张石高速公路某边坡稳定性分析与支护设计
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文章编号:100926825(2009)0320272202
张石高速公路某边坡稳定性分析与支护设计
收稿日期:2008210214
作者简介:刘亚峰(19762),男,助理工程师,张石高速公路张家口管理处,河北张家口 075700
贺俊利(19752),男,助理工程师,张石高速公路张家口管理处,河北张家口 075700
路晓东(19732),男,工程师,张石高速公路张家口管理处,河北张家口 075700
刘亚峰 贺俊利 路晓东摘 要:通过建立边坡稳定性分析的力学模型,应用简化的Bishop分析方法,以边坡潜在滑移面的最小安全系数为控制指标,对边坡的稳定性性能进行了研究,实践表明,该边坡稳定性分析方法及支护方案切实可行,经济合理。关键词:高速公路,边坡,稳定性,地质力学模型,支护,设计中图分类号:U417文献标识码:A
1 边坡工程地质概况张石高速公路(张家口—石家庄)张家口段全线采用双向四车道高速公路标准,设计速度100km/h,整体式路基宽度26m,
分离式路基宽度13m。路线位于太行山北端,中低山地貌,山势陡峻,悬崖、沟谷发育,多呈“V”字形,除山坡分布为第四系坡积(Qdl4)碎石外,其他地段大部分基岩裸露,基岩为震旦亚界蓟县系
雾迷山组白云岩,坡度30°～80°。山区植被灌木较茂密,为侵蚀剥蚀区。本文以K69+080～K69+125处路堑高边坡为例,介绍预应力锚杆格构梁+压力注浆+挡土墙+坡面喷播复绿+截水沟相结合的综合防护技术在高速公路边坡防护中的运用。2 边坡稳定性分析从现场调查得知,该坡体内存在倾向临空面的贯通结构面,
产状为20°∠36°(视倾角34°),该构造面走向与线路方向基本一致,边坡开挖后如不加处理,必然产生沿该面的滑动变形破坏。据现场地质勘探资料确定该面为边坡的潜在最危险滑面。边坡可能的破坏模式为沿贯通结构面的圆弧滑动[1,2],本文采用圆弧
滑动法中的毕肖普法(Bishop)对其变形特征与稳定性进行分析和计算。Bishop定义边坡稳定安全系数为:
Fs=∑1mα
i
{cilicosαi+[Wi+(Xi+1-Xi)]tgφi}
∑Wisinαi
。
其中,mαi=cosαi+sinαitgφiFs;ci,φi,li分别为第i滑块的粘聚力、内摩擦角和弧长;Wi为第i滑块的自重;αi为条块底面中心的法线(过圆心)与过圆心O的铅直线间的夹角;Xi,Xi+1均为第i滑块的侧面切向力。在建立该边坡稳定性分析的地质力学模型时,将边坡分为两层:①强风化白云岩,②中风化白云岩;同时考虑地震和暴雨作用引起边坡地下水丰富的情况,计算参数见表1。图1为边坡稳定性分析的地质力学模型。表1 边坡稳定性分析的计算参数
层 号重度γkN/m3泊松比μ弹性模量E/GPa内聚力c/kPa内摩擦角
φ/(°)
①强风化白云岩230.480.51035
②中～弱风化白云岩260.42310038
③含水裂隙白云岩280.2838035
考虑边坡各种可能的失稳情况[326],经过采用FLAC数值软
件多次试算,得到该边坡潜在滑动面的最小安全系数为1.19。规范[7]规定,这种类型的边坡,其最小安全系数应不低于1.3。因此该边坡有失稳的可能,这从模型模拟剪应力情况来看剪应力集中带为潜在滑移面非常突出(见图2)。3 边坡支护设计与验算3.1 支护设计
率以水平位移控制为主,如超过此限应立即停止填筑。当路堤稳定出现异常情况而可能失稳时,应立即停止加载并采取果断措施,待路堤恢复稳定后,方可继续填筑。对有破坏趋势的软基处治段落,应每天进行软基观测直到段落稳定为止。每次观测按规定格式做记录,并完整保存,及时整理、汇总观测结果。根据观测资料,结合填筑情况整理出软基填土与沉降曲线和软基填土与侧位移曲线,以控制好软土路基的稳定和沉降,
对软土路基的施工起到指导作用。参考文献:[1] GB5020222002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].[2] JTJ017296,公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].[3] SJG04296,深圳地区地基处理技术规范[S].[4] 杨位洗.地基及基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1998:95.[5] 沈珠江.软土工程特性和软土地基设计[J].岩土工程学报,1998,20(1):1002101.[6] 王 磊,谢 欣.浅谈高速铁路路基沉降测量控制[J].山西建筑,2007,33(34):2972298.
AnalysisofthedynamicobservationofsoftgroundfoundationsinkingWANGXiao2longAbstract:Asfoundationsinkinghasalwaysbeenoneofthemainproblemsinfluencingconstructionspeedandconstructionqualityduringtheconstructionofhighwaysoftgroundfoundation,itillustratesthereasonofhighwaysoftgroundfoundationsinkingandtheaimofdynamicob2servation,andanalysesthemeasuresofoptimizingthedynamicobservationofsoftgroundfoundationsinking,soastocompleteanddevelopsinkingobservationtechnology.Keywords:highway,softgroundfoundation,sink,dynamicobservation
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边坡的支护设计与一般工程设计有很大不同[4,5],主要表现
为:岩土性质复杂,地质条件变化大,技术措施多样。因此,一般情况下,边坡支护设计中主要遵循的原则是:以安全实用、经济合理、兼顾坡面美观为主,同时要满足各种技术措施的相应设计规范要求,而且要满足安全度标准,保证在现有情况下整体的稳定性。在上述原则的指导下,根据张石高速公路张家口段K69+
080～K69+125处边坡的实际情况,本设计采取锚杆格构梁+压力注浆+挡土墙+坡面喷播复绿+截水沟的综合防护方案。
3.2 防护效果验证据边坡的力学行为、变形行为分析计算结果来看(见图3,图4),在以预应力格构梁为骨架的综合防护系统施工完成后,路堑高边坡的稳定系数为1.311,符合规范要求。从该代表性断面预应力锚杆的最大不平衡力变形趋势分析来看,受坡体变形影响,在
施工初期锚杆应力波动较大,但随着整个防护体系的建立,逐渐趋于稳定。
4 结语1)本文采用了简化的
Bishop
方法对边坡的稳定性进行了研
究,以边坡潜在滑移面的最小安全系数为控制指标,对边坡的稳定性性能进行了分析。2)介绍了应用FLAC数值软件及有限元方法进行边坡稳定性动态分析的计算思路,提出了应用新手段分析边坡稳定设计及验证设计效果。3)根据张石高速公路张家口段K69+080～K69+125处边坡的实际情况,设计采取锚杆格构梁+压力注浆+挡土墙+坡面喷播复绿+截水沟的综合支护方案,防护效果明显。参考文献:
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ThestabilityanalysisandsupportdesignofaslopeinZhang2ShiexpresshighwayLIUYa2feng HEJun2li LUXiao2dongAbstract:Throughbuildingmechanicalmodelofslopestabilityanalysis,theslopestabilityperformancewasstudiedwithminimumsafetycoef2ficientslopepotentialslidingplanebysimplifiedBishopanalyticalmethod.Thepracticeindicatedthattheslopestabilityanalysismethodandsupportingplanningwasfeasibleandeconomic.Keywords:expresshighway,slope,stability,geomechanicsmechanicalmodel,supporting,design
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