°∠40-45°,斜坡为顺向坡。坡体表层为1-5m厚的残坡积松散碎块石粘土,其下为前震旦系上板溪群清水江组第二段,黄色、浅灰色及灰色薄至中厚层硅质胶结变余石英杂砂岩。受多次构造作用,岩体节理裂隙十分发育,岩体差异风化特征明显,垂直风化深度为10-16m,最深达22m.岩层层间结合差,边坡稳定性受层面和一组节理(150°∠70-75°)控制,由于裂隙发育,大气降水容易渗入转化为地下水,对边坡稳定极为不利。

该段边坡原设计最大开挖高度40 m,每级高10 m,共4级,级间平台宽1 m,自下而上,设计坡率为1∶0.5、1∶0.75和1∶1,坡角45-63°,第1级为护面墙,其余3级为拱形骨架护坡。施工采用逆作法开挖,并及时施作防护结构。由于施工中未及时对开挖揭露的地质情况进行确认验证,进而调整修改防护设计,致使在本段边坡已全部开挖成形,上面3级已完成浆砌片石骨架护坡,第1级开挖大半时,发生了规模较大的工程滑坡,导致已完护坡工程全部报废。根据现场调查资料,滑坡后缘距道路中线最大距离54 m,为残坡积黄色粘土夹碎石和全、强风化杂砂岩,错台2 m多,裂缝可见深度4 m多,前缘位于第1级边坡中部,为强风化杂砂岩。滑动面近似直线,倾角37-39°,介于自然坡角和岩层倾角之间,远小于边坡设计坡角。

边坡发生破坏后,相关部门对边坡开挖揭露的地质情况进行详细调查,对滑坡范围、形态、产生的原因、滑动面的力学条件进行深入分析。采用双剖面反算法求取滑动面的抗剪强度指标C、Φ值,其中C=20 kPa,Φ=24. 3°.利用反算抗剪强度指标,按优化后的坡型、坡率,考虑工程的重要性和裂隙水的影响,取K=1. 25计算边坡的长期稳定性。计算结果显示,优化后的设计断面总体稳定性达到高速公路的标准(安全系数K=1. 25),但坡面岩体破碎,风化严重,仍需采取必要的加固防护措施。

综合考虑该段高陡边坡的工程地质与水文地质条件,采用的设计方案计为:削方减载、优化坡形、挡土墙框格锚杆支挡防护、坡面植草绿化的综合治理措施。共设6级坡,每级高10 m,级间平台宽2m,自下而上,各级坡率为1∶0. 25、1∶1. 25、1∶1. 25、1∶1. 25、1∶1. 5、1∶1. 5,第1级采用浆砌片石挡土墙支挡,第2、3、4级采用混凝土框格锚杆支挡,第5、6级采用混凝土框格防护,每级平台均设排水沟。在治理施工中强化了逆作法施工的管理要求,设计代表常驻现场配合施工,加强了地质确认和监测工作,反馈设计,在施工过程中及时发现问题,及时调整设计方案和施工方案。该段边坡防护工程已完工3年左右,运营状态良好。

结语:

高边坡防护工程受工程地质、水文地质、气候环境、边坡高度、勘察设计精度、施工水平等诸多因素的控制和影响,工程实施过程中应加强管理,稍有不慎,就会导致边坡防护工程失败,甚至引起安全事故。通过实例分析认为,高边坡工程不同于一般路基工程,其管理应贯彻于勘察、设计和施工的全过程,在实施过程中应重视对勘察结论的复核和确认,实行动态设计、做到信息化施工,是高边坡防护成功实施的保证。