红砂岩边坡柔性支护处治方案案例.doc

岩土12级生产实习学习资料
浏阳至醴陵高速公路
K10+218-K10+338（右）、K10+500—K10+634（右）
红砂岩路堑边坡柔性支护处治新方法案例介绍
长沙理工大学土建学院岩隧系刘龙武
2015年6月
目 录
1. 红砂岩边坡工程地质概况
2. 红砂岩边坡破坏特征及原因分析
3. 红砂岩边坡柔性支护方案
4. 红砂岩边坡柔性支护效果
附图1:K10+218—K10+338右边坡柔性支护方案设计图
附图2:K10+500~K10+634右边坡柔性支护方案设计图
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1. 红砂岩边坡工程地质概况
红砂岩是湖南常见特殊土质，也是出现地质灾害比较严重的区域之一，它的软化系数均比较低，浸水崩解。红砂岩的这种特殊工程性质，使得工程上常常发生问题，而又得不到妥善的解决，这类事件在国外也时有发生.湖南省的红砂岩跟其他地区的红砂岩成分不一样，主要为红色的粉砂质泥质岩、泥质粉砂岩等,易风化,易分解，结构松散,当岩层处于顺层坡,更易产生滑坡、崩塌等情况.由于红砂岩在湖南分布较广，湖南几乎所有干线高速公路都会通过红砂岩地区.
通过研究表明红砂岩多数浸水崩解或略有崩解。按照这类特性把红砂岩分成了三类：第一类：红砂岩浸水崩解或崩解强;二类岩:红砂岩浸水烈略有崩解或崩解不强。而对于同一红砂岩料场，把一类岩和二类岩混合使用，这时候就看填料以那类岩为主，就算哪类岩对待。三类岩:红砂岩浸水完全不崩解，且水稳定性好，强度高，在民间多数用来作为建筑石材使用。
湖南浏阳至醴陵高速公路于2010年2月开工建设，其位于湖南中部的浏湘盆地，属于红砂岩土分布区，第二标段开挖路段上层覆着黄褐色、红棕色粘土,下层是红褐色、棕红色粉砂质泥岩，检验结果表明其中含有大量的红砂岩。浏醴高速的红砂岩成分又与湖南省其他地区的红砂岩不同.一般的红砂岩会含有一定量粘土矿物质。而浏醴高速的红砂岩就几乎不含任何粘土矿物，所以它的强度较高,强度分布区间为12~30MPa:为软质岩。
通过室内试验，对浏醴高速红砂岩的工程性质进行了研究，得到了以下几点认识:
（1)红粘土干燥后，遇水易崩解或略有崩解
（2）通过击实试验确定其最大干密度和最佳含水量，能有利的指导路堑边坡的填筑施工。
（3）通过室内CBR试验得出2种土质都能基本满足路堑填筑要求。
2. 红砂岩边坡破坏特征及原因分析
一般来说，由石英砂岩、砂岩类红砂岩组成的路堑边坡较为稳定，边坡破坏主要以坠块、局部崩塌等为主，但当边坡岩体中存在顺层强风化带地质界面及泥化夹层时,则易发生浅层坍滑破坏；当路堑边坡岩石由泥质粉砂岩和泥岩组成时，由于该类岩石已属于膨胀性岩土，边坡的破坏将具有膨胀土边坡滑坡破坏特征。
