高速公路改擴(kuò)建工程高邊坡防護(hù)技術(shù)分析

陳曉維

文章以某高速公路改擴(kuò)建工程高邊坡為依托，針對(duì)改擴(kuò)建高邊坡防護(hù)施工安全風(fēng)險(xiǎn)大、進(jìn)度慢等特點(diǎn)，綜合進(jìn)度、難易、安全、造價(jià)、工程量等因素進(jìn)行了防護(hù)方案比選。通過多方案探討與分析，選擇綜合效益好的防護(hù)方案，可為高速公路改擴(kuò)建工程類似高邊坡防護(hù)施工提供借鑒。

高速公路;改擴(kuò)建;高邊坡;防護(hù)技術(shù)

0?引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，部分原有高速公路已難以適應(yīng)沿線交通量增長(zhǎng)的需求，利用現(xiàn)有道路進(jìn)行擴(kuò)容改擴(kuò)建已成為一種趨勢(shì)，也是國(guó)家“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容之一。在高速公路改擴(kuò)建高邊坡防護(hù)施工中，合理地選擇防護(hù)施工方案，既能保證施工進(jìn)度和施工安全，降低施工成本，又能保證施工后高邊坡的穩(wěn)定性，避免發(fā)生邊坡沉降、坍塌、開裂等問題。因此，本文的多方案比選分析法對(duì)提高高速公路改擴(kuò)建高邊坡防護(hù)施工社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益有一定積極意義。本文以某高速公路改擴(kuò)建工程的高邊坡防護(hù)施工為例進(jìn)行闡述。

1?工程概況

原高邊坡高度約38 m，為某高速公路原有收費(fèi)站擴(kuò)建后形成的五級(jí)邊坡，第一級(jí)坡率為1：1.5，第二級(jí)至第五級(jí)坡率為1：1.75，單級(jí)坡高約8 m，防護(hù)基本以植草為主，局部采用拱形骨架防護(hù)。坡面綠化效果好，邊坡整體基本穩(wěn)定，但第一、二級(jí)出現(xiàn)局部滑塌。因改擴(kuò)建建設(shè)需要增加一條9 m寬的二級(jí)路連接線，需要對(duì)主線右側(cè)邊坡進(jìn)行拓寬開挖，故高邊坡需再次拓寬，拓寬后的總體平面圖如下頁(yè)圖1所示，邊坡最大高度增加至47 m，基本到達(dá)山體坡頂。

邊坡地質(zhì)條件：結(jié)合該高速公路原收費(fèi)站施工勘探鉆孔及試驗(yàn)資料，并通過舊路邊坡工程類比，反演推算確定如下計(jì)算參數(shù)：黏土混碎石粘聚力C=33 kPa，內(nèi)摩擦角φ=18°;全風(fēng)化硅質(zhì)頁(yè)巖粘聚力C=25 kPa，內(nèi)摩擦角φ=16°;強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)頁(yè)巖粘聚力C=35 kPa，內(nèi)摩擦角φ=25°。

2?邊坡防護(hù)施工方案分析

2.1?邊坡初始防護(hù)方案

第一級(jí)坡腳設(shè)置片石混凝土矮墻，第一級(jí)至第三級(jí)坡面采用錨桿框格植草防護(hù)，第四、五級(jí)采用拱形襯砌拱植草防護(hù)，第六級(jí)采用三維網(wǎng)噴播草、灌籽防護(hù)。邊坡分級(jí)為8 m一級(jí)。為有效疏干坡體地下水，防止地下水降低巖體強(qiáng)度，在第一級(jí)至第四級(jí)邊坡坡面設(shè)置深層導(dǎo)水孔，導(dǎo)水孔深15 m。

穩(wěn)定性驗(yàn)算分析：邊坡采用圖2所注坡率開挖，正常工況下安全系數(shù)為1.31，暴雨工況下安全系數(shù)為1.10，暴雨工況滿足規(guī)范下限要求（暴雨工況要求范圍為1.1～1.2）。因此，邊坡不采用錨索地梁加固，但邊坡主要為碎石土及較為破碎的軟巖組成，仍需加強(qiáng)坡面防護(hù)，避免出現(xiàn)淺層坍塌。

