高速公路边坡防护毕业设计.doc

高速公路边坡防护毕业设计

首先对边坡进行稳定性分析，判定该边坡的稳定程度，再根据工程勘察报告和相关资料，进行了抗滑桩的设计计算，得出了本工程的设计结果。完整详细，有很好的参考价值。
目 录
第一章 绪论
1.1 本课题研究的目的和意义
1.2国内外的研究及发展现状
1.3 边坡稳定性分析方法
1.4常见边坡工程治理措施介绍
1.5技术方案
1.6技术路线
第二章 工程简介
2.1 工程概况
2.2边坡工程治理措施分析
2.3 结论建议
第三章 边坡稳定性计算
3.1 边坡计算公式
3.2 滑坡推力计算
第四章 支挡结构设计
4.1支挡结构设计
4.2抗滑桩设计方案
4.3植被护坡
4.4边坡排水和防渗设计
第五章 施工技术
5.1施工准备及平面布置
5.2抗滑桩施工
5.3植生带施工
5.4排水设施施工

第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
随着我国经济的发展，全国的工程建设突飞猛进，公路建设发展生机勃勃。随着公路建设的不断偏远化，公路基础环境越显复杂，公路开挖造成的边坡稳定性及其边坡支护安全已成为公路施工时不可忽视的重要环节，应予以高度重视。
在大量的工程实践过程中，大都存在对边坡工程病害特征和性质认识不清，治理工程措施不力等诸多问题，常常会造成边坡工程的变形和破坏。或因治理方案过于保守，造成不必要的浪费。因此，预测边坡失稳的破坏时间、规模，以及危害程度，事先采取防治措施，减轻地质灾害，达到满足经济合理和安全可靠的双重目标。
1.2 国内外的研究及发展现状
交通运输是影响我国经济发展的重大因素，公路运输在交通运输中扮演着重要的角色。随着公路建设的大规模化，公路建设越发向地质条件复杂的地区发展，边坡问题也成为了公路建设不可避免的重要问题。
我国于20世纪50年代对边坡问题开始重视并对其进行研究，当时铁路部门在修建宝成铁路过程中遇到了严重的高边坡问题。由于对地质条件复杂性的认识不够深刻，对地质工作不够重视，技术力量薄弱等，采用大量爆破开挖土石方工程而造成了大量的高边坡病害。
到20世纪60-70年代，我国在经历的挫折之后对边坡稳定性研究进入了重要的发展阶段，人们通过对边坡问题的深入理解与探究，认识到边坡问题的演变是一个累进性变形破坏的过程，并且认识到，对于边坡问题的研究必须将地质分析与力学机制分析两者紧密结合起来。在这一阶段时间，Morgenstern-Price法(1965)、Spencer(1967)、Sarmar法(1973)和不平衡推力传递系数法等的相继出现促进了极限平衡法的发展。与此同时，我国著名水利水电专家潘家铮提出了滑坡极限分析的两条基本原理，即极大值原理和极小值原理，对稳定性分析力学原理进行了总结并使其得到了发展。1978年张天宝通过对瑞典法建立的简单土坡稳定系数函数的数值的深入分析，将最危险滑弧的变化规律全面的归纳了出来。与以上方法一起被运用于边坡稳定性分析的方法还有限单元法(Goodman, Taylor, Brelcke, 1968； O.Zienkiewicz, 1968等)、离散元法(Cundall , 1971)等数值分析方法被用于边坡稳定性分析，为定量评价边坡的稳定性创造条件，从而使边坡稳定性研究讲入模式机制和作用过程研究成为可能。
进入20世纪80年代以来，边坡稳定性研究的理论、方法及实践得到不断深入发展并且逐渐趋于完善，边坡稳定性研究仍是岩石力学界、工程地质界研究的热点。分析方法、分析手段都得到了长足发展，极限平衡分析方法得到不断的完善。
近年来，随着传统方法的不断完善和新的分析方法的兴起，极大地丰富了边坡稳定性分析方法。
在不断的发现解决问题的过程中人们对公路建工程中遇到的边坡问题有了较深入的认识，但是在新的工程中遇到边坡问题仍然需要认真的分析进行处理，常常会有由于工程设计人员对地质情况了解不足而导致边坡失稳的事故发生。。在综合监测技术应用方面，需要进一步推广自动化的监测技术和信息反馈系统，便于形成简洁有效的监测机制和综合分析的方法。
因此边坡的稳定性分析方法将朝着更加新的理论、新的方法、新的技术迈进，更能将安全可靠和经济效益双目标结合在一起更进一步的满足人类的需求。
1.3边坡稳定分析方法
在滑坡稳定性分析方面，经过上百年的发展已经形成了几种比较成熟的理论，现在比较常见的稳定性分析方法有瑞典圆弧法、瑞典条分法、毕肖普法、简布条分法、传递系数法等，下面就这几种方法做一下简单的介绍。
1.3.1 整体圆弧法：适用范围，对于均质简单坡，假定土坡失稳破坏时滑动面为一圆柱面，将滑动面上的土体视为刚体，并以其为脱离体，分析在极限条件下其土作用的各种力，而以整个圆弧面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义土坡的稳定安全系数。
1.3.2 毕肖普条分法：适用范围，假定各土条底部滑动面上的抗安全系数相等，取单位长度土坡按平面应变问题计算优点，毕肖普条分法考虑了土体两侧的作用， 忽略了条块间的切向力的影响，相比瑞典条分法要更合理些，因此在国内外被广泛使用，并且随着研究的加深，毕肖普法得到不断的改进完善。

