山區(qū)公路路基地震荷載破壞與抗震措施研究

(貴州省貴陽公路管理局 貴州 貴陽 550001)

一、引言

我國(guó)是一個(gè)多山同時(shí)也是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，西南地區(qū)高山眾多，修建于此的公路時(shí)常會(huì)受到地震的影響與危害。地震通常會(huì)對(duì)公路的路基、邊坡造成巨大的破壞，往往會(huì)導(dǎo)致路基塌陷、邊坡失穩(wěn)、路面斷裂、路面出現(xiàn)重大裂縫進(jìn)而導(dǎo)致車輛無法通行等災(zāi)害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。山區(qū)公路路基抗震性能和抗震措施的研究主要在《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上進(jìn)行。對(duì)公路路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì),對(duì)路基結(jié)構(gòu)的安全性、抗震性能進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)和分析。保證路基結(jié)構(gòu)能夠有效的應(yīng)對(duì)地震帶來的破壞和損害,是提高公路運(yùn)行的安全性,滿足現(xiàn)代化公路建設(shè)的需求。

二、地震作用下路基的破壞形式

根據(jù)以往的相關(guān)資料分析，地震會(huì)對(duì)路基的邊坡、地基、路面、排水系統(tǒng)和支擋結(jié)構(gòu)等造成一定程度的破壞。

在地震荷載作用下，路基結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生豎向變形。公路路基的震害以路基主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降為主，扭曲和滑移變形也較多出現(xiàn)。路基震害主要表現(xiàn)為擋墻開裂、塌落、坍塌、支擋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低等。

根據(jù)公路路基的不同組成，路基震害可分為路基本體破壞、支擋結(jié)構(gòu)受損和邊坡滑塌掩埋三大類。

公路路基在地震作用下會(huì)以下形式的破壞：

第一，表現(xiàn)為路基結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)損害，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

第二，路基結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降塌陷，或者其結(jié)構(gòu)的地下巖層出現(xiàn)變形和扭曲、擠壓導(dǎo)致路基路面出現(xiàn)損害破壞。

第三，路基周圍的斜坡半填半挖路基出現(xiàn)破裂、松散的問題。這主要與路基本身地基承載力建設(shè)程度不一致，在較大的地震荷載作用下土體出現(xiàn)松散、移動(dòng)等現(xiàn)象，影響路基的穩(wěn)定性和正常使用。

第四，填方路基出現(xiàn)隆起變形。這主要是填方路基受到地震波的影響,在地震能量沖擊作用下導(dǎo)致路基出現(xiàn)波浪式的起伏,并且產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向裂縫,導(dǎo)致路基嚴(yán)重受損。

三、公路路基抗震性能分析

公路上路基震害與是否對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)、防護(hù)類型、邊坡巖體類型等因素有很大的關(guān)聯(lián)。根據(jù)以往的工程案例，當(dāng)對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)后其變形及裂縫會(huì)明顯地減少，沒有進(jìn)行支擋的邊坡路基在地震能量的作用下易出現(xiàn)崩塌、滑坡。路基邊坡破壞與邊坡坡度、高度、支擋類型等因素有關(guān)。

路基抗震能力的大小主要與下列幾個(gè)因素有關(guān)：地震烈度、地質(zhì)條件、擋土墻的高度、擋土墻的結(jié)構(gòu)類型、擋土墻的抗震能力。

路基邊坡在相關(guān)外力及重力的作用下會(huì)有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，如果邊坡土體內(nèi)部某一滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力的大小超過抗滑力的大小，路基邊坡便會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。公路填方路基抗震性能研究主要從三個(gè)方面進(jìn)行,分別是填土動(dòng)力特性、路基結(jié)構(gòu)對(duì)地震載荷的響應(yīng)以及路基邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性。具體如下。

(一)填土動(dòng)力響應(yīng)分析。在地震荷載的作用下，填土將會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力響應(yīng)。由此，路基會(huì)產(chǎn)生一定程度的破壞,從而填土的強(qiáng)度、模量、阻尼參數(shù)都會(huì)發(fā)生相關(guān)的變化。在進(jìn)行填土的動(dòng)力響應(yīng)分析時(shí)需要從填土的位移、應(yīng)力、應(yīng)變這幾個(gè)方面入手。

