超高边坡防治方案设计及运营效果分析.pdf

江西建材规划设计与建筑962023年7 月超高边坡防治方案设计及运营效果分析欧阳荣，吴永东山东建勘集团有限公司，山东 济南 250031摘 要：为实现超高边坡的合理防治，文中基于边坡基础特征，先开展边坡防治方案设计，再结合工后变形开展其运营效果分析。边坡防治措施设计为“坡面整理+锚杆格构”，并经计算，均满足规范要求；同时，在运营效果分析结果中，工后变形为11.68 19.93 mm，再经预测后的变形为12.3420.93 mm，均在控制值范围内，说明防治措施合理有效。关键词：边坡；防治方案；变形；运营效果中图分类号：U213文献标识码：A文章编号：1006-2890（2023）07-0096-03Design and Operation Effect Analysis of Ultra-high Slope Prevention and Control PlanOuyang Rong,Wu YongdongShandong Construction Reconnoissance Group Co.Ltd.,Jinan,Shandong 250031 Abstract:In order to achieve reasonable prevention and control of ultra-high slopes,this paper based on the basic characteristics of the slope,a slope prevention and control plan design is first carried out,and then combined with post construction deformation,its operational effect analysis is carried out.The analysis result is that the slope prevention measures are designed as slope surface preparation+anchor rod lattice structure,and after calculation,they all meet the requirements of the specifications;Meanwhile,in the analysis of operational effects,the post construction deformation ranged from 11.68 to 19.93mm,and the predicted deformation ranged from 12.34 to 2.93mm,all within the control value range,indicating that the prevention and control measures are reasonable and effective.Key words:Slope;Prevention and control plan;Deformation;Operational effectiveness0 引言随着城市建设的发展，道路修建过程中产生了规模不一的边坡，尤其超高边坡存在较大安全隐患，因此，开展其防治方案设计及运营效果分析具有重要意义1-2。赵文等3分析了道路边坡的防治措施；高丙丽等4探究了岩质边坡的稳定性；徐永福等5开展了膨胀土边坡的防治技术分析；吴朋宇等6构建了边坡失稳判据。上述研究虽取得了相应成果，但均未系统性分析超高边坡的防治方案设计及运营效果分析。因此，文中基于超高边坡基础特征，先开展边坡防治方案设计，再结合工后变形，开展其运营效果分析，以期为类似工程积累经验。1 工程概况本项目隶属城市主干路边坡，对应道路设计车速为60 km/h，边坡工点位于 K2+640K2+780 西侧，边坡最大高度为38 m，属超高边坡。据现场调查，边坡平面形态呈“舌状”，坡向为45，纵向长度约100 m，横向宽度约240 m。由于施工开挖，边坡坡面地层主要为强化风至风化泥岩，产状近水平，其中，边坡中下部主要为中风化，上部主要为强风化，两者岩性特征主要为：中风化泥岩。该层为紫红色，层理清晰，风化裂隙较发育，裂面平直，局部含灰绿色及灰白色矿物；岩芯多呈长柱状、短柱状，少量碎块状，岩芯采取率多大于85%，RQD值约75。强风化泥岩。该层也为紫红色，组织结构大部分破坏，节理、风化裂隙极其发育，裂隙面多附着黑褐色铁锰质锈斑，岩芯破碎，多呈土状、碎块状。2 边坡防治方案设计2.1 设计防治方案由于此边坡属超高边坡，加之其前缘威胁拟建公路，因此，开展此边坡防治十分必要。结合边坡基本特征，将防治方案设计为：“坡面整理+锚杆格构”。