典型公路路基與邊坡預(yù)加固技術(shù)研究

鄧興偉

摘要 隨著成渝經(jīng)濟(jì)圈的基礎(chǔ)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，公路的建設(shè)里程也不斷增多。在公路設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，各類(lèi)邊坡穩(wěn)定度不足問(wèn)題日益頻發(fā)，導(dǎo)致公路建設(shè)中出現(xiàn)許多相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。文章對(duì)路基病害及邊坡預(yù)加固技術(shù)進(jìn)行了研究，通過(guò)優(yōu)化預(yù)加固技術(shù)適宜性選擇，結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行分析。結(jié)果表明，路基和邊坡預(yù)加固技術(shù)對(duì)路基的保護(hù)至關(guān)重要，采用板肋式錨桿擋土墻，穩(wěn)定性系數(shù)Kms為1.65，各方向位移處于?1.0～26.7 mm的范圍內(nèi)，即該方案能夠有效減少公路路基與防護(hù)邊坡的損壞。

關(guān)鍵詞 公路路基；邊坡預(yù)加固技術(shù)；板肋式錨桿擋土墻；位移監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）12-0135-03

0 引言

路基是公路施工建設(shè)過(guò)程中最重要的一部分，路基的工程質(zhì)量直接關(guān)系到公路的整體施工質(zhì)量和建設(shè)周期，對(duì)工程造價(jià)也會(huì)產(chǎn)生較大影響，從而影響到公路的使用壽命[1]。此外，公路路基邊坡防護(hù)的好壞，也是延長(zhǎng)公路通行壽命的關(guān)鍵要素之一[2]。因此，在公路路基設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，綜合多方面的相關(guān)影響因素，預(yù)先考慮路基的邊坡防護(hù)預(yù)加固技術(shù)，可以大幅度降低后期公路維護(hù)過(guò)程中產(chǎn)生的費(fèi)用，最大限度地消除公路使用中的安全隱患，從而達(dá)到既延長(zhǎng)公路壽命，又降低公路運(yùn)營(yíng)成本的目的。

在公路設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，容易受到不同環(huán)境和人為因素的影響，會(huì)導(dǎo)致公路的路基與邊坡產(chǎn)生不同程度的病害[3]。在公路病害治理中，一般是緊盯發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題并逐項(xiàng)處理，進(jìn)而消除病害。此類(lèi)傳統(tǒng)的治理模式一般稱(chēng)為被動(dòng)處治，治理過(guò)程中很容易形成災(zāi)害－治理－更嚴(yán)重災(zāi)害的惡性循環(huán)模式，也更容易導(dǎo)致不必要的資金耗費(fèi)[4]。因此，預(yù)加固技術(shù)作為一種全新的治理模式就顯得更加符合現(xiàn)代公路建設(shè)的需求。預(yù)加固技術(shù)一般是指經(jīng)過(guò)測(cè)量與勘測(cè)，以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，然后結(jié)合公路建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)際施工情況，計(jì)算病害的巖土結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提前做出對(duì)相關(guān)病害的防治。該文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情況，通過(guò)研究路基的位移變化，分析了預(yù)加固技術(shù)形式及其適宜性，為公路路基與邊坡預(yù)加固技術(shù)的進(jìn)一步深化應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

1 公路路基與邊坡預(yù)加固技術(shù)

1.1 公路路基病害類(lèi)型與邊坡防護(hù)形式

目前，公路路基的病害種類(lèi)較多，導(dǎo)致病害的防治也存在更大困難。公路路基被干擾后，原始地質(zhì)環(huán)境受到破壞，路基與邊坡構(gòu)成的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，加上外界自然條件及人類(lèi)活動(dòng)等因素影響，與內(nèi)部共同作用使路基與邊坡進(jìn)一步發(fā)生變化。隨著變化的累積和時(shí)間的推移，路基可能發(fā)生下沉、開(kāi)裂、滑動(dòng)和垮塌等危險(xiǎn)，邊坡可能發(fā)生崩塌、坍塌、滑坡和錯(cuò)落等破壞形式。