1.3.3 传力系数法亦称为不平衡力法，其基本假定
1）滑坡体不可压缩并作为整体下滑，不考虑条块之间的挤压变形。
2）条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块间的拉裂。
3）快间作用力（即推力）以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分解面的中点。
4）垂直滑坡主轴单位长度（一般为1m）宽的岩体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。
1.4 常见边坡工程治理措施介绍

1）放缓边坡
放坡措施是边坡处治工程中最常见的措施，也是边坡处理中的首选措施。放缓边坡通过削掉一部分不稳定的边坡岩土体，放缓边坡的坡度，提高边坡的稳定性。削坡开挖前首先要做好施工测量，通过测量开挖前的原始地形和施工时对开挖断面图和地形图进行放样，控制好土方工作量。在开始施工前，要对场地进行清理，清除掉坡面上的杂草、杂物、树木等，然后根据设计要求，按设计坡度采取挖除的方法进行削方和坡面整形。
2）支挡措施
边坡工程中常见的支挡措施有抗滑桩和挡土墙等。
1、抗滑桩
抗滑桩是承受滑坡推力、土体抗力等水平作用力为主的柱形构件，桩体常采用大截面钢筋混凝材料，以达到稳定岩土体的目的。抗滑桩的设置应保证提高滑坡体的稳定系数达到规定的安全值，滑坡体不越过桩顶或从桩间滑动，不产生新的深层滑动。抗滑桩的平面布置、桩间距、桩长和截面尺寸等等的确定，要考虑施工的可行性和施工方便、经济、合理。
根据抗滑桩的设置原则，抗滑桩的一般设计内容为：
<1>对抗滑桩进行剖面布置：抗滑桩一般布置在滑坡体较薄、锚固段地基强度较高的滑坡前缘抗滑地段。抗滑桩的桩长宜小于35m，对于滑面埋深大于25m的滑坡，采用抗滑桩时，要充分论证其可行性。
<2>桩的平面布置：抗滑桩的平面布置一般布置成一排，可以是直线型的，也可以是曲线的，一般要求与滑体的滑动方向垂直。桩的间距根据滑坡推力的大小、滑体土的密度和强度桩的截面大小、桩的长度和锚固深度以及施工条件等因素来确定。一般采用的桩间距为6m~10m。对于较潮湿的滑体和较小截面的桩，也可按品字形或梅花形多排布置。
<3>桩的截面形状：混凝土抗滑桩的截面形状有矩形和圆形等，挖孔桩多采用矩形截面。当截面形状难以确定时，应采用圆形桩。
<4>其他布置：在桩间增设钢筋混凝土挡土板，构成桩和板组成的桩板式抗滑桩可以增加支挡斜坡的稳定性，防止受荷段桩间土体下滑。在重要建筑区，抗滑桩之间应用钢筋混凝土联系梁联接，以增强整体稳定性。

