山區(qū)高速公路高邊坡防護(hù)削坡減負(fù)防護(hù)技術(shù)及應(yīng)用研究

李昊軒

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高速公路逐漸蔓延到偏遠(yuǎn)山區(qū)，在道路工程建造中不可避免的遇到深切邊坡、高填邊坡等不良情況，因此需要采取適宜防護(hù)技術(shù)提高邊坡穩(wěn)定性。本文簡(jiǎn)要概述了高速公路常用高邊坡防護(hù)技術(shù)，通過(guò)對(duì)山區(qū)高速公路高邊坡變形機(jī)理分析明確邊坡失衡原因，在此基礎(chǔ)上以工程實(shí)例分析了山區(qū)高速公路高邊坡防護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果，以此提高我國(guó)山區(qū)高速公路高邊坡防護(hù)水平與質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高速公路;邊坡防護(hù);防護(hù)技術(shù);應(yīng)用效果

引言：

山區(qū)高速公路因其用途特點(diǎn)常常受到自然、人為因素的不良影響，若是不采取有效防護(hù)手段，極易出現(xiàn)邊坡失衡、土方塌陷等問(wèn)題。導(dǎo)致邊坡失衡的原因很多，施工單位需要結(jié)合邊坡變形機(jī)理采取適宜防護(hù)手段，以便提高高速公路邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

一、高速公路高邊坡防護(hù)技術(shù)簡(jiǎn)介

1、削坡減負(fù)防護(hù)技術(shù)

在對(duì)高速公路進(jìn)行邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要結(jié)合邊坡土質(zhì)特點(diǎn)對(duì)工藝流程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以此分擔(dān)道路結(jié)構(gòu)壓力，實(shí)現(xiàn)邊坡減負(fù)目的。削坡減負(fù)防護(hù)技術(shù)是建立在坡面減負(fù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理削減實(shí)現(xiàn)科學(xué)分擔(dān)邊坡壓力的目的，以此獲得較好防護(hù)效果。

2、重力擋土加固技術(shù)

重力擋土是重要的邊坡加固技術(shù)，施工區(qū)域土質(zhì)在重力的作用下形成阻擋墻體，有助于維持邊坡結(jié)構(gòu)堅(jiān)固穩(wěn)定，可謂優(yōu)秀的邊坡加固手段。該項(xiàng)技術(shù)主要以土質(zhì)作為固定工具，因此并不適于大規(guī)模加固工程。常用的重力擋土方式分為豎直式、傾斜式、衡量式三大類(lèi)，施工單位需要結(jié)合地質(zhì)地貌、自然環(huán)境特點(diǎn)選擇最佳施工方式。

3、土釘墻錨加固技術(shù)

該施工方式主要借助錨桿與混凝土實(shí)現(xiàn)邊坡加固作用，錨桿在噴灑混凝土的作用下提高邊坡土質(zhì)硬度、剛性。在施工建造前需要結(jié)合邊坡區(qū)域特性采取從上至下的逐層建造模式，以此確保整個(gè)邊坡結(jié)構(gòu)均由“錨桿+混凝土”組成。該施工方式適合于坡面水分少、土石結(jié)構(gòu)強(qiáng)的建筑工程。

4、噴錨支護(hù)防護(hù)技術(shù)

噴錨支護(hù)技術(shù)與土釘墻錨技術(shù)具有異曲同工之妙，都是利用“錨桿+混凝土”配合實(shí)現(xiàn)加固作用，二者在工藝流程、適宜區(qū)域、邊坡類(lèi)型方面存在顯著差異。該施工方式適用于巖質(zhì)邊坡、自然變形、侵蝕滑移等情況，有助于提高整體邊坡穩(wěn)定性。

二、山區(qū)高速公路高邊坡削坡減負(fù)防護(hù)技術(shù)淺析

1、山區(qū)高速公路高邊坡變形機(jī)理

1.1深切邊變形機(jī)理

江西山區(qū)常見(jiàn)的深切邊變形機(jī)理分為麻里滑動(dòng)、拉裂滑動(dòng)、土體崩塌、圓弧滑動(dòng)四大類(lèi)具體情況見(jiàn)圖1。麻里滑動(dòng)是由于開(kāi)挖施工引起的巖石塊體重力下滑，由此導(dǎo)致其于坡體出現(xiàn)裂縫;拉裂滑動(dòng)是由于邊坡開(kāi)挖引起坡頂出現(xiàn)卸荷，在雨水的沖刷下導(dǎo)致裂縫不斷擴(kuò)大，最終引起滑動(dòng)問(wèn)題;坡體被節(jié)理面切割為楔體，隨著雨水滲入產(chǎn)生拉伸力，由此導(dǎo)致坡體出現(xiàn)土體崩塌;圓弧滑動(dòng)主要出現(xiàn)于土質(zhì)邊坡區(qū)域，邊坡在施工挖掘作用下形成凹陷，水體自然而然匯聚在坡腳位置，由此導(dǎo)致邊坡抗剪強(qiáng)度降低，引起裂縫問(wèn)題。

