高速公路砒砂岩边坡防护浅谈

高速公路砒砂岩边坡防护浅谈

高速公路砒砂岩边坡防护浅谈　　摘要：本文通过对高速公路砒砂岩边坡的特性分析，找出了对砒砂岩边坡稳定性影响较大的因素，针对不同的边坡类型，提出了不同的防护形式，并且在施工过程中必须设置截水沟，防止降水造成边坡失稳。关键词：砒砂岩；边坡；稳定性；防护形式中图分类号：U416.1+4文献标识码：A0、前言在黄河流域的晋陕蒙接壤地区，分布着被当地人俗称为“砒砂岩”的松散岩层，它具体指古生代二叠纪、中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层[1]。该类岩石刚开挖时特别坚硬，在自然状态或者干湿循环作用下极易崩解碎裂，遇水则泥化，导致边坡强度降低而产生滑坡。该类问题已成为砒砂岩地区高速公路施工时存在的重要工程地质问题之一。因此，结合在建工程对该类边坡防护进行探讨是非常有实际意义的。1、砒砂岩地区侵蚀因素砒砂岩地质由于其本身物理化学特性，开挖后侵蚀因素较多，主要的侵蚀因素可分为大气降水、风力、重力、冻融等[2]，砒砂岩风化照片如图1所示。图1砒砂岩风化后7 1.1降水侵蚀砒砂岩中的含有大量的碳酸盐，这些起重要胶结作用的碳酸盐矿物与雨水接触后，与水中的二氧化碳发生反应后，随着雨水的冲刷不断被带走，导致胶结能力下降，而使砒砂岩强度急剧下降。水蚀是分布面最大，对环境影响最广泛、最深刻的侵蚀类型。1.2风力侵蚀砒砂岩区地处鄂尔多斯高原，由于在蒙古冷空气南下路径上，全年平局风速大，春季大风日数多、风速大，引发风蚀的动力旺盛。刚开挖后边坡表面没有了黄土以及植被的覆盖后，增大了风蚀的接触面。风蚀的主要侵蚀方式包括吹蚀和磨蚀。吹蚀主要分布于波状高平原区及丘陵沟壑取得迎风坡或顺风谷；磨蚀发生于砒砂岩分布区的迎风地段，常呈现磨蚀坑、磨蚀穴、磨蚀柱等，强度往往与基岩性质相关。1.3重力侵蚀重力侵蚀亦是本区的主要侵蚀类型，主要包括泻溜和崩塌。此类侵蚀集中发生在>40°的砒砂岩出露边坡上，表现形式有红色砒砂岩边坡的泻溜侵蚀、白色砒砂岩边坡的块状崩塌侵蚀。在坡面覆盖黄土、下伏砒砂岩的沟坡，同时有滑坡侵蚀发生。小区观测表明，砒砂岩沟坡重力侵蚀量占总侵蚀量的9.8%~50%。水蚀往往诱发和加剧重力侵蚀。1.4冻融侵蚀7 冻融、风化侵蚀在本区也非常普遍。据毕慈芬[3]研究，砒砂岩区每年有长达8个月之久的冻融、风化等非径流土壤侵蚀。边坡开挖后，若未及时施工，经过一个冬季的冻融循环，砒砂岩边坡很容易发生边坡破碎、塌落。2、稳定性判断2.1路基边坡稳定常用分析方法[4]路基边坡的稳定涉及岩土性质与结构、边坡高度与坡度、工程质量与经济等各种因素。一般情况下对于边坡不高的路基，可不作稳定性分析计算，但对于地质条件复杂的路基，应进行边坡稳定性分析计算。由于砒砂岩的特性，可以将其归为土坡类稳定计算。根据失稳的滑动面特征，大致可归纳为直线、曲线、和折线三大类，而且均以土的抗剪强度为理论基础，按照力的极限平衡原理建立相应的计算式。路基边坡稳定性的分析计算方法，还可以分成工程地质法（比拟法）、力学分析法和图解法。工程地质法属于实践经验的对比，力学分析法是数解方法，对于某些比较复杂的数解方法，亦可运用图解加以简化。任何一种方法，都带有某种针对性和局限性，为了便于工程上实际运用，采取某些假定条件，将主要因素加以简化，次要因素忽略不计，因此现有的各种方法均属于近似解。