2、挡土墙
挡土墙是用来支撑山坡土体或人工填土以防止土体变形失稳的一种构造物。在道路工程中，挡土墙广泛用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等，也常用于整治塌方、滑坡等路基病害。在自然营力和附加荷载等人为因素的影响下，路基的稳定状态处于不断变化之中，为保证路基稳定，常采用一些加固措施，如改良边坡或地基的土质和设置支挡建筑物等。挡土墙就是其中之一，它的功能是抵抗土体的侧压力，防止墙后土体坍塌。墙身靠填土（或山体）一侧为墙背，大部分外露的一侧称墙面，墙的顶面部分称为墙顶，墙的底面部分则称为墙底，墙背与墙底的交线称为墙踵墙面与墙底的交线称为墙趾。墙背与竖直面的夹角称为墙背倾角，一般用表示；工程中常用单位墙高与其水平长度之比表示，及可表示为。墙踵到墙顶的垂直距离称为墙高，用表示。此外，为计算土压力而采用的名称有地面倾角、墙背摩擦角（即墙背与填土间的摩擦角）。
3）加固措施
岩土体的加固措施是对岩土体本身的破碎结构进行整体加固或者是将滑动体和未滑动土体进行联接加固，从而达到稳定岩土体的目的。目前常用的岩土体加固措施有灌浆加固、锚杆加固、土钉加固、预应力锚索加固等。
1、灌浆加固
灌浆加固主要用于坡体较为破碎、节理裂隙较为发育的边坡工程中，是一种深层加固方法。施工时用压力往边坡坡体中灌浆，通过压力的作用，灌浆液可以通过钻孔壁周围切割的节理裂隙向四周渗透，从而将破碎岩土体胶结成一个整体。同时，砂浆柱也可对破碎边坡岩土体起到螺栓连接作用，整体提高坡体稳定性。
2、锚杆加固
锚杆加固主要用于具有软弱地层或者坡体比较破碎的边坡，是一种中浅层加固方法。锚杆加固通过将受力拉杆埋入地层，与岩土体形成螺栓的作用，从而充分发挥岩土体的能量，调用和提高岩土的自身强度和自稳能力，减轻结构自重，达到节约工程材料，确保施工安全的目的。
3、土钉加固
土钉加固适用于软质岩石边坡或土质边坡，通过向破体内打入足够数量的土钉，对边坡进行加固。土钉加固具有短而密的特点，因而是一种浅层的加固方式。
4、预应力锚索加固
预应力锚索加固可用于边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较深的情况，是一种深层加固技术，现在广泛应用于高边坡加固工程中。在高边坡加固工程中，预应力锚索加固相比于其他加固措施，具有更为明显的优势：①受力可靠；②作用力可均匀分布于需加固的边坡上，对地形、地质条件适应力强，施工条件易满足；③主动受力；④不需要放炮开挖，不会扰动和破坏坡体，有利于维持坡体本身的力学性能不变；⑤施工迅速。
4）排水工程
边坡工程中的排水设计包括地表排水设计和地下排水设计。
1、地表排水设计
地表排水工程应根据滑坡的规模、范围及其重要程度，准确，合理地选定某一降雨频率作为计算流量的设计标准，将大于设计标准或在非常情况下是工程仍能发挥其原有作用的安全标准，作为校核标准。地表排水主要通过开挖排水沟实现。排水沟的截面形式分为矩形、梯形、复合型及U型等。由于梯形、矩形断面的排水沟便于施工，而且维修起来也较为方便，同时具有较大的水力半径和输移力，因此在边坡排水设计中应优先考虑。
2、地下排水设计
如果滑坡体表层有积水湿地和泉水露头时，可将排水沟做成渗水盲沟，伸进湿地内，达到疏干湿地内上层滞水的目的。渗水盲沟应采用不含泥的块石、碎石填实，两侧和顶部做反滤层。
5）土工格室植草护坡设计
土工格室植草护坡是指在展开并固定在坡面上的土工格室内填充改良客土，然后在格室上挂三维植被网，进行喷播施工的一种护坡技术。利用土工格室为草坪植物生长提供稳定、良好的生存环境。采用土工格室植草，可使不毛之地的边坡充分绿化，带孔的格室还能增加坡面的排水性能。土工格室植草护坡设计需先进行坡面布置设计及排水施工设计，根据设计要求，进行土工格室施工设计及选择良好的回填客土，最后进行三维植被网施工设计，并做好前期养护方案。
1.5技术方案：
1.1在设计之前，首先了解了关于边坡支护的各种方案，查看资料，例如《边坡工程处治技术》、《公路边坡稳定技术》、《公路边坡防护与治理》等，对边坡工程进行初步了解；
1.2 仔细阅读勘查报告，了解工程地质情况，确定边坡岩土体参数；
1.3 根据岩土体情况初步选取两种方案支挡方案；
1.4 经过方案比选之后确定支挡方案， 进行设计和验算
1.5 进行施工组织设计，绘出施工图