(二)路基結(jié)構(gòu)對(duì)地震載荷的響應(yīng)。研究土體結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)主要是研究結(jié)構(gòu)的位移、速度和加速度。大量的研究發(fā)現(xiàn),通過擬靜力法、滑塊分析法和概率分析進(jìn)行研究分析,多方面分析路基結(jié)構(gòu)在遇到地震波情景下,公路路基出現(xiàn)的震動(dòng)載荷強(qiáng)度、震動(dòng)斷面形狀以及路基填土特性,在以此基礎(chǔ)上,提出路基減震措施。

(三)路基邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性。路基邊坡在受到地震波帶來的動(dòng)力作用情景下,能否保持穩(wěn)定對(duì)于公路路基抗震性能的構(gòu)建有著非常重要的影響。路基承受較大的動(dòng)載荷下,其穩(wěn)定性必然會(huì)發(fā)生變化。

四、提高路基抗震能力的措施

路基在地震荷載作用下的破壞主要與路基的土體類型、路基的風(fēng)化程度有關(guān)。路基邊坡破壞與所處邊坡坡度、防護(hù)類型及高度、處治措施等因素有關(guān)。在工程實(shí)際中，可以采取下列措施來提高路基抗震能力的大小。

(一)合理確定路線方案。路線盡量繞避地震斷層帶、軟弱地基或不良地質(zhì)區(qū)，克服不良地質(zhì)、水文地質(zhì)較差的地段，最大程度上減少高填深挖路基的使用。盡可能地使路線在抗震設(shè)防烈度較低的地方或地質(zhì)條件較好的地方通過。

(二)選擇合適的路基支擋結(jié)構(gòu)。可以多采用鋼筋混凝土重力式擋土墻，其抗震能力較其他重力式擋墻強(qiáng)。也可以采用加筋擋土墻、錨桿擋土墻、土釘墻等柔性支擋結(jié)構(gòu)。這些柔性支擋結(jié)構(gòu)對(duì)山區(qū)路基的抗震也有較好的效果，具有很好的抗震設(shè)防工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。路基支擋工程應(yīng)盡可能避免或減少半填半挖路基。當(dāng)高速公路經(jīng)過大于6度烈度區(qū)時(shí),擋土墻應(yīng)進(jìn)行抗震強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。在軟弱地基土修建擋土墻時(shí),可采取換土、加大基礎(chǔ)面積、采用樁基等措施,并要確保施工質(zhì)量將擋土墻上安裝排水管或反濾層等排水設(shè)施，對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理且符合規(guī)范的配筋均可以在一定程度上提高擋土墻的抗震能力。

(三)加強(qiáng)排水設(shè)施的養(yǎng)護(hù)工作。水對(duì)路基抗震能力的影響往往是十分突出的,是路基病害產(chǎn)生的重要因素。在路表積水和地下水的長(zhǎng)期作用下，路塹邊溝會(huì)出現(xiàn)斷裂、淤積、水流下滲等現(xiàn)象。受水浸泡后的軟土地基或水穩(wěn)定性較差的路塹其物理力學(xué)指標(biāo)會(huì)大大降低嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)崩塌、斷裂、塌陷等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響道路的正常使用和道路交通的安全。因此，加強(qiáng)對(duì)地表水的排除便顯得十分重要，可以設(shè)豎井、盲溝引流和排除地表水，定期對(duì)地表積水進(jìn)行檢查。排水設(shè)施可以保證路基的強(qiáng)度得到保證，在地震荷載作用下不至于產(chǎn)生超出正常范圍的巨大破壞。

(四)對(duì)軟弱地基進(jìn)行預(yù)先加固處理。軟土地基在地震荷載作用下易引起沉降或不均勻沉降進(jìn)而導(dǎo)致路基變形。軟弱地基路段在地震波能量的作用下易發(fā)生路堤坍塌病害和路基主體與邊坡溜坍病害。對(duì)于軟弱地基可以采取換土法、改良原土壤法。對(duì)問題土壤進(jìn)行加勁處理法、沙墊層法、強(qiáng)夯法、靜力排水固結(jié)法等進(jìn)行處理，然后分層回填壓實(shí)，還應(yīng)適當(dāng)加鋪土工格柵。