传统稳定边坡的思路一般是放缓边坡或者圬工结构防护,其原理要么是超挖土体减小下滑荷载，要么硬防护增加其抗滑力。这个方法对于一般的边坡处治确实有效果,但是由于红砂岩工程地质的特殊性，其用于处治红砂岩边坡的效果却不甚理想。浏醴高速路段K10+230～K10+305右侧边坡坡高14m、坡长100m，原设计采用1：0。75拱形骨架护坡，施工完成不久遇到强暴雨，出现大规模的坍塌（图2.1）;路段K10+500～K10+634右侧边坡坡高13m、坡长100m，开挖不久还未采取防护措施就已经滑塌,之后放缓边坡把坡比从1:0。75降坡至1：2，不久再次滑坍（图2。2)。
图2.1 K10+230~K10+305右侧红砂岩路堑边坡拱形骨架护坡滑塌
图2。2 K10+500～K10+634右侧红砂岩边坡放缓边坡滑塌
红砂岩边坡垮塌的原因是多方面的,从岩性角度看,红砂岩中的泥质粉砂岩和粉质泥岩较为质软，抗风化能力弱，且有遇水软化、失水崩裂的崩解特性；从结构上来看，是由于软弱泥化夹层的抗剪强度不够，产生滑动结构面，使边坡垮塌；从外部环境因素看，通常是由于暴雨引起地表水入渗，而导致砂岩风化崩解，特别是雨水渗入到泥化夹层中,能迅速降低其抗剪强度，使岩层垮塌；从饱和土理论看,雨水的渗入使静水压力增大使有效应力减少,从而导致了抗剪强度不够.软弱泥化夹层的力学性质是影响红砂岩边坡稳定的关键性因素，其含水量达到临界含水量时，粘聚力和内摩擦角急剧下降，岩层抗剪强度随之下降，边坡失稳。因此，可以将红砂岩垮塌的主要原因总结为以下几个方面:1，红砂岩中的粉质泥砂岩属于软质岩土,且容易风化崩解、遇水软化；2，含有大量软质的泥砂岩结构处，易形成低抗剪强度的滑动结构面；3，雨水渗入泥化夹层经历几轮干湿循环，使得砂岩风化崩解,快速降低其抗剪强度，使岩层滑塌。软弱泥化夹层是影响其边坡稳定的关键因素，随着含水量的增加，砂岩的内摩擦叫逐步增大,粘聚力先增大后减小,红砂岩的泥化夹层达到临界含水量时，粘聚力和内摩擦角急剧下降，岩层抗剪强度随之下降，边坡失稳。
由上可知，放缓边坡或者骨架护坡并不能消除软弱的泥化夹层，随着雨水入渗以及风化崩解，必然导致其抗剪强度下降。而且由于蒙脱石等矿物遇水会产生一定的膨胀量，但是硬防护并不允许边坡变形，当变形能积累到一定限度，势必会挤垮浆砌片石，从而边坡垮塌.故而，仅仅是放缓边坡或者骨架护坡处理用于治理地质条件恶劣的红砂岩边坡是远远不够的。柔性支护结构，简单来说，是通过加筋反包回填土形成土挡墙，并辅以合理有效的排水渠道，达到保湿防渗，综合排水的目的，能有效地防止因雨水渗入土体而导致红砂岩风化崩解。
3. 红砂岩边坡柔性支护方案
3。1柔性支护结构横断面设计图
针对浏醴高速公路红粘土的各种地质特征,以及破坏形式，提出一种完善的柔性支护结构设计方案,同时在排水结构设计中我们采用了截水沟，边沟，横向排水盲沟，渗沟及碎石垫层。各种排水设施相互作用，有效的提高了红砂岩的排水问题，大大的减少了红砂岩遇水膨胀的强度.
