国道324广州段扩建工程的边坡防护设计

2022-09-11

随着我国公路建设的飞快发展, 高速公路边坡防护系统研究已日渐引起公路部门的重视, 目前高速公路边坡防护的形式已由已往惯用的圬工防护向生态防护发展。特别是公路高边坡的稳定对今后的安全运营起着重要的控制作用。

因地制宜, 美化路容, 改善景观。利用绿色植物和生态技术, 防和治理水土流失。在保证安全情况下尽量利用生物技术取代圬工防护, 使公路交通设施作为一种人为景观与周围自然景观融为一体, 形成美化国土、保护自然、改善环境和抵御灾害的作用, 保护公路安全的带状公路生态系统或区域交通生态系统。地形、水文、地质较复杂, 一般来说都是山高谷深, 坡陡流急, 沟壑纵横, 山地面积所占比例较高。近年来, 国家加大高速公路建设, 完善交通网络, 进而改善交通条件、优化投资环境, 带动经济快速发展。特别是随着我国西部大开发战略的实施, 华南泛珠三角经济圈的建立和发展等, 对高速公路的建设提出了更高的要求。我国高速公路的重点也逐步由沿海平原区向内陆山区转移, 在山区修建了不少高速公路。

1 工程概况与地质条件

1.1 工程概况

国道324广州段拓宽工程路线穿过一山体, 设计挖方单级边坡高度10m, 边坡坡率1∶0.75~1∶1.25, 平台宽2m, 有四处开挖深度为30m~50m, 最大达67.3m。边坡出露岩土层主要为全风化花岗片麻岩和残坡积亚粘土, 坡底部分地段见强、弱风化花岗片麻岩。该边坡整体属土质边坡, 开挖深度大, 坡率陡, 稳定性差。

1.2 工程地质

1.2.1 地形地貌

路堑所在区域为丘陵区, 附近山顶标高一般为200m左右, 槽谷和洼地标高一般50m左右, 相对标高一般小于120m, 山坡自然坡角10°~15°, 植被茂密, 以乔木为主。

1.2.2 地质构造

据区域资料, 本区大型褶皱、断裂不发育, 仅在线路东南部存在两组小型断层, 其中F1断层近东西向, 倾向南东, 倾角30°;F2断层近南北向, 倾向西北, 倾角约45°, 两组断层均为正断层, 详见施工图设计阶段《工程地质勘察报告》。该路堑段未见褶皱和断裂。

1.3 水文地质条件

路线所在地区河流、小溪、沟渠随处可见, 地表水系较为发育;地下水主要有孔隙潜水和裂隙水, 潜水主要赋存于冲洪积层的砂性土层, 富水性较好;基岩裂隙水位于较深部的强~弱风化花岗片麻岩的裂隙中, 富水性较贫乏。一般情况下, 谷地地下水埋藏较浅, 山丘则埋藏较深。地下水由大气降水及附近河流补给, 其动态变化规律受大气降水和河水控制。该路堑地处地势较高部位, 勘察期间未见地下水位。

1.4 场地地震效应分析

路堑位所在区域主要受广州地震中心影响, 广州地区地震历史记录中地震最大震级为4.74~5.0级, 有感地震频繁, 震级多为3~4级, 无灾害性强震记载, 地震最大烈度V~VI度, 未造成破坏性灾害。根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》 (GB 18306—2001) , 场地地震基本烈度为VI度, 地震动峰值加速度为0.05g。

