黄土高原降雨量小而植被稀少,植被一旦破坏很难恢复,进行工程活动时应尽量减小大填大挖,力求保护环境。而黄土由于垂直裂隙发育,在合理设置截排水工程的基础上,坡体的稳定性往往较好。
因此,工程边坡设置时宜尽量分级设置较陡的坡率和合理的平台,切忌曲解黄土边坡的“宽平台,陡坡率”原则,以及黄土地区不能设置锚索和锚杆工程的误解。防止出现一味的利用黄土边坡的自稳性而忽视边坡的工程锚固,导致“剥山皮”式的边坡的出现,造成环境破坏严重,工程规模巨大,后期养护困难的不合理设计。宜尽量有效辅以有效的加固防护工程,有效降低边坡开挖高度,减少坡体的土方规模,降低工程造价,提高工程品质。
某黄土地区高速公路修建地通过山前黄土斜坡地带,自然坡度约为33-51°,自然植被稀少。黄土为第四系晚更新统黄土(Q3eol),呈褐黄色,稍湿,稍密,孔隙发育,土质较均匀,切面粗糙,具有湿陷性,局部含有少量的粉细砂及白色菌丝状钙质条纹,厚约67m,地基承载力基本容许值125KPa。由于受到常年降雨和地表汇水的冲刷、侵蚀,导致坡体上黄土冲沟、黄土碟、黄土井、黄土陷穴等形成的“黄土喀斯特”地貌发育,自然斜坡状整体处于稳定状态。
斜坡区地表水不发育,仅在降雨时有地表汇水,黄土裂隙发育,有利于垂直下渗,。但在路堑边坡影响区内无地下水发育。区内地震动峰值加速度0.15g,为地震基本烈度Ⅶ度区。
设计阶段技术依据黄土自稳性好,以及黄土边坡的“宽平台,陡坡率”原则和黄土地区不能设置锚索和锚杆工程理念,采用1:0.5的坡率和宽8~16m的平台,各级边坡设置高度8m。采用圆弧搜索法分析后,在坡脚设置一排截面为2×3m@5m,长20m的普通抗滑桩“固脚”,形成了高152m的高大边坡。其中抗滑桩悬臂长8m,锚固段长12m。
图1 原设计工程地质断面图
从设计断面看,该方案所采有的坡率与原自然边坡近于平行,为典型的“剥山皮”式边坡设置,导致形成过高的工程边坡,造成环境破坏严重,工程规模巨大,后期养护困难,须结合地形地貌,结合锚固支挡工程合理设置坡率,进行设计方案优化,从而有效提高工程品质。
基于此,结合工程区自然斜坡多存在高约12m左右的稳定陡坎现状进行工程地质类比,决定在坡脚设置抗滑桩固脚收坡的基础上,在桩后设置陡坡率结合锚固工程在收坡,即利用高边坡“固脚强腰”的原则合理设置坡体加固防护工程,从而在确保坡体的稳定的基础上,有效降低程造价,保护环境和提高设计品质。
基于此,依据工程经验、区内经验和合理的土工试验,在合理设置坡体参数的基础上:
1、在坡脚设置一排截面为1.8×2.6m@5m,长19m的锚索抗滑桩“固脚”,其中抗滑桩悬臂长10m,锚固段长9m。桩体上设置2孔拉力为500KN/孔的预应力锚索。
2、桩后边坡采用每级高10m、1:0.5的坡率开挖后,设置锚固工程加固。其中:
1)二级边坡设置长22~29m长的框架锚索,与坡脚锚索抗滑桩共同确保坡体的整体稳定性,并达到高边坡“强腰”的目的;
2)三级与四级边坡分别设置长12m和9m的框架锚杆,确保三、四级边坡的稳定,达到兼顾边坡的局部稳定性目的。
这样设置锚固工程的好处是不但有效确保了坡体与各级边坡的稳定,也可利用框架对坡面的分割有效提高了坡面的防冲刷能力,也利于后期植被的种植或工程绿化。
3、坡口线外侧设置环形地表截水沟,截排坡后来水而防止进入边坡区。
此外,考虑到区内降雨量较少,故只在一级和三级平台设置平台截水沟,对坡面汇水进行截排。
图2 优化后的工程地质断面图
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