具体设计如下：（1）坡面整理边坡共设计五级开挖，其中，一级边坡坡率为10.3，二、三及四级边坡采用11 坡率，五级边坡采用11.25 坡率，且每级边坡设置2 m宽平台，并于各级平台及边坡外侧设置排水沟。结合边坡设计，坡面整理示意图见图1。图1坡面整理示意图（2）锚杆格构当坡面整理完成后，于坡面设置3 m4 m锚杆格构护第一作者：欧阳荣（1989-），男，江西高安人，硕士，工程师，主要研究方向为边坡治理及基坑支护设计。江西建材规划设计与建筑972023年7 月坡。其中，锚杆长度为15 m，入射角度为12，中部插入直径为22 mm的 HRB335 级钢筋；格构梁为40 cm50 cm，采用钢筋混凝土材质，配置10 根直径20 mm的 HRB335 级钢筋，箍筋直径采用12 mm，间距为25 cm。2.2 方案措施计算结合边坡防治方案，对两类防治措施开展计算分析。（1）坡面整理计算坡面整理主要是为了保证边坡稳定，将其稳定系数Ks计算公式表示为：（1）式中，Ma为下滑弯矩（kN m），Mp为抵抗弯矩（kN m）通过设置滑坡合理滑动面后缘、前缘范围，搜索得到最不利断面的稳定系数值为1.362，均大于规范要求，说明坡面整理是合理有效的。（2）锚杆格构计算由于格构设置为3 m4 m，按照土反力计算单孔锚固力为652.81 kN；一般来说，单孔锚固力设计值 Pt计算公式为：（2）式中，F为土反力计算值，a为锚杆与滑面夹角，为锚固角，为摩擦角。结合2.1 节设计条件计算，得到单孔锚固力设计值为735.43 kN，满足计算要求。据上述计算，两类防治措施计算结果均满足要求，验证了两类措施设计的有效性。3 运营效果分析3.1 分析思路及方法构建通常工程建设后，工后变形分析可作为其运营效果评价的直观指标。为保证分析过程的有效性，将此分析过程划分为两步，（1）结合工后现有变形成果，若其变形仍在控制值范围内，说明监测时段范围内的边坡防治措施合理有效；（2）对工后变形进行预测分析，若其变形仍未超过控制值，且具收敛趋势，说明在监测时段后续一定范围内的边坡防治措施也是合理有效的。对变形预测模型进行构建，考虑到极限学习机具有较强的变形预测能力，提出以其实现边坡工后沉降变形预测。结合极限学习机原理，其训练函数为：（3）式中，yj为训练预测值，L为隐层变量参数，i、wi为连接权值，xj为输入值，g（x）为激励函数，bi为阈值。由于极限学习机属神经网络范畴，因此，可通过正、反向重复训练不断降低训练函数，进而实现零误差逼近期望值。（4）式中，N为训练样本数，ti为期望值。鉴于零误差逼近原理，训练函数可进一步表示为：（5）3.2 分析结果在边坡采取防治措施后，于边坡地表布设了4 个监测点（布置位置见图1），且在监测过程中，监测频率为一月四次，共计得到27 期变形数据，结果见表1。据表1，4 个监测点的工后变形范围为11.6819.93 mm，变化范围相对较小，且均在控制值（30 mm）范围内，说明监测时段范围内的边坡防治措施合理有效。表1 边坡工后变形数据mm监测周期/周K1 监测点K2 监测点K3 监测点K4 监测点00.000.000.000.0010.060.630.200.5320.151.180.631.0030.181.281.191.0840.251.411.311.2050.291.831.921.5560.431.872.081.5870.531.943.611.6580.742.154.461.8391.783.335.412.83102.804.765.734.04112.975.836.234.95123.976.716.295.70134.886.997.225.94145.677.718.156.55156.679.068.987.70167.5510.049.028.53178.2210.799.549.16188.3411.5111.469.77199.0012.1613.7610.32209.1913.7614.8711.69219.7515.1415.1712.852210.3416.0016.0213.582310.5916.5316.1814.042410.6916.8117.0714.272510.7717.1518.1814.562611.1518.0919.6315.362711.6818.9319.9316.07其次，再利用极限学习机开展边坡工后变形预测，预测结果详见表2。由表2可知，在4个监测点的预测结果中，K1监测点相对误差均值为1.99%，K2 监测点相对误差均值为2.00%，K3 监测点相对误差均值为1.98%，K4 监测点相对误差均值为1.93%，均具较优预测精度，说明极限学习机具有良好的预测效果。