道路边坡的稳定性分析和防护加固技术探究
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作者: 刘福春
摘要:介绍了目前边坡工程中常用的一些稳定性分析方法以及防护和加固技术,对它们各自的主要原理、特点等进行了阐述。以及道路边坡稳定性对道路的影响,如何使道路防护加固技术更好运用。
关键词:道路边坡 、稳定分析 、防护与加固
(一)道路边坡的稳定性分析:
自然边坡或人工边坡保持安全稳定的条件和能力。这两类边坡的岩土体在各种内外因素作用下逐渐发生变化,坡体应力状态也随之改变,当滑动力或倾覆力达到以至超过抗滑力或抗倾覆力而失去平衡时,即出现变形破坏,造成灾害或威胁建筑物安全。山坡变形破坏是相当普遍的一种自然灾害;大规模工程开挖边坡或大型水库岸坡的安全稳定问题也很突出。
边坡的破坏类型:有松弛蠕动、崩塌和滑坡三种及其他过渡型或复合型等。①松弛蠕动:山坡在形成过程中,先是岩土体产生回弹变形和大致平行于山坡的卸荷裂隙,形成一定深度的松弛卸荷带,并使此带岩土体强度降低、渗透性增大,各种风化营力更易侵入。继在重力作用下,使岩土体向临空面产生弯曲或弯折,以至倾倒、松动等缓慢蠕动变形现象。蠕动变形往往是破坏的先兆,可导致急剧崩塌或滑坡。②崩塌:陡崖上部被高倾角裂隙切割的岩土体,突然滚落堆积于坡脚的现象。规模大的又称山崩。崩塌还可发生于:陡坡下部存在软弱岩层并产生塑性蠕变,导致上部沉陷、滑移以至崩塌;坡体下部有洞穴或采掘空间,使岩体塌陷并将临空一侧的岩体挤出而溃散崩塌。崩塌冲击力强,往往造成交通断绝、河道堵塞以及人员伤亡、财产损失等灾害。如1933年中国四川叠溪发生山崩,堵塞岷江干流,形成迄今犹存的堰塞湖。③滑坡:边坡岩的土体沿着贯通的剪切面向临空一侧发生整体滑动的现象。滑坡是分布广、危害大的一种边坡破坏形式,在或陡坡或缓坡的斜坡,不同结构的各类岩土体均可发生。产生过滑坡的地段,往往出现独特的地貌形态,可作为鉴别滑坡的标志。滑坡分类较多,按力学特性可分为牵引式和推动式滑坡;按岩体结构特征可分为均质滑坡、顺层次的滑坡和切层滑坡;按滑动面埋深或滑体厚度,可分为浅层滑坡、中层滑坡和深层滑坡。滑坡体积大小不一,大型的一般可达1亿m左右。
影响因素:属于岩土体本身的主要有:①坡高与坡形。高陡山坡一般比低缓的易于变形破坏;凸形坡的稳定性比凹形坡要差。②岩土体的强度与结构。当土体的内摩擦角小于斜坡坡角时即不稳定;当岩体存在顺坡向的软弱结构面,其倾角小于斜坡的坡角在坡面出露时,易产生顺层滑动。③地下水作用对山坡稳定影响很大而且复杂。当地下水位抬升时,坡体内孔隙水或裂隙水的水压力增强,有效应力随之降低;还可使岩土体性状恶化,抗剪强度削弱,导致山坡变形破坏。影响山坡稳定的外部因素主要有:①河流、水库、湖泊与海洋等水流对坡脚的冲淘和浪袭作用;②连续降雨或河、湖、水库水位骤然升降;③地震、雪崩及冻融作用;④人为因素,如施工爆破、削断坡脚、增加坡体上部荷载、施工方法不当以及天然植被遭受破坏等,均可促使边坡失稳。一个地区的边坡失稳或塌滑体的形成,往往是上述内、外影响因素中的某几种因素的综合作用,并由其一二种因素诱发产生。
评价方法:大致有定性分析和定量计算两类。定性分析是对所在地区的地质条件和影响因素以及山坡变形破坏的迹象和特征进行调查、 勘探、 试验与观测,结合已有山坡变形破坏的实例或经验,通过工程地质类比分析与研究,对所在地区的边坡稳定性作出决定性评价和预测。定量计算是采用岩土力学的理论公式,选定适当的边界条件和计算参数进行稳定计算,从而得出定量的评估。由于边界条件和计算参数受到复杂地质条件所控制,一般只有依靠定性分析和相似经验来确定,所以这两种方法又要密切配合,才能得出比较符合实际的成果。近几年来,物理模型和数学模拟试验在山坡稳定性评价方面已得到推广应用;山坡变形的长期观测工作对评价和预测边坡稳定性也日益受到重视。捷克斯洛伐克、苏联、美国等国已建立全国的或地区的山坡稳定信息数据库或资料库,并对重点山坡开展动态监测工作和采取有效的防治措施,以避免或减轻可能发生的重大灾害。
