高速公路边坡抗滑桩加固探讨

高速公路边坡抗滑桩加固探讨

摘要:基于霍永高速公路高边坡处治实践,对抗滑桩加固效果进行分析。根据施工现场调查结果,制定方案采用抗滑桩对边坡进行加固处理。布置测点对表面位移开展监测,分析监测结果得出桩顶位移和坡面位移总变形量均较小,且在抗滑桩完工后得到了有效控制。分析深部位移监测结果,得出随深度增加抗滑桩变形呈现先增大后减小的趋势,监测结束后变形基本趋于稳定,说明抗滑桩有效控制了边坡滑动,加固效果明显。

关键词:高速公路边坡;抗滑桩;表面位移;深部位移

0引言

高速公路在运营通车一段时间后,由于车辆荷载、自然、气候因素的作用,或维护不当等原因会造成公路边坡出现滑塌等病害。为有效根除边坡滑坡破坏,应对边坡地质进行详细调查,结合现场破坏情况及其成因制定方案进行处治。结合霍永高速公路高边坡滑塌处理案例,分析抗滑桩加固效果。为了确定边坡抗滑桩处治效果,采用信息化手段,对抗滑桩处治后边坡的表面位移、深部变形进行监测,对监测数据进行分析,对边坡的安全稳定性进行评价。

1工程概况

霍永高速公路设计采用双向四车道标准,路基设计宽度24.5m,设计时速80km/h。K200+580~K200+880段上行方向,路面硬路肩处出现隆起,右侧边沟变形破损,路堑墙向内推移,墙身出现多处裂缝;右侧一级至二级挖方边坡出现护面墙破损、边坡滑塌的现象,其破损的石块侵入路面范围,严重影响行车安全。2020年9月,对K200+580~K200+880段右侧边坡滑塌情况进行了外业详细勘察及处治设计,制定措施采取抗滑桩进行处治。

2高边坡基本情况调查

2.1边坡坍塌现状

1)K200+695~K200+735段边坡滑塌。K200+695~K200+735段第一级~第二级护面墙边坡(约8m高)出现坍塌,坍塌边坡将一级平台覆盖,并掩埋该段的碎落台及边沟,渣土最终滑落至硬路肩停止,形成K200+695~K200+735共40m长边坡防护、排水设施损毁。2)K200+740~K200+775段路堑挡墙裂缝。建设期在一级边坡砌筑了K200+686~K200+854共168m路堑墙,墙身顶宽2.0m,外露高度4.0m,整体完好,墙身泄水孔无流水痕迹,墙脚处绿植生长良好。调查时K200+740~K200+775段(长度35m范围)共发现6处由上至下裂缝,宽度1.0cm~4.0cm间,缝内干燥、无水迹。3)K200+664~K200+866段滑坡。建设期K200+664~K200+866段滑坡,削方卸载后形成了一段高33m~45m四级~五级边坡,一级边坡为路堑墙,高4m;二级边坡喷混防护,坡率1∶1.75,坡高约5m;三级边坡坡高约8m,坡率1∶1.5。平台宽度:一级6m~13m;二级最小2m,最大9m;三级2m~4m;削方卸载段落四级以上无平台。主裂缝出现在K200+735~K200+795段,第三级平台后缘,将原喷混层拉裂形成错台,裂缝宽度顶部约10cm~20cm,露出混凝土层后基岩。K200+715~K200+795段,路堑墙向边沟方向鼓出,最大偏移约2.5m;K200+710等处边沟受挤压,外侧壁向内倾,并有多道裂缝。

2.2边坡病害原因分析

根据现场勘察情况分析可知,该段工程类型为土石结合的挖方路堑,路堑边坡的地层以黄土及强风化泥岩为主,表层黄土覆盖,下层泥岩裂隙发育,整体呈松散结构和碎裂状结构,自稳能力差[1]。由于雨季降水集中,大气降水沿节理裂隙下渗,造成泥岩吸水膨胀、软化,强度明显降低,导致边坡在自重作用下,倾向路基,局部出现蠕动变形,裂隙不断发育增大,大气降水入渗比例增大,最终导致边坡失稳、坍塌。

3边坡抗滑桩加固方案

对K200+695~K200+735段塌方路段一级边坡坡面采取清理坍塌体+护面墙加固,在K200+705~K200+795段边坡一级平台设置钢筋混凝土抗滑桩。对K200+740~K200+775段路堑墙采取原位钻孔注浆加固,并在K200+686~K200+854全段路堑墙设置仰斜式排水孔。K200+695~K200+735段护面墙破坏比较严重的边坡坡面,清理坍塌体后采取挂网喷锚+种植紫穗槐加固。按照边坡滑塌处治方案,在K200+705~K200+795段一级平台顶设置抗滑桩,由K200+705和K200+795位置路堑墙顶向内4.5m处的连线为桩中心连线,桩径1.6m,桩中心距5.0m,跳桩施工。其中K200+705~K200+785段钢筋混凝土抗滑桩设计桩长为9m,17根;K200+790~K200+795段设计桩长为15m,2根,抗滑桩立面布置如图1所示。