柔性支护结构设计的基本思路是在坡体边界加铺土工格栅并反包回填土，利用U型钉、连接棒等连接材料将土与格栅紧密结合形成整体结构,并辅以有效的排水措施保湿防渗,防止坡体内的土体由于含水量的变化而膨胀垮塌。其结构的横断面标准设计图如图3.1所示。
图3。1 柔性支护结构横断面设计图
3。2 醴高速公路红砂岩路堑边坡柔性支护结构施工
圬工结构通常依靠自重来抵抗坡体的水平应力，刚性防护容许被支护体变形的能力很差,在干湿循环作用下膨胀性红砂岩土体将干缩湿胀，当膨胀能积累到一定时候，会产生极大的膨胀压力使刚性结构破坏。相对于刚性防护，柔性支护技术是一套安全合理、经济有效的综合处治方案,它通过其独特的综合排水体系，杜绝雨水及地表水渗入坡体,防止砂岩的风华崩解；其独特的施工工艺通过超挖并回填压实坡面土,使红砂岩的软弱泥化夹层得到彻底的根治，再难有滑动结构面；而且它能在承受土压的同时，允许土体产生一定量的变形，以此来释放开挖应力以及含水量变化的膨胀力。配合一定的坡面植草等生态防护，经柔性支护处治后的边坡既稳定又美观。
柔性支护结构施工简单便捷，主要分为以下几个步骤:
①基底的开挖.按设计图开挖基底平台和渗沟(图)，要把其中的松土清除干净，在渗沟沟底的整个截面摊铺两布一膜，并铺设排水软管，土工布靠渗沟端边缘应低于路基的地下水位线，另一端延伸至基底平台上,然后向渗沟以及基底平台满铺排水碎石，直至基底铺满0.5厚，注意开挖平台应有横向坡率，向渗沟略微倾斜，将渗入边坡的地下水引入渗沟排出。
图3。5 基底与渗沟的开挖
②格栅的摊铺及搭接。将已经裁断的格栅按垂直于路中线方向铺设（图3.6)，两幅格栅横向搭接宽度不小于5cm，其间用U形钉固定（图3。7）.上下两层格栅用连接材料搭接，其搭结长度应不小于30cm。注意搭接时应张紧格栅，使用连接材料把格栅连好，使格栅充分接触土体受力并使加筋土体形成整体结构.
图3。6 格栅的铺设与搭接
图3.7 土工格栅搭接示意图及“U”型钉大样(Φ6钢筋）
③土体的回填压实。每层回填反包土设计约50cm，按虚铺厚度30~35cm压实摊铺填土，一般可压至20～25cm一层土，每层格栅可压两层.利用压路机进行压实，并控制其碾压遍数,保证达到80％以上的压实度。
④顶部处理。坡面顶部铺单层土工布直至截水沟处，并回填少量根植土拍打压实用以防止坡顶的雨水冲刷。
4、柔性支护红砂岩边坡效果评价
柔性支护方案除可用于红砂岩路堑边坡滑坡处治,还可用于新开挖红纱岩土边坡的防护与加固。在浏醴高速上,柔性支护处治方案的试验路边坡共修筑二处K10+218～K10＋318、K10+420～K10+520,总长0。2公里。2010年2月至10月在K10+218～K134＋318段完成了柔性支护处治红砂岩滑坡的全过程。该堑坡位于公路左侧，边坡的岩层走向与路线交角很小，是顺坡开挖，堑坡滑动方向与下部岩体倾向基本一致,这种状况对路堑边坡开挖的稳定极为不利，边坡稳定性较差。加之由于施工前期对于膨胀土路堑边坡破坏的认识不足，开挖后为及时防护、边坡在风化作用和干缩效应作用下，出现了不同程度的失稳破坏,见图 。柔性处治完成后，收到了较好的效果，从目前的观察结果来看，边坡无任何破坏的迹象，充分说明了处治的成功，如图4。20所示.
图 4。19 处治前边坡的滑坍情况
图4.20 柔性支护处治后的边坡（1）
图4.20 柔性支护处治后的边坡(2)
土工格栅柔性支护的施工与包裹式加筋土边坡施工工序非常相似，基本施工方法为将原设计边坡超挖一定宽度后，从坡脚开始由下而上按一定的间距（两层填土的压实厚度)加铺土工格栅后逐层回填土并压实,坡面处预留土工格栅反包并用连接棒将上下两层格栅连接形成坡面，目的是将整个加筋体形成整体，抵抗土压力和自然风化的作用.可采用常用的道路施工机械，首次实现路堑支护工程的机械化施工，与刚性挡墙相比，其施工便捷，技术简单，速度快，非常适合于膨胀土路堑边坡的大面积、大范围的滑坡处治。