(二)道路的防护加固技术分析
加固技术:指对可靠性不足或业主要求提高可靠度的承重结构、构件及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施,使其具有现行设计规范及业主所要求的安全性、耐久性和适用性。
工业上的结构加固方法主要有和其适用性:
A、粘钢加固:适用于承受静力为主的梁板柱构件受弯、受剪、受拉,以及到柱受压加固。若用于梁板受压以及承受动力较大构件的加固,应增设附加的锚固措施;例如每100mm设置2个植筋螺栓或穿梁、穿板对拉螺栓锚固。
B、粘碳纤维加固:适用于梁板柱受力变弯、受剪、受拉加固,适用于承受动力较大构件的加固。
C、外包钢加固:适用范围同(A),用于需大幅度提高承载力的构件。
D、化学植筋:适用于受弯、受剪、受压、受拉新老构件连接锚固。
E、裂缝化学灌浆加固:适用于恢复裂缝混凝土、砌体构件的整体性和使用功能,阻断其他介质的浸蚀。
F、孔洞修补加固:适用于混凝土、砌体构件孔洞、凹坑、截面不足的补强。
G、预应力加固:适用于梁板受弯、受拉加固。
H、增大截面加固:适用于对自重、截面增加及外观变化不敏感的结构。
(三)道路稳定性和加固技术的联合运用
岩土边坡失稳是工程建设中经常遇到的重要问题之一。国内外大量岩土边坡的失稳或滑动屡见不鲜,给工程建设和人民生命财产带来严重的危害,已成为全球性的地质灾害。随着时代的进步,道路的稳定性将极大的影响着运输事业等一系列的发展,如何使道路的运营更加安全这时我们将采用加固技术,分析东路的稳定性,将加固技术与其联合使用,来促进公路事业的发展。
2.边坡防护与加固类型:
边坡防护类型:边坡防护类型分生物防护和圬工防护。
(1)生物防护:有植被混凝土、种草、铺草皮、植树等。
(2)圬工防护:分片(块)石护坡和护面墙、菱形网格护坡、六角空心砖护坡、窗孔肋式护坡、喷射式护坡。
加固类型分护脚墙、抗滑墙、抗滑桩、预应力锚索、压浆锚柱(固结)、排水固结。
影响边坡稳定的因素:影响边坡稳定的因素很多,总的归纳起来可综合为两大类,即:自然因素和人为因素。1、影响边坡稳定的自然因素包括地质、地形、气候和水文条件等四个方面。2、人为因素:影响边坡稳定的人为因素可归集为设计因素、施工因素和养护管理因素。
各类边坡防护和加固要点及主要施工工艺 :
1、1片(块)石护坡和护面墙 片(块)石护坡分为浆砌和干砌两种,护面墙比护坡厚,有一定的抗推力作用。其优点是能就地取材、工艺简单,但自重大,不宜在高边坡上使用。
2、菱形网格护坡菱形网格护坡,可预制安装也可用石砌,工艺简单,网格内可植草,但只适用于填方,对边坡稳定不利,要慎重选用。
3、排水固结主要用于边坡表层地下水较多处的边坡加固,其方法有树枝状盲沟、塑料排水管边坡和土质挖方边坡。
4、六角空心砖护坡六角空心砖护坡是近几年来才发展起来的用同预制安装的一种边坡防护形式,施工工艺简单,空洞内可填土绿化,似蜂巢状,有一定观赏价值,但自重大、费用高,且还会阻碍边坡水的排阻止风化,且重量轻会对景观有一定影响,厚度难以控制所需施工设备简单,但费用高,尽量少采用。
5、抗滑桩是一种用于处理滑坡或防止边坡下滑的钢筋混凝土结构,是一种较理想的抗滑设施,但投资较大。
参考文献:
1、《辽宁交通科技》2005年11期
2、孙向东《岩土工程》2006(6)
3、余小马、杨剑锋《边坡治理及稳定性分析》
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