公路路基邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮各種對(duì)邊坡防護(hù)產(chǎn)生影響的因素，采取一系列的預(yù)防措施，保證邊坡防護(hù)的穩(wěn)固性。邊坡防護(hù)有兩種較為常見(jiàn)的形式：一是工程防護(hù)，比如石砌護(hù)坡、擋土墻防護(hù)和錨桿掛網(wǎng)防護(hù)等；二是植被防護(hù)，比如披草皮防護(hù)和自然形成植被防護(hù)等。

1.2 邊坡預(yù)加固技術(shù)

1.2.1 邊坡類(lèi)型及加固方法

依據(jù)邊坡內(nèi)外結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)劃分，常見(jiàn)的邊坡形式一般可分為3種。其中，松散堆積體邊坡滑坡類(lèi)型主要是由碎塊石夾雜黏性土、碎裂巖體等構(gòu)成，滑動(dòng)面形狀一般為圓弧形。一般情況下，松散堆積體處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)邊坡的邊緣發(fā)生被挖掘時(shí)會(huì)形成較大的架空空間，此時(shí)邊坡有可能出現(xiàn)下滑情況。另外，順層巖質(zhì)邊坡滑坡類(lèi)型的巖層方向與邊坡坡向相吻合，這類(lèi)邊坡變形遭到破壞的原因通常與前緣臨空狀況有密切關(guān)聯(lián)，地下流水對(duì)這類(lèi)滑坡受作用顯著。此外，切層巖質(zhì)邊坡滑坡自穩(wěn)性差，穩(wěn)定性與地下水緊密相關(guān)，其變形經(jīng)常造成崩塌或蠕滑拉裂型滑坡。

在以上各種滑坡類(lèi)型中，松散堆積體邊坡滑坡主要運(yùn)用的加固方法有特殊加固法和直接加固法，或者兩者疊加使用。結(jié)合對(duì)工程實(shí)際情況和邊坡地質(zhì)條件的分析，該文發(fā)現(xiàn)有三種最可行的加固處置方案，即錨索和錨桿與注漿相疊加的方案、抗滑樁方案以及抗滑樁與錨索、錨桿相疊加的方案。順層巖質(zhì)邊坡滑坡加固方法應(yīng)采用直接加固法。通過(guò)計(jì)算分析后發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的邊坡可分為兩種加固方案：一是預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)合的坡面防護(hù)和部分重力式支擋結(jié)構(gòu)方案；二是錨桿、錨索相結(jié)合的坡面防護(hù)和部分重力式支擋方案。切層巖質(zhì)邊坡滑坡根據(jù)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境條件，可采用錨桿和掛網(wǎng)噴射砂漿相疊加方案以及錨桿加預(yù)應(yīng)力錨索疊加坡面防護(hù)方案兩種方案進(jìn)行加固處理。

1.2.2 邊坡加固技術(shù)設(shè)計(jì)原則

在邊坡工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。首先，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，包括錨桿抗拉，立柱、擋板的抗折、抗壓等均應(yīng)滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范要求。其次，當(dāng)邊坡位于滑坡地段或有滑動(dòng)危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)核算邊坡工程支護(hù)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。此外，在設(shè)計(jì)錨桿擋墻時(shí)，需對(duì)擋墻和立柱基礎(chǔ)的地基承載力進(jìn)行核算。最后，如果對(duì)邊坡的變形要求很高時(shí)，應(yīng)對(duì)邊坡的移動(dòng)形變程度進(jìn)行分析。

