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试论路堑高边坡工程的动态设计探讨

发表日期 2010-06-22    551

简要介绍了路堑高边坡工程的动态设计。

  1概述

规范一般认为,岩质边坡高度大于30m,土质边坡高度大于20m即为高边坡。由于地质条件的隐蔽性、复杂性以及勘探测试条件的局限性,致使地质勘探和测试资料不可能全面揭示边坡的本来面貌,加上施工过程中的不确定因素过多,使得这类间题的力学分析难度比较大,也很难与实际情况相符。而随着边坡施工的进行,地质状况逐渐明晰,甚至会出现旁的未预料的地质清况。因此按照一般的设计模式:地质勘察一,力学分杆卜设汁一施工这样的思路来进行高边坡的设计是不完善的。它实际上是州种静态的设计过程,并不能很好地舌应工程中出现的各种情况,有时会大大增加投资,甚至会发生安全事故,造成人员伤亡和极坏的社会影响。而这正是目前牙良多设计人员在边坡设计时所采用白方法,其缺陷是明显的。路堑边坡的隐定性,与设训是否合理,所采用的施工方法有着密切的关系。设计是否合理,与所采用的工程措施能否与工程地质条件相适应有关。设计是在一定的工程地质调查,地质钻探基础上进行的,但因地质条件的复杂性,加之地质工作的局限性,前期的地质调查和地质拟淑」工作并不能充分反映各个工点的地质情况,所以设计的工程措施有时不能和实际的地质条件相适应,这就需要在施工过程中,根据开挖所揭示的工程地质条件对设汁不断修正完善。另一方面,在施工中运用各种手段收集有岁沙也质及施工工艺等相关资料,对保证边坡的稳定十分重要。针对虎门威远港口大桥接线工程路堑高边坡工程的动态设计过程,探讨高边坡工程的一种动态设计模式。

  2程地质概况

根据广东省地质构造纲要图,工程位于东莞断凹盆地中南部边缘外侧的加里东构造层上,有一条北西向的推测断层自本区绍吕艾;距边坡北东5公里,为博罗大断裂,走向北东。在早古生代,本区处于准地槽活动时期,区内沉积着砂泥质岩石。加里东运动使下古生界沉积产生强烈的褶皱,并拌有花岗岩、花岗闪长岩的侵人。沉积岩和侵人岩都发生了强烈的区域变质作用,形成区内广布的各种变质岩。根据钻探揭示,边坡区」创灵主要由下古生界基岩组成,未发现第四纪地层变动及错位迹象。

3动态设训信息

由于工程地质条件的复杂性及多变性,所采用的边坡防护工程措施不能也不可能与实际清况完全相符,这澎诈爵要在路堑边坡开挖过程中,不断收集边坡的地质资料,并将施工清况及时反馈到设计,不断修改完善设训,以使设计更好地适应工程的贡条件。

3.1周边类似工程的设计资料和自然稳定山体的边坡资料

由于同一地区的地质形成具有一定的相似性,特别是自然隐定山体的坡度具有重要的参考价值,它是具有相似地质的山体边坡稳定计算的实践检验,这对设计之初确定边坡坡度和力学分析具有重要的参考作用。此外,类似的已完工工程已经接受了实践的检验,也是初步设计必要的参考条件。

3.2开挖施工中揭示的地质资料

  在每级边坡的开挖过程中,首先从暴露部分的岩面获取相关资料,它主要包括:岩性、产状、节理和风化}I变。有时还需要钻孔岩合取徉,获取坡体深层岩体的物理力学性质,进而加挥多方整个坡体所处地质条件的力学认识,有助于补充完善设计。

3.3施工中的监测资料

  在开挖坡体的整个过程中,进行实时监测是必要的。监测的内容主要有坡体位移、坡面位移、裂缝的产生、发展和趋向,坡体内的岩体压力和坡面支挡加固结构物下的岩体压力。这些监测资料对于检验设计质量、进一步完善设计及后续施工都有重要作用。

在岩石高边坡的边设计、边开挖的动态设计过程中,施工的动态资料是这个设计体系中重要的外在输人。正是这种不断的信息输人,才使得边坡开挖这个环节的设计不断在前一级的基础上再上新台阶。这种不断完善的设计过程使施工的结果不断地接近工程实际的需要。这样经过若干次循环往复,最终可得到符合实尿寿要的经济合理的设计结果。         4动态设计的流程

