高速公路顺层路堑边坡超前支护技术研究

2024-02-23杜国强

交通科技 2024年1期

李准冯升杜国强

(湖北省交通规划设计院股份有限公司武汉 430051)

随着国家高速公路建设的快速发展,山区高速公路建设越来越多,路堑边坡问题随之产生[1]。鄂西地区位于山区,层峦叠嶂,页岩、白云岩、灰岩广泛分部,结构层面清晰,高边坡数量越来越多。常见的边坡处治措施包括边坡卸载、抗滑挡土墙、抗滑桩、锚杆、格构、加筋边坡及加筋土挡墙、注浆加固边坡等[2-4],然而,这些措施常用于边坡发生垮塌之后的处治,对于深挖路堑边坡,尤其是顺层深挖路堑边坡的超前支护技术研究相对较少[5-6]。

本文以湖北省恩施土家族苗族自治州某高速隧道出口左、右两侧顺层高边坡为依托,对高速公路顺层路堑边坡超前支护技术展开研究,以期为同地区类似边坡处治提供借鉴与参考。

1 工程地质概况

1.1 地形地貌

地貌上属构造溶蚀中低山区,线路穿过山脊冲沟,地势总体起伏较大,地面标高为863～896 m之间,植被稍发育,多为灌木。

1.2 地质构造

区域地质资料及地质调查结果表明,线路右侧层面产状为147°∠23°,为顺层坡。

本线路段右侧岩体内主要发育有2组裂隙:L1:128°∠78°,密度1～2条/m,延伸长度大于2 m,微张,裂隙面平直光滑,属硬性结构面; L2:174°∠81°,密度1～2条/m,延伸长度大于2 m,微张,裂隙面平直光滑,属硬性结构面。

该段山体主要为寒武系中统茅坪组灰色薄-中层状白云岩和高台组块状灰岩夹砂质页岩,YK31+552-YK31+650段路基右侧岩层产状为147°∠23°,ZK31+592-ZK31+730段路基左侧岩层产状为330°∠34°～322°∠47°。岩层倾向总体向外倾斜,属于顺层边坡,对边坡的稳定性不利。

1.3 地层岩性

根据勘察资料,路堑通过的山体覆盖层主要为残坡积(Qel+dl)黏性土,岩层主要为寒武系中统(∈2g+m)白云岩,露头良好。其野外地质特征自地表向下,按路线统一分层,由新到老分述如下。

第02-1层:粉质黏土(Qel+dl):黄褐色,可塑,稍湿,含少量高岭土及铁锰氧化物,夹少量碎石及植物根茎,局部上部表层为种植土。该层厚0.3～2.0 m,在本路段区低洼或河沟一带有分布。

第21-1层:中风化泥质白云岩(∈2g+m),灰白色,隐晶结构,薄层状结构,节理、裂隙发育,芯样破碎,矿物成分主要以白云岩为主,节理裂隙发育,溶蚀现象发育,岩芯呈柱状,节长5～20 cm,局部呈块状。该层厚度2.3～4.0 m,岩体强度一般,为软质岩。

第21-2层:中风化白云岩(∈2g+m):青灰色、灰白色,隐晶结构,中厚层构造,主要矿物成份为白云石、石英、长石及方解石,属较硬岩,岩体较完整,基本质量等级为III级。

1.4 水文地质

工程区地表水主要为山涧溪沟,水量主要由大气降水补给,受季节性影响,多集中在夏季,冬季雨量最少,雨季时节,大气降水顺山坡向沟谷低洼处汇集。

地下水类型主要为第四系坡积土层中的及岩溶水,接受大气降水的补给,水位动态变化根据季节、气候及地势而变化。第四系孔隙水多赋存于白云岩岩溶中,本路段范围内未发现岩溶泉、落水洞及地下暗河等。

孔隙水及岩溶水排泄方式主要靠蒸发及通过小型裂隙向河流或坡脚排泄,水文地质条件属简单型。

2 边坡滑塌情况

2.1 YK31+552-YK31+650段右侧边坡

此段边坡开挖过程中随挖随塌,且边坡上方征地线外为负地形,山势陡峻,为避免继续切脚开挖引起更大范围的顺层滑塌,经参建各方查看现场后,决定暂停按原设计方案进行边坡开挖施工,调整设计方案。

2.2 ZK31+592-ZK31+730段左侧边坡

2021年11月3日15点,挖掘机开挖ZK31+622.814-ZK31+730.314段第二级边坡时,边坡坡顶及坡面出现松动掉块现象,施工作业人员及设备紧急撤离,并及时设置警戒区。17点,ZK31+645.314处二级边坡坡面岩体沿裂隙滑移垮塌,垮塌长度约20 m,高度约8 m。19点左右,待边坡趋于稳定后,现场及时对边坡坡脚进行回填反压处理,并重新设置警戒区,安排专职人员重点监管。

3 边坡稳定分析

3.1 自然山坡的稳定性评价

根据现场调查,山体植被发育,水土流失较轻微,自然山坡的整体稳定性较好。在详勘阶段揭露的不稳定斜坡大部分已被清除,尚未清除的土体在施工过程中仍存在顺岩土交界面滑塌的可能。已清除上覆土体的岩质边坡段,边坡岩体存在顺岩层面碎落的可能。

3.2 赤平投影分析

路堑开挖后,开挖坡角左、右侧分别按45°,44°考虑,路堑边坡与岩体结构面组合关系见图1。

注:P-坡面;L-结构面;C-岩层层面。

对边坡赤平投影进行分析如下。

由右侧边坡赤平极射投影可知:坡面P与岩层层面C交角28°,为顺向坡,且层面倾角小于坡角,对边坡稳定性不利;坡面P与L2结构面交角9°,为外倾结构面,L2结构面倾角近直立,大于坡角,对边坡影响较小。边坡易沿岩层层面C及结构面L2产生滑塌与掉块危险,应采取相应的支挡措施。

由左侧边坡赤平极射投影可知:坡面P与岩层层面交角13°,为顺层坡,且层面倾角小于坡角,对边坡稳定性不利;坡面P与结构面L1面交角45°,为斜交关系,L1结构面倾角陡,对边坡稳定性影响不大;坡面P与结构面L2交角为225°,为斜交关系,L2结构面近垂直,对边坡稳定性小;坡面P与结构面L3交角为295°,近直交关系,结构面L3近直立,对边坡稳定性有利。结构面L1与结构面L2组合交线与坡面P夹角135°,倾向坡面内侧,倾角0°,对边坡稳定性有利;结构面L1与结构面L3组合交线与坡面P倾向一致,倾角大于坡面倾角,对边坡稳定性影响不大;结构面L2与结构面L3交点位于坡面P投影大圆对侧,对边坡稳定性有利。且本边坡位于小型向斜南东翼近核部地段,岩层产状由上向下有逐渐变陡趋势。边坡稳定性主要受岩体结层面强度控制,边坡易沿岩层层面C和C-L1、C-L2、C-L3组合交线产生滑塌及掉块危险。