1.3 邊坡預(yù)加固技術(shù)的適宜性

根據(jù)預(yù)加固技術(shù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際，該文將預(yù)加固技術(shù)適宜性分為完全適宜、適宜、較適宜、不完全適宜和不適宜五個(gè)等級(jí)。其中，完全適宜的情況表示采用的預(yù)加固技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況好，對(duì)路基和邊坡的變形起到了有效的約束作用，減輕了路基和邊坡的病害，對(duì)公路周?chē)h(huán)境非常友好，通行狀況和安全性不受到影響。而適宜的情況是表示采用的預(yù)加固技術(shù)工程效益較好，對(duì)路基和邊坡的變形起到了較好的約束作用，可以適當(dāng)減輕路基和邊坡病害，對(duì)公路周?chē)h(huán)境友好，通行狀況和安全性影響較小。此外，較適宜的情況表示采用的預(yù)加固技術(shù)工程效益一般，對(duì)路基和邊坡的變形能起到約束作用，對(duì)公路周?chē)h(huán)境較友好，對(duì)通行狀況和安全性有較小影響。對(duì)于不完全適宜的情況，則說(shuō)明采用的預(yù)加固技術(shù)工程效益較差，對(duì)路基和邊坡的變形有部分約束作用，但效果不理想，需增加其他預(yù)加固手段才能實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)。最后，不適宜的情況是說(shuō)明采用的預(yù)加固技術(shù)工程效益差，對(duì)約束路基和邊坡的變形無(wú)效，需采取其他工程手段才能達(dá)到預(yù)加固目標(biāo)。

2 預(yù)加固技術(shù)在工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

重慶市某公路工程項(xiàng)目地處山區(qū)，查閱滑坡所在區(qū)的勘測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)這兒屬溶蝕侵蝕地貌，地勢(shì)總體北高南低，其中K32500段邊坡在施工過(guò)程中已通過(guò)結(jié)構(gòu)加固，但實(shí)際效果不理想，加上連日降雨，在雨水沖刷作用下，邊坡出現(xiàn)失衡狀況?，F(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，滑坡在目前仍處于遲緩變形中，滑坡區(qū)位于河谷地帶，土層多為疏松砂土、人工填土、砂礫黏土等。

2.2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)該路段邊坡破壞種類(lèi)，將工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相結(jié)合來(lái)確定適當(dāng)?shù)挠?jì)算數(shù)據(jù)，對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，該段邊坡穩(wěn)定性較低，尤其在雨量集中的情況下邊坡的安全系數(shù)會(huì)進(jìn)一步減小，使得邊坡在雨季更易出現(xiàn)病害，因此需采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?/p>

2.3 邊坡加固設(shè)計(jì)

2.3.1 方案比對(duì)

結(jié)合邊坡現(xiàn)狀，從安全性、便捷性、工程量等方面考慮，計(jì)劃選擇板肋式錨桿擋土墻（方案1）和錨桿格子梁（方案2）兩種方式中的一種，兩種方案比對(duì)見(jiàn)表2。

方案1：采用板肋式錨桿擋土墻對(duì)邊坡進(jìn)行加固，開(kāi)挖土堆與其他加固方式比，工程量小，在造價(jià)上優(yōu)勢(shì)明顯。

方案2：錨桿格子梁施工技術(shù)成熟，但需開(kāi)挖較多土堆，導(dǎo)致工程成本提高，對(duì)邊坡有較大的干擾。

從表2可以看出：板肋式錨桿擋土墻與錨桿格子梁比，在施工效率和投資上有較大優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)對(duì)兩種加固方案的比較，確定采用板肋式錨桿擋土墻進(jìn)行邊坡預(yù)加固。方案1斷面示意圖見(jiàn)圖1。

2.3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

計(jì)算墻背土壓力時(shí)，需要按照庫(kù)倫主動(dòng)土壓力的相關(guān)計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)公式（1）：

式中，Ea——庫(kù)倫主動(dòng)土壓力；γ——土的重度；H——計(jì)算出的土層高度；Ka——庫(kù)倫主動(dòng)土壓力的系數(shù)；m——安全系數(shù)，一般取值范圍在1.20～1.40之間。

計(jì)算錨桿的長(zhǎng)度以及截面積時(shí)，可按圓柱形水泥壓漿錨桿截面積來(lái)計(jì)算，采用的計(jì)算過(guò)程見(jiàn)公式（2）（3）：