2.2?邊坡防護(hù)方案分析

考慮該拓寬開挖邊坡防護(hù)施工工程位于重要門戶城市，施工及運(yùn)營(yíng)安全問題尤為重要，因此要對(duì)該高邊坡開挖及防護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化及穩(wěn)定性驗(yàn)算，確保邊坡穩(wěn)定、安全。

2.2.1?方案一：連接線平縱方案不變，設(shè)置寬平臺(tái)卸載

與初始防護(hù)方案一致，縱面與其標(biāo)高一致平行拓寬，邊坡分級(jí)為8 m一級(jí)，第二級(jí)平臺(tái)寬6 m、第四級(jí)平臺(tái)寬14 m，其他平臺(tái)寬2 m，邊坡坡率不變，通過設(shè)置寬平臺(tái)卸載以提高邊坡安全儲(chǔ)備。由于邊坡開挖已基本到頂，坡頂平緩，邊坡總高度增加3 m多。典型橫斷面設(shè)計(jì)如圖3所示。

穩(wěn)定性驗(yàn)算分析：邊坡采用圖3所注坡率開挖，正常工況下安全系數(shù)為1.44，暴雨工況下安全系數(shù)為1.21，均滿足規(guī)范上限要求。但邊坡主要為碎石土及較為破碎的軟巖組成，需加強(qiáng)坡面防護(hù)，避免出現(xiàn)淺層坍塌。

2.2.2?方案二：調(diào)整連接線平縱方案，邊坡中部寬平臺(tái)卸載

調(diào)整連接線平面右移15 m，縱面抬高8 m至舊路第一級(jí)平臺(tái)高度，將第一級(jí)平臺(tái)寬度拓寬至14.8 m（3 m安全襟邊+9 m路基寬+2.8 m邊溝及碎落臺(tái)），將以上部分再平行放坡開挖，邊坡坡率同原設(shè)計(jì)斷面，第二級(jí)平臺(tái)寬10 m，其他各級(jí)2 m，邊坡總高度增加2 m多。典型橫斷面設(shè)計(jì)如圖4所示。

連接線縱面由原設(shè)計(jì)平順狀態(tài)調(diào)整為中部凸起的駝峰狀，按縱坡3%控制，平縱影響范圍大致為1 km?？v坡抬高路段外側(cè)與收費(fèi)站相鄰路段需設(shè)置擋墻、護(hù)面墻支擋，保障連接線路基穩(wěn)定及避免路基刷坡侵占收費(fèi)站。路段內(nèi)兩處人行通道因填土高度增加，需重新加強(qiáng)設(shè)計(jì)。由于平、縱面調(diào)整，部分路段還需重新征地。

穩(wěn)定性驗(yàn)算分析：邊坡采用圖4所注坡率開挖，正常工況下安全系數(shù)為2.12，暴雨工況下安全系數(shù)為1.78，均滿足規(guī)范要求。但邊坡主要為碎石土及較為破碎的軟巖組成，需加強(qiáng)坡面防護(hù)，避免出現(xiàn)淺層坍塌。

2.2.3?方案三：連接線縱面抬高，平面不變

保持連接線平面不變，縱面抬高9 m，靠近收費(fèi)站側(cè)設(shè)置樁板墻支護(hù)，樁板墻背后填高強(qiáng)度、低壓縮性填料，使得頂部寬度達(dá)到約13.5 m（3 m安全襟邊+9 m路基寬+1.5 m邊溝及碎落臺(tái)），以上舊路邊坡斷面形式保持不變。典型橫斷面如圖5所示。

連接線縱面由原設(shè)計(jì)平順狀態(tài)調(diào)整為中部凸起的駝峰狀，縱坡抬高路段外側(cè)與收費(fèi)站相鄰路段需設(shè)置擋墻、護(hù)面墻支擋，保障連接線路基穩(wěn)定及避免路基刷坡侵占收費(fèi)站。路段內(nèi)兩處人行通道因填土高度增加，需重新加強(qiáng)設(shè)計(jì)。由于縱面調(diào)整，部分路段還需重新征地。