1.6 技术路线
第二章 工程简介
2.1 工程概况
（1）自然条件
xx互通是xx高速一个重点工程，其中A匝道桥下穿主线，设计为双向4车道，整体式桥梁，桥面宽15.5m，钢筋混凝土预应力现浇箱梁（12×30m），采用桩基础，桩长30m；桥梁里程桩号为AK0+770~AK1+130，全长360米，是本互通区的重要构造物。桥址区行政隶属于陕西省仁怀市xx乡樱桃湾村。
xx互通A匝道桥位于宽缓冲沟及缓斜坡中部，由于施工过程中对斜坡中上部进行临时弃土堆载，致使斜坡发生蠕动变形，地表出现诸多拉张、剪切裂缝，进而导致已经开挖完成的A匝道桥梁3号墩桩孔发生挤压变形，水泥护壁显著破坏，桥梁桩基暂无法灌注，严重威胁桥梁施工和运营安全，因此需及时对桥址区工程性滑坡进行专项勘察，并进行合理的治理。
（2）工程地质条件
1）地形地貌
勘查区地貌单元属于构造剥蚀低中山区山间沟谷。
该区地形起伏较大，植被较发育；滑坡堆积体沟谷中部。堆积体前后缘地面高程720-755米，相对高差约35米。
2) 地质构造
该区处于茅台向斜北翼，地层南倾，岩层产状较平缓，地层稳定，无大断裂通过，也无新构造运动迹象，区域稳定性较好, 岩层产状170。∠40。。
3） 地震
根据历史记录，勘察区内地震强度较小，地震频率不高，无破坏性地震，属于轻震区。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，地震加速度0.05g，峰值频谱周期0.35s，地震基本烈度为Ⅵ度。

