填挖方邊坡的坡率確定機理
工程建設中,一般情況下,挖方邊坡多貫徹從下至上坡率逐漸變緩的設置方式,填方邊坡多貫徹從下至上坡率逐漸變陡的設置方式。很多技術人員也習以為常,在自然而然的應用,但對于為什么采取這樣的設置方式,卻有很多人回答不上來。故此,筆者對其設置機理進行說明。
邊坡坡率的設置是一個綜合考量的結果,主要影響因素可分為自然因素與人為因素兩大類。
1、自然因素:主要指地質因素,即地形地貌、巖土體性質、坡體結構、水文地質、地質構造等多方面因素。
1)地形地貌平緩,適當放緩坡率而邊坡的高度變化不大,卻能有效提高邊坡穩定性。反之,地形地貌偏陡,就應適當設置陡坡率而防止坡率偏緩導致邊坡高度增加過快。
2)巖體強度較高,即使較陡坡率也可有效確保邊坡的穩定。反之,巖體強度偏低,設置較陡坡率就可能導致其應力過于集中而變形。
3)坡體結構是影響坡體穩定性的核心。如陡傾順層邊坡可采用順層清方,而緩傾順層邊坡如若采用順層清方則可能導致土石方量過大,環境破壞嚴重。再如切層邊坡一般情況下穩定性較好,故邊坡坡率可適當較陡。
4)水是影響邊坡穩定性的關鍵。隨著含水量的增加,巖土體物理力學性質下降而導致邊坡穩定休止角減小。因此,含水量高的地層,邊坡坡率則相對較緩,反之亦然。
5)地質構造決定了巖土體的完整程度、坡體結構、水文地質等地質因素。就巖體的完整方面來說,地質構造越強烈,巖體完整度越低、越破碎,就需設置相應較緩的坡率與之匹配,反之亦然。
2、人為因素:主要指征地條件限制、構造物的位置、人的審美觀念,以及一些特殊要求等多方面因素。
1)邊坡的開挖或填筑不可避免的需要占用土地,因此,邊坡坡率的設置需依據征地紅線而結合工程措施進行合理設置;
2)在邊坡影響區內存在重要結構物,如高壓電塔、文物、建筑物等重要設施時,就需考慮坡率設置對結構物的影響,不能拆遷時就需設置較陡的坡率結合工程措施進行合理設置。
3)作為人造工程,不同的人具有不同的審美觀。因此,邊坡坡率的設置不可避免地受到人的主觀影響。
4)不同行業對邊坡要求是有所差異的。如高鐵線路邊坡為獲得更高的安全度,往往邊坡坡率或支擋加固措施明顯較公路要求更為嚴格,而市政邊坡為獲得更好的舒適感而往往采用較緩的邊坡坡率。
在以上邊坡坡率設置的主要因素中,在某一個具體的邊坡坡率設置中并不是都會出現,也并不是都在某一個具體邊坡中都發揮著同等重要的作用。而是依據具體邊坡選用其中幾項或一項,并依據影響因素選取控制因素,對邊坡的坡率進行綜合應用。但在以上邊坡坡率設置的影響因素之中,有一項是每個邊坡均應考慮的,那就是巖土體性質。
對于挖方邊坡來說,一般情況下,越接近地表,巖土體受外界影響就越強,風化也越強烈,即巖土體性質越弱,休止角越小。反之亦然。因此,為適應巖土體性質,邊坡的就體現為從下至上坡率逐漸變緩的設置方式,從而獲得較好的坡體整體與局部穩定性。如下圖1-1。
圖1-1 挖方坡率設置示意圖
圖1-2 挖方邊坡上緩下陡式坡率
對于填方邊坡來說,一般情況下,填料的性質是相對比較均勻的。因此,在確保各級邊坡局部穩定性的基礎上,邊坡從上至下采取漸變緩的坡率設置,可有效扎穩“下盤”,從而有效提高邊坡的整體穩定性。甚至有時為進一步提高邊坡的穩定性,扎穩“下盤”而采用反壓護道的形式。如下圖2-1。否則,如果出現從上至下采取逐漸變陡坡率設置時就可出現“頭重腳輕”的情況出現,那邊坡的穩定性就會大打折扣。
圖2-1 填方坡率設置示意圖
圖2-2 填方邊坡上陡下緩式坡率
黑格爾說“存在即合理”。挖方邊坡坡率常見的“上緩下陡”和填方邊坡坡率常見的“上陡下緩”設置形式,是從古至今勞動人民智慧在實踐中的經驗總結,是現代巖土工程理論所驗證和提供理論指導的,這是巖土體綜合性質的直接反映。
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