穩(wěn)定性驗(yàn)算分析：在L1K線路面以上的舊路邊坡正常工況下安全系數(shù)為1.29，暴雨工況下安全系數(shù)為1.08，暴雨工況不滿足規(guī)范要求，在暴雨工況安全系數(shù)取值1.2時(shí)，需提供428 kN抗滑力，故坡面需要進(jìn)行加固。

2.2.4?方案四：調(diào)整連接線平縱方案，第一級(jí)設(shè)置寬平臺(tái)開挖

調(diào)整連接線平面設(shè)計(jì)線右移15 m，縱面抬高8 m至舊路第一級(jí)平臺(tái)高度，將第一級(jí)平臺(tái)寬度拓寬至14.8 m（3 m安全襟邊+9 m路基寬+2.8 m邊溝及碎落臺(tái)），將以上部分再平行放坡開挖，邊坡坡率同原設(shè)計(jì)斷面，各級(jí)平臺(tái)寬2 m，邊坡總高度不變。典型橫斷面圖如圖6所示。

連接線縱面由原設(shè)計(jì)平順狀態(tài)調(diào)整為中部凸起的駝峰狀，按縱坡3%控制，平縱影響范圍大致為1 km?？v坡抬高路段外側(cè)與收費(fèi)站相鄰路段需設(shè)置擋墻、護(hù)面墻支擋，保障連接線路基穩(wěn)定及避免路基刷坡侵占收費(fèi)站。路段內(nèi)兩處人行通道因填土高度增加，需重新加強(qiáng)設(shè)計(jì)。由于平、縱面調(diào)整，部分路段還需重新征地。

穩(wěn)定性驗(yàn)算分析：邊坡采用圖6所注坡率開挖，正常工況下安全系數(shù)為1.27，暴雨工況下安全系數(shù)為1.06，暴雨工況不滿足規(guī)范要求，故坡面需要進(jìn)行加固。

2.3?方案綜合比選分析

2.3.1?邊坡坡面防護(hù)方案比選

通過對(duì)原高邊坡防護(hù)方式及穩(wěn)定性分析，其邊坡坡面擬采用以下防護(hù)方案，具體如表1所示。

2.3.2?邊坡防護(hù)方案綜合比選

通過與初步防護(hù)方案對(duì)比，各方案主要工程量、工程造價(jià)、征拆面積、施工難易程度、安全可靠度等方面綜合比選明細(xì)如表2所示。

根據(jù)邊坡防護(hù)方案分析及表1、表2可知，方案一、方案二穩(wěn)定性分析滿足規(guī)范上限要求，邊坡不用特殊加固，但考慮到巖土體參數(shù)為經(jīng)驗(yàn)類比取值，其值受雨水影響較大，也需要加強(qiáng)坡面防護(hù)。方案三、方案四坡面經(jīng)特殊加固后，其穩(wěn)定性得到明顯提高，安全可靠度高;在開挖土石方、錨桿等主要工程量方面，方案三、方案四較小;從施工難易程度來(lái)說(shuō)，方案三難度較大;在征地面積方面，方案三、方案四所需面積較小。綜合方案比選及分析知，推薦安全可靠度高、工程造價(jià)居中、征地少、土石方開挖較少的方案四。

3?結(jié)語(yǔ)

本文以某高速公路改擴(kuò)建工程高邊坡防護(hù)施工為實(shí)例，通過對(duì)高邊坡拓寬開挖、邊坡防護(hù)方式不斷優(yōu)化、比選和分析，確定了在工程造價(jià)、安全可靠度等方面綜合效益較好的防護(hù)方案，進(jìn)一步提升了邊坡防護(hù)的施工質(zhì)量和品質(zhì)，為后續(xù)高速公路改擴(kuò)建工程高邊坡防護(hù)施工提供借鑒。

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