高边坡是将地质体的一部分改造成为人工工程,其安全稳定性同地质条件和人为改造(即设计与施工)的程度密切相关,而地质条件的复杂多变,施工程序和方法受外界因素影响大,甚至地质资料不足.盲目性设计,因此高边坡设计是一种超前的、具有一定风险性的预测设计。这就同人们所要求的安全稳定之间不可避卿也产生矛盾,为解决矛盾就霭要把施工过程中不断发现的新情况及时传递给设计,不断修改、完善甚至重新设计,才使对立的问题统一起来,即动态设计。

在各级边坡的施工中,将所有汇总资料及时地同最近作为设训依据的地质勘探调查资料相比较,判断是否有较大的误差;同时,及时整理分析监钡l资料,以此作为判断合理性的重要依据。经过比较或监测结果表明设计具有不合理性时,均应优化修改设计,于是在下一级的边坡施工中就可以采用优化设计后的结果;若本红6立坡施工中的情况比较王里想,则按预定设训进人下一级边坡的施工,直到各级边坡创至完成。

5工程应用

作者对虎门威远港口大桥接线工程的高边坡进行了动态设计。在设训之初,经地质调查、周边类似工程的对比和经验分析,确定了两种方案:大开挖放坡和牛断干(索)支护。根据地质钻孔资料建立了力学模型,其安全稳定性均满足要求。考虑到经济性和业主方面的要求,大胆地采用了边坡分4级开挖放坡.从下到上分为1-4级.三、四级边坡坡比为1:0.75,高度15m;一、二级边坡坡比为1:05,边坡高度15m,一级边坡高度10m。均采用浆砌片石窗孑匕式护面墙的方案。但在三、四级边坡的开挖中发现边坡大部分为较密实的土质边坡,和原先按软质泥岩计算的地质情况不符,致使开挖过程中多处发生坍塌,施工受阻。说明渊地质和现有地质不相吻合,同时对边坡周边的自然山体进行类比发现,有些与本工程坡度基本相同的自然山坡也发生了小规模的坡体崩塌。于是针刘地质状况对设计进行了第一次修正,满足安全稳定性和不受用地限制的情况下,在经济性分析比较后,发现三、四级边坡采用放坡设计优于锚杆支护设计的经济性和可操作性,决定坡度改为1:1,仍采用放坡和浆砌片石窗孔式护面墙的施工方案。在进行第二级边坡的开挖时发现坡面大部分为中等风化的泥岩等软质w石,有两条斜向的破碎带通过坡体至第一级边坡。这是地质资料中所没有勘察到的新间题。同时发现山体顶部出项了两条横向的裂缝,开挖的边坡相续发生了小规模的崩塌掉块塌方,数量从几方到几十方不等,于是二级边坡暂停施工,加强又赚J。期间除因暴雨冲刷未及防护使边坡发生/l、规模的倾倒崩塌外,二、三级边坡的位移未有大幅度的改变。经边坡地质方面的专家到现场进行勘察,一致认为坡体应尽早维护,防止/l}、规模的崩塌诱发大规模的塌方。裂缝属于前期的干缩和强烈卸荷引起的边坡体受拉开裂,裂缝扩.展到一定程度应该能够保持稳定,但必须予以封闭,防止水沿彬函道渗人坡体,引发事故。

施工进行到此时,天气较为恶劣,广东地区发生了百年一遇连绵不断的强降雨,加之边坡很陡,浆砌片石窗孑匕式护面墙已很难满足安全的要求,在二、三、四级边坡施工开挖揭示的地质资料基础上汇总各方资料并和周边相似工程的边坡进行了类比,对建立的力学模型进行了适当的修改,以此模型为基础,进行了一、二级边坡的设训优化.决定首先对边坡喷一层3cm厚的水泥砂浆,防止雨水渗人和暴雨对坡体的冲刷引发塌方,采用X28预应力锚杆地探蜘寸坡体进行力A固,梁间挂网喷浆。二之U红坡的锚杆长12m,锚固段长8m,孔径为13cm.预应力为150KN;一级边坡的锚杆长8m,锚固段长6m.孔径为13cm,预应力为120KN。经比较,其经济可行性较好,优于放坡及锚索等设训方案。

在第一级边坡的开挖施工中,所揭示的地质状况与预测相符,为进一步完善模型补充了重要的资料。在一、二级边坡的施工中正值雨季,且为广东省百年一遇的情况,本工程经历了此次考验,边坡完好无位移、变形,裂缝稳定无大幅度扩展,至今一年有余,说明一、二级边坡的支护措施起到了显著的作用。到此高边坡的动态侧卜全部完成。但监测还应进行,及时反馈给渊十进行分析,确保边坡在以后运行中的稳定性。


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