1.5 结论和建议

(1) 通过本次施工勘察, 并结合以往资料, 查明了本路堑段工程地质条件、水文地质条件和岩土层基本特性。 (2) 路堑区未发现区域性活动断裂、不良地质现象和特殊性岩土, 场地稳定性较好。 (3) 场地地震基本烈度为Ⅵ度, 地震动峰值加速度为0.05g。 (4) 该边坡开挖深度大 (最深49.60m) , 坡陡 (1∶0.75~1∶1) , 属土质边坡, 稳定性差, 随风化加剧和地表水渗入, 土的抗剪强度降低, 有可能产生滑坡和崩塌。 (5) 建议边坡中、下部采用“格子梁+预应力锚杆或锚索”进行加固, 上部适当放缓边坡。 (6) 加强坡面排水和防护, 以防雨水冲涮和渗入。施工前应设置截水沟, 施工中注意排水, 逐级开挖和逐级防护。

2 边坡稳定性计算

(1) 计算参数中, 由于勘察报告中c、φ值偏低, 计算边坡稳定性时本着安全、经济的原则, 根据勘察报告、反算分析、专家建议和地区经验综合确定。最终计算的参数为:γ=19.8k N/m3, c=25kpa, φ=26.5°。 (2) 计算方法采用《公路路基设计规范》推荐的简化Bishop法。 (3) 计算主要考虑边坡整体的稳定性, 对稳定性符合规范要求的边坡, 仍要做好坡面排水, 以防边坡局部水毁、冲刷。 (4) 《公路路基设计规范》表3.7.4中对路堑边坡稳定性系数要求如下:高速公路、一级公路K=1.20~1.30, 二级及二级以下公路K=1.15~1.25。

3 设计方案

根据详勘、补勘、复测成果、边坡稳定性计算分析以及该边坡的实际情况, 提出了放缓边坡和锚杆锚索加固+客土喷播植草的两种变更方案。

3.1 放缓边坡方案

该方案因为原边坡的坡率为第一、二级坡率1∶0.75, 三~五级坡率1∶1, 六、七级坡率1∶1.25, 边坡稳定性安全系数K=0.90, 安全系数不能满足《公路路基设计规范》的要求。

因此采取对原放坡方案的放坡坡率进行调整, 调整为第一级1∶1, 第二级1∶1.25, 三~五级1∶1.5, 六、七级坡率1∶1.75, 边坡稳定性计算安全系数K=1.15~1.20, 能满足设计规范要求。

放缓边坡方案增加用地5448平方米, 增加土方12.86万立方米, 变更前该边坡造价177.6万元, 变更后造价423.4万元, 变更增加245.8万元。

3.2 锚杆锚索加固+客土喷播植草方案

该方案是在原施工图设计的基础上不增加公路用地, 通过优化原边坡坡率, 进行锚杆、锚索等工程加固措施来确保边坡的整体稳定, 再在锚杆 (锚索) 的框架内客土喷播植草, 起到坡面防水和防止边坡局部失稳的可能。

该边坡坡率优化如下:第一、二级为1∶0.75, 三~七级为1∶1, 其中在第三级和第四级边坡间设6m宽大平台, 以消除应力集中现象。第一级采用Φ28的锚杆加固 (锚杆长8.0m~11.5m) , 第二~五级进行预应力锚索加固 (锚索长20.0m~29.0m) 。

锚杆锚索加固方案1中计算边坡安全稳定系数K=1.20, 每束锚索由4φj15.24钢绞线组成, 每孔设计张拉力550KN, 地梁3.33m一道。该方案增加用地1720平方米 (因K25+620与K25+640断面地面线测量错误造成) , 变更前工程造价177.6万元, 变更后工程造价758.1万元, 增加580.5万元。

锚杆锚索加固方案2中计算边坡安全稳定系数K=1.15, 每束锚索由4φj15.24钢绞线组成, 每孔设计张拉力550KN, 地梁4.0m一道。该方案增加用地1720平方米 (因K25+620与K25+640断面地面线测量错误造成) , 变更前工程造价177.6万元, 变更后工程造价674.9万元, 增加497.3万元。

摘要：本文针对我国公路建设中的边防坡设计提出了一套工程设计, 包括工程概况, 地质考察, 边坡设计, 提出一系列的建议。

关键词：公路建设,边防坡,公路设计