合理的选取岩土计算参数，是计算中重要的一步。7 路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按照静力平衡理论，取两者之间比值为稳定系数K，即K=1时表示下滑力与抗滑力相等：K1时表示边坡稳定。为了保证工程安全可靠，一般规定K>1.2。2.2砒砂岩边坡稳定近似分析方法砒砂岩边坡渗水性强、粘性差，边坡主要靠其内摩擦支承，失稳土体的滑动面近似直线，如图3所示，因此可以采用直线模型进行计算。由图4可知，根据静力平衡原理，得到计算式如公式（1）所示，滑动面位置不同，K值亦随之变化，边坡稳定与否的判定依据就是求得稳定系数的最小值Kmin，当Kmin大于规范规定最小稳定系数时，则可判定边坡稳定，否则需对边坡进行重新设计与验算。采用解析法求得K值最小值如式（2）所示，根据公式即可计算出边坡的稳定系数。图2砒砂岩边坡失稳（1）式中：——滑动面的倾角；——摩擦系数，；L——滑动面的长度；N——滑动面法相分力；T——滑动面的切向分力；C——滑动面的粘结力；7 Q——滑动体重力；（2）——土体容重；——边坡高度；图3直线滑动面力系示意图图4K与ω关系曲线图3、边坡防护类型对设计的砒砂岩边坡需要进行稳定性分析，根据边坡的稳定性，选择合适的防护形式。3.1稳定边坡的防护边坡高度较小，坡面稳定的砒砂岩边坡，可以采用护面墙的防护形式。边坡开挖以后，在各种侵蚀对边坡影响较小时，尽快的采用浆砌片石护面墙进行满护。护面墙结构形式采用M7.5浆砌片石，截面形式为变截面，上下左右每隔2~3m设置一道排水孔。3.2不稳定边坡的防护7 对于边坡稳定性较差或者边坡高度较高的边坡，需采用锚杆框架结构，这是一种将框架梁护坡与锚固工程相结合形成的抗滑支挡结构,机理是主要依靠锚杆穿过潜在滑动的不利结构面锚固于稳定可靠的地层中,通过框架使锚杆群体受力,控制边坡变形,充分调动岩土体自稳能力,从而达到加固边坡的目的,它既能保证深层加固又可兼顾浅层护坡,适合坡度较陡,节理发育,局部易发生小型崩塌的岩质边坡[5]。框架式锚杆支护在满足边坡稳定的基础上还可以达到美化环境的目的，特别适用于在周边修建房屋和公路。同时框架式锚杆为刚性支挡结构，对控制边坡的位移十分有效。局部防护也可以采用锚杆框架与护面墙的组合形式进行防护。3.3排水水的存在对砒砂岩边坡是十分有害的，尤其是对结构面，它能显著降低结构面参数强度，加快或者导致边坡失稳。因此，设置排截水系统是十分重要的。4、结论根据对砒砂岩边坡分析，得到了以下的结论：（1）分析了砒砂岩边坡侵蚀的主要影响因素；（2）根据砒砂岩边坡失稳的特性，找出了砒砂岩边坡稳定分析的计算方法；（3）对于不同高度以及不同稳定性的边坡，建议采用不同的防护形式，并且一定要设置截水沟，防止渗水造成边坡失稳。参考文献：[1]王愿昌等．砒砂岩地区水土流失及其治理途径研究[M]．郑州：黄河水利出版社，2007．[2]蔡欣宇．砒砂岩地区高速公路边坡土壤侵蚀研究[D]．硕士学位论文，西安：长安大学2008．7 [3]毕慈芬，邰源林，王富贵，李贵，乔旺林，胡存胜：防止砒砂岩地区土壤侵蚀的水土保持综合技术探讨，泥沙研究[J]．6（3），2003，p63~65．[4]邓学钧．路基路面工程[M]．北京：人民交通出版社，2009．[5]郑争锋,唐朝晖,杜水祥.安徽省某高速公路边坡失稳原因分析与治理措施[J].岩土工程界，10，2008，p56-58．7