4边坡抗滑桩加固效果分析

4.1表面位移监测与分析

边坡表面位移监测是通过在边坡上部布置测点,布设地面测量网点利用全站仪对水平和垂直相对位移进行监测。本项目采用徕卡TCA2003高精度全站仪开展监测,建立控制网对各测点坐标和高程进行监测。建立坐标控制网,对各控制点坐标进行修正,以降低测量误差。通过比较各观测点单次坐标观测值与初始观测值,计算得出坐标增量,计算确定位移变化量。分别选取一级边坡平台3个测点(记为P01,P02,P03),在相同高程位置边坡坡面布置3个测点(记为P04,P05,P06),对桩顶位移和边坡表面位移进行监测。将每次监测数据与初始观测值进行对比分析,分别得出坡面垂直方向位移(dx,正值向外),坡面平行位移(dy)和高差(dz)。由于各测点监测数据相近,只选取P02和P06作为研究对象,分析监测结果如图2,图3所示。分析图2抗滑桩桩顶位移变化曲线,随着监测时间的增加抗滑桩有向坡外移动的趋势,与坡面平行位移不大,桩顶高程有下降的趋势。抗滑桩向坡外的位移随着监测时间的增加不断增加,监测半年后基本趋于稳定,位移最大值为41.3mm。与坡面平行方向位移较小,监测期间略有波动,但最大值仅为7.1mm,变化量不大,监测结束后基本趋于稳定。桩顶高程随监测时间的增加不断下降,且监测结束时仍呈现小幅分析图3所示边坡表面位移变化曲线,坡面向外位移量相对较大,而与坡面平行位移和高程变化量较小。从曲线变化趋势可以看出,前期坡面向外位移变化速率较快,后期较慢并逐步趋于稳定。与坡面平行位移略有波动,变化量较小,最大值不超过6mm。高程变化量也较小,也呈现前期变化速率较大后期逐渐放缓的趋势,监测完成后高程变化基本趋于稳定。这是由于抗滑桩采用跳桩施工,间隔一个孔位施工,后期第二批抗滑桩已施工完成,逐步发挥作用,有效控制了边坡变形[2-3]。

4.2深部变形监测与分析

深部位移可以反映边坡的变形情况,本项目采用钻孔测斜仪进行监测。在抗滑桩内部设置测斜孔,并做好保护,防止在施工过程中碰撞弯曲,在水泥混凝土浇筑过程中防止渗入水泥浆,通过测斜仪监测确定不同深度抗滑桩的变形情况。以9m长抗滑桩作为研究对象,在施工过程中布置测斜管,使用测斜仪对深度变形进行监测。2020年10月,抗滑桩施工完成后进行初次测量,每次测量3次,取稳定值作为监测值。监测时间从2020年10月开始到2021年6月,取其中三次监测数据作为研究对象,绘制抗滑桩不同深度位移变化曲线如图4所示。分析图4所示曲线变化情况,不同深度抗滑桩变形趋势基本一致,抗滑桩向坡面外侧的位移较明显,最大值出现在深度为6m处。抗滑桩完工后,在边坡上部土体推力的作用下,3m以下有向坡面外侧移动的趋势。从抗滑桩顶面向下,随着深度的增加变形呈现先增大后变小的趋势。对比分析2021年3月和2021年6月的监测数据,二者相差不大,说明深度变形呈现不断变小的趋势。抗滑桩下部为稳固岩体,变形量不断变小,9m位置位移基本为0。抗滑桩变形最大位移出现在深度为6m处,2021年6月监测变形量为10.3mm。结合其他监测数据,抗滑桩深度变形已基本趋于稳定,进而得出边坡土体已基本停止滑动,说明采用抗滑桩对边坡处治后有效控制了边坡滑动,边坡土体处于稳定状态[4-6]。

5结语

霍永高速公路运营通车以来,由于受到温度变化、降雨等多方面因素的影响,局部高边坡出现了滑塌破坏。通过对施工现场进行详细调查,确定了破坏类型和破坏程度,分析了成因,并有针对性的制定了处治措施。针对K200+705~K200+795段抗滑桩处治施工,制定监测方案对滑坡处治效果进行分析,确定加固效果。分别布置测点对桩顶位移和坡面位移进行监测,得出监测前期变形速率较快,而抗滑桩完工后变形速率明显下降,变形逐步趋于稳定,且总位移量也较小。通过在抗滑桩内部布置测斜管,采用测斜仪对抗滑桩深部位移进行监测,得出随着深度增加,抗滑桩变形呈现先增加后变小的趋势,且最终逐渐趋于稳定,说明抗滑桩有效控制了上部边坡土体的滑动,边坡处于稳定状态,达到了预期的加固效果。

作者:冯盛林 单位:山西交通养护集团有限公司