2、山區(qū)高速公路高邊坡削坡減負(fù)防護(hù)技術(shù)案例分析

2.1工程地質(zhì)概況

本文以江西省某縣山下高速公路的深切邊坡為主要研究對(duì)象，工程所在地屬于丘陵地貌，平均海拔445m，常年受到雨水、河流侵潤(rùn)。由深切邊坡地質(zhì)剖面圖（圖2）分析可知，坡體由巖石和土壤組成，巖石呈現(xiàn)為堅(jiān)硬的塊狀凝灰結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂縫表現(xiàn)為輕微發(fā)育狀態(tài)。

2.2高邊坡防護(hù)方案

為了確保高邊坡防護(hù)方案設(shè)計(jì)的合理性，需要借助Ansys軟件完成邊坡網(wǎng)格劃分工作，邊坡下部中分化層具有較好力學(xué)性能，因此采取5m單元格的劃分方式;邊坡上部地層選擇2m單元格的劃分方式。對(duì)于邊坡開(kāi)挖區(qū)域需要進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，以便更好的分析錨桿支護(hù)下的邊坡區(qū)域應(yīng)力變化情況。在此基礎(chǔ)上利用Mohr-Cullen模型求得邊坡承受應(yīng)力，通過(guò)對(duì)邊坡收斂性的比對(duì)分析判斷防護(hù)方案穩(wěn)定與否。

本研究利用Cable模塊模擬邊坡錨桿力學(xué)性能，假定錨桿半徑為75mm，以3m×3m的間距排布于邊坡一/二級(jí)區(qū)域，與水平面呈20°夾角，最后利用型號(hào)C30的水泥完成錨桿灌漿工作。本方案選用的玻璃鋼錨桿參數(shù)主要由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

2.3方案模擬效果分析

2.3.1邊坡剪應(yīng)力分析

通過(guò)分析可知，在進(jìn)行玻璃鋼錨桿防護(hù)前，深切邊坡呈現(xiàn)為坡腳應(yīng)力局部匯聚現(xiàn)象;防護(hù)后的邊坡二級(jí)區(qū)域應(yīng)力表現(xiàn)為分布狀況，在有效緩解應(yīng)力集中問(wèn)題的基礎(chǔ)上提高了深切邊坡整體穩(wěn)定性。

2.3.2邊坡剪應(yīng)變分析

通過(guò)分析可知，在進(jìn)行玻璃鋼錨桿防護(hù)前最大剪應(yīng)變位于坡腳位置，呈現(xiàn)為“細(xì)條狀”蔓延狀態(tài)，凝灰熔巖在高陡地勢(shì)的影響下會(huì)導(dǎo)致坡體向強(qiáng)風(fēng)化層滑移，易造成高速公路受損。防護(hù)后的坡體最大剪應(yīng)變位于三級(jí)平臺(tái)區(qū)域，不僅數(shù)值減低，而且在邊坡中的延伸距離也明顯縮短，有效緩解其對(duì)高速公路的不良影響。

2.3.3邊坡塑性區(qū)分析

在進(jìn)行玻璃鋼錨桿防護(hù)前邊坡塑性區(qū)出現(xiàn)在坡腳及臨空面周?chē)梢?二級(jí)區(qū)域向著坡體深處呈“條帶”形狀分布，塑性區(qū)以剪切破壞為主，平臺(tái)區(qū)以拉伸破壞為主。防護(hù)后的深切邊坡基本沒(méi)有塑性區(qū)，由此可知玻璃鋼錨桿防護(hù)有效增加了圍巖強(qiáng)度，同時(shí)緩解了邊坡塑性狀態(tài)。

2.3.4玻璃鋼錨桿應(yīng)力分析

通過(guò)對(duì)錨桿受力云圖（圖6）分析可知，錨桿在邊坡中的應(yīng)力呈現(xiàn)“兩邊小、中間大”的情況，位于邊坡二級(jí)區(qū)域的4根錨桿均發(fā)揮較好防護(hù)作用，其應(yīng)力明顯大于一級(jí)區(qū)域錨桿應(yīng)力;位于一級(jí)區(qū)域的4根錨桿只有上面兩根發(fā)揮了防護(hù)作用，這與底層巖體質(zhì)量較好相關(guān)聯(lián)。上部錨桿應(yīng)力較大體現(xiàn)了錨桿對(duì)于邊坡強(qiáng)度的加固作用，由此證明了玻璃鋼錨桿能夠有效提高巖層穩(wěn)定性。

三、結(jié)語(yǔ)

高邊坡防護(hù)中削坡減負(fù)防護(hù)技術(shù)就整個(gè)公路設(shè)計(jì)而言占據(jù)重要位置，屬于方案設(shè)計(jì)重點(diǎn)、難點(diǎn)，對(duì)于山區(qū)及雨水較多地區(qū)，宜采用該技術(shù)。實(shí)際施工過(guò)程中施工單位需要結(jié)合工程地貌特點(diǎn)、自然環(huán)境因素采取適宜防護(hù)技術(shù)，并通過(guò)模擬計(jì)算的方式確定防護(hù)方案可行與否，切實(shí)提高邊坡防護(hù)水平及高速公路使用壽命，確保我國(guó)高速公路工程的可持續(xù)發(fā)展。

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（作者單位：中鐵二十三局集團(tuán)第六工程有限公司）