4）地层岩性
根据1：1000地质调绘和钻孔资料揭露，勘查区地层如下：
①杂填土（Q4me）：杂色，主要为附近边坡开挖堆积土石，含25%左右碎、块石，干燥，硬塑。
②粉质粘土（Q4el+dl）：褐黄色，土质不纯，结构较致密，约含10%左右小砾石，块径2-10mm。稍湿，硬塑，
③粉质粘土（Q4el+dl）：灰褐色，土质均匀，质纯，夹少量小砾石，稍湿，软塑~硬塑。
④滑带土（Q4del）：滑坡体中后部为残积土与全风化岩界线错动，残积土见明显挤压迹象，岩芯呈层状、饼状，稍湿、硬塑；滑坡体中前部为残积土层间错动，残积土见略显挤压迹象，岩芯见轻微揉皱，稍湿，软塑~硬塑。
⑤全风化泥岩（J1-2zl）： 紫红色-棕红色，原岩风化剧烈，结构、构造完全破坏，岩芯破碎，呈土状，手捏易碎。
⑥强风化泥岩（J1-2zl）： 紫红色-灰绿色，泥质结构，中厚层状构造，岩芯呈碎块状-短柱状，锤击易碎。
⑦中风化泥岩（J1-2zl）：紫红色，泥质结构，中厚层状构造，岩芯呈短柱状，节长10－15cm，夹少量短柱状，局部夹碎块状，未揭穿。
5） 地下水及地表水
1、地表水
该区区地表水不发育，但长时间降雨或暴雨期间，山坡地表水汇集沿坡面及冲沟径流，地表水沿山坡及冲沟汇集、径流，为瞬时~短时性水流。根据附近构筑物水质分析结果：该桥址区地表水对混凝土不具腐蚀性。
2、地下水
桥址区地下水类型主要为基岩裂隙水。
基岩裂隙水不均匀地赋存于泥岩的裂隙中，地下水位埋深较深，水量较小，地下水埋深15-19米。地下水沿基岩层面、裂隙面渗透，受大气降水影响较大。强~中风化泥岩富水性弱、导水性弱。综合分析，水量总体较小，对拟构筑物影响较小。根据附近构筑物水质分析结果：该区地表水对混凝土不具腐蚀性。
2.2 边坡工程治理措施分析
根据场地工程地质、水文地质条件，结合边坡的现状，按 “技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工、一次根除、不留后患”的原则，建议采用如下治理措施，且其边坡整治后的稳定系数应≥1.30（按平面滑动法）。
（1）边坡Ⅰ区、Ⅴ区采用矮挡墙结合放坡、坡面喷射混凝土；边坡ⅡⅢ、Ⅳ区采用岩石锚喷支护或锚杆挡墙联合支护，逆作法施工，锚固段应穿过潜在滑动面一定深度。
（2）在边坡顶修砌截水沟、坡脚修砌排水沟，做好地表水管理及排放工作。
（3）从施工开始起，坚持进行边坡的变形观测及监测，以便掌握和预测边坡的变形情况而采取应对措施。
2.3 结论建议
1、该滑坡为一工程堆载、爆破引发的中浅层—推移式—塑性—土质—圆弧形滑坡。滑坡堆积体长140 m，宽60 m，厚度6-15 m，堆积体70000m3。，
2、综合分析认为该滑坡体目前处于挤压变形阶段，稳定性差，滑动面已经大面积形成。
3、综合分析，建议采取：天然γ=18.3 C=19 ф=13.6；饱和γ=19.7 C=15.1 ф=10.8，作为设计指标。
4、考虑极端不利工况堆积体稳定性，建议采用抗滑桩设防，确保2井、3井及4井墩安全。设计参数经由计算取得。
5、建议D匝道路基西侧边坡设置抗滑措施，防止堆积体后缘边坡失稳导致路基滑塌，确保D匝道其稳定性。
6、建议加强坡面拦、排水设置，防止坡面渗水软化滑动面，导致继续变形、滑动。
第三章 稳定性计算
滑坡稳定性计算的主要内容就是滑坡推力的计算，目前，计算滑坡推力的方法比较多，应用较多的如瑞典条分法、毕肖普法、传递系数法、分块极限平衡法、詹布法等，其中传递系数法是验算山区土层沿岩面滑动最常用的边坡稳定验算方法，本设计即采用传递系数法进行边坡稳定性计算。
3.1 边坡计算公式
3.1.1传力系数法计算公式
稳定系数：
传递系数：
其中，，j=i
第i条块滑体抗滑力(kN/m)：
第i条块滑体下滑力(kN/m)：
第i条块单宽渗透压力(kN/m) ，作用方向倾角为 ：
第i条块滑体滑动面法线上的反力(kN/m)：
第i条块自重与建筑等地面荷载之和(kN/m)：
式中：
—稳定系数；
—第i块段滑体所受的重力（KN/m）；
—作用于第i块段的抗滑力（KN/m）；
—第i块段滑动面的法向分力（KN/m）；
—第i块段土的内摩擦角（º）；
—第i块段土的粘聚力（Kpa）；
—第i块段滑动面的长度（m）；
—作用于第i块段滑动面上的滑动分力（KN/m），出现与滑动方向相反的滑动分力时，应取负值；
—第i块段剩余下滑动力传递至i+1块段时的传递系数（j=i）；
剩余下滑推力计算公式：
式中
Pi、Pi-1—分别为第i块、第i+1块滑体的剩余下滑力（kN/m）；
k—滑坡推力计算安全系数
—作用于i块滑动面上的滑动分力（kN/m）；
—作用于第i块段的抗滑力（kN/m）；

3.1.2 圆弧滑动法计算公式：
式中 K——边坡稳定性系数；
Ci——第i 计算条块滑动面上岩土体的粘结强度标准值（kpa）；
αi——第i 计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值（°）；
li——第i 计算条块滑动面长度（m）；
θiαi——第i 计算条块底面倾角和地下水位面倾角（°）；
Gi——第i 计算条块单位宽度岩土体自重（kN／m）；
Gbi——第i 计算条块滑体地表建筑物的单位宽度自重（kN／m）；
PWi——第i 计算条块单位宽度的动水压力（kN／m）；
Ni——第i 计算条块滑体在滑动面法线上的反力（kN／m）；
Ti——第i 计算条块滑体在滑动面切线上的反力（kN／m）；
Ri——第i 计算条块滑动面上的抗滑力（kN／m）
3.1.3平面滑动法边坡稳定性系数计算公式
式中 γ——岩土体的重度（kN／m3）；
c——结构面的粘聚力（kPa）；
α——结构面的内摩擦角（°）；
A——结构面的面积（m2）；
V——岩体的体积（m3）；
θ——结构面的顷角

3.2 滑坡推力计算
计算参数按下表取值:

查看全文
10
`