表2边坡工后变形预测结果监测周期/周K1 监测点预测结果K2 监测点预测结果K3 监测点预测结果K4 监测点预测结果变形值/mm预测值/mm相对误差/%变形值/mm预测值/mm相对误差/%变形值/mm预测值/mm相对误差/%变形值/mm预测值/mm相对误差/%2410.6910.491.9216.8116.472.0417.0716.732.0014.2714.011.852510.7710.552.0617.1516.811.9618.1817.831.9114.5614.272.022611.1510.931.9818.0917.712.0819.6319.241.9715.3615.061.912711.6811.442.0018.9318.561.9219.9319.532.0416.0715.761.932811.6718.9619.9216.022911.9819.3620.2716.383012.3419.8520.9316.95（下转第100页）江西建材规划设计与建筑1002023年7 月-0.0014-0.0014-0.0015-0.0015-0.0016-0.0016图3 塔杆及基础竖向位移云图（北线开挖至铁塔下方）-0.0005-0.0004-0.0005-0.0006-0.0006-0.0007图4 塔杆及基础竖向位移云图（北线开挖完成）-0.0008-0.0008-0.0009-0.0009-0.0010-0.0010图5 塔杆及基础竖向位移云图（南线开挖完成）为了更加准确地体现出南北隧道开挖对铁塔的影响，继续通过数值计算得到塔杆及基础竖向位移云图，图35 分别为隧道开挖过程中的塔杆及基础竖向位移云图。计算结果显示，北线隧道正下穿高压铁塔，开挖导致塔杆及基础产生沿隧道轴向（东西向）差异沉降；随后南线隧道滞后开挖，从铁塔南侧侧穿，导致差异沉降转变为南北向，最大沉降值1.6 mm，最大差异沉降0.2 mm，倾斜率3.3310-5。开挖满足铁塔沉降要求。4 结语（1）老虎山隧道下穿高压输电铁塔施工会导致高压铁塔存在着失稳破坏、倾斜及沉降等风险，对铁塔采取改造加固措施是非常必要的。（2）通过对老虎山隧道下穿高压输电铁塔一系列方案的模拟讨论，显示采用 CRD法开挖隧道，可有效减少铁塔受力和变形破坏的风险。该施工方案简单经济且安全效果显著。（3）通过数值模型计算和结合规范对比分析，高压铁塔最大沉降值1.6 mm，最大差异沉降0.2 mm，倾斜率3.3310-5。开挖满足铁塔沉降要求。参考文献 1 牟易，李桂江.不同地表坡度下复杂偏压隧道的力学效应分析J.交通世界，2021（31）：11-12.2 范杰林，毛锦波.特大断面公路隧道下穿既有铁路路基变形控制研究J.建筑技术开发，2023，50（5）：116-118.3 钟雅玲，郭飞，鲍逸玮.基于 HSS 模型的双线地铁隧道下穿高压燃气管道的影响分析J.广东土木与建筑，2023，30（5）：54-58，72.4 余顺，丁浩，郭军，等.下穿高压铁塔的大跨小净距隧道控制爆破技术研究J.公路交通技术，2013（3）：125-129.5 管晓明，宫哲，程飞，等.隧道掌子面前后方围岩爆破振动及精准控制研究 J.河北工程大学学报（自然科学版），2023，40（1）：49-54，74.6 管晓明，傅洪贤，王梦恕.隧道近距下穿山坡楼房爆破振动测试研究J.岩土力学，2014，35（7）：1995-2003.由表2 可知，4 个监测点的工后变形还会进一步增加，且后续预测的变形值为12.3420.93 mm，同样在控制值范围内，说明监测时段范围内边坡防治措施合理有效。4 结语（1）由于边坡开挖深度较深，其防治必要性显著，且结合边坡特征，将其防治措施方案设计为“坡面整理+锚杆格构”。（2）在边坡运营效果分析结果中，边坡工后变形值均小于30 mm，且通过预测，其工后变形虽会进一步增加，但其后续预测值在控制值范围内，边坡防治后的变形始终在控制范围内，说明防治措施合理有效。参考文献 1 孔祥利.基于数值模拟的外界荷载对边坡稳定性影响的研究 J.江西建材，2023（3）：63-64，68.2 王建林.高边坡支护预应力锚索施工技术探讨J.江西建材，2022（12）：344-345，348.3 赵文，刘亚雄，吉安娜，等.川藏寒区道路边坡涎流冰防治措施试验研究J.水文地质工程地质，2023，50（1）：122-131.4 高丙丽，张金厚，廖小辉，等.山地旅游景区岩质边坡稳定性分析及其防治措施J.工程地质学报，2022，30（4）：1316-1324.5 徐永福，程岩，肖杰，等.膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术研究J.岩土工程学报，2022，44（7）：1281-1294.6 吴朋宇，张志红，戴福初，等.顺层岩质边坡溃屈变形机制及失稳判定方法J.吉林大学学报（地球科学版），2022，52（2）：517-525.（上接第97 页）