式中，La——錨固段長(zhǎng)度；Lf——錨桿自由端長(zhǎng)度；Km——錨固安全系數(shù)，此處取值為1.5；Nt——土層錨桿軸向的拉力；dm——錨固段直徑的大小，取值為鉆頭直徑的1.2倍；τ——錨固體與土層兩者之間剪切強(qiáng)度的大小。

按上述相關(guān)方法計(jì)算，同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目的實(shí)際情況，分析相關(guān)數(shù)據(jù)后，可以得到錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3：

2.3.3 擋土板設(shè)計(jì)

擋土板采用標(biāo)號(hào)為C30的預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)澆筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中單塊擋土板尺寸為長(zhǎng)度3.0 m×厚度0.45 m

×高度1.1 m。此外，在一根肋柱上，相鄰預(yù)制擋土板的間距一般在0.1～0.12 m之間，或者采用現(xiàn)澆擋土板?；讚跬涟宓撞吭O(shè)置強(qiáng)度為C20的混凝土進(jìn)行基座的找平，其截面大小為1.1 m×1.1 m，埋深要求≥1 m。

2.3.4 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

在所選方案中，對(duì)穩(wěn)定性的要求是確定板肋式錨桿擋土墻錨桿總長(zhǎng)度的主要因素，因此需要對(duì)擋土墻進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。該檢驗(yàn)常采用克蘭茨法理論分析其穩(wěn)定性[5]。當(dāng)系統(tǒng)整體處于平衡狀態(tài)時(shí)，可采用作圖法進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析和驗(yàn)證，即根據(jù)多邊形應(yīng)用力求出錨桿所能承受的最大拉力Tmax和相對(duì)應(yīng)的水平分力Thmax。在這種情況下，采用錨桿所能承受的最大水平分力Thmax與錨桿的設(shè)計(jì)軸向水平力N的比值對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性系數(shù)Kms的大小進(jìn)行表示。具體見(jiàn)公式（4）：

2.4 加固效果分析

按照板肋式錨桿擋土墻的設(shè)計(jì)方案，在完成該項(xiàng)目公路路基邊坡滑坡加固后，為了進(jìn)一步分析方案的加固效果，采用了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)邊坡的位移數(shù)據(jù)及變形情況進(jìn)行了9 d的連續(xù)監(jiān)測(cè)。其中，Δx表示監(jiān)測(cè)部位的東西方向發(fā)生的位移，Δy表示監(jiān)測(cè)部位南北方向發(fā)生的位移，Δz則表示監(jiān)測(cè)部位縱向所發(fā)生的位移。通過(guò)分析圖2監(jiān)測(cè)部位不同方向的位移變化情況可知，在東西方向上發(fā)生的位移區(qū)間為?1.0～26.7 mm，在南北方向上發(fā)生的位移區(qū)間為?0.8～13.0 mm，而在縱向所發(fā)生的位移中，位移的區(qū)間為?1.0～18.7 mm。

由此可知，監(jiān)測(cè)部位的位移較大的方向主要集中在東西方向上，其次是縱向位移的變化幅度，而南北方向的位移量變化較小，但檢測(cè)部位整體的位移量變化位于?1.0～26.7 mm之間，表明完成板肋式錨桿擋土墻施工后，支護(hù)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，滑坡治理效果較好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)公路路基與邊坡預(yù)加固技術(shù)方式及適宜性的分析研究，結(jié)合重慶地區(qū)某工程邊坡加固案例的設(shè)計(jì)驗(yàn)算以及監(jiān)測(cè)部位的位移數(shù)據(jù)分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）公路路基與邊坡預(yù)加固技術(shù)方案能夠有效地保護(hù)公路路基，確保其穩(wěn)定性。在進(jìn)行公路路基設(shè)計(jì)時(shí)，以自然地貌與周邊環(huán)境為基礎(chǔ)，依據(jù)工程整體性要求，選擇板肋式錨桿擋土墻邊坡預(yù)加固技術(shù)，其穩(wěn)定性系數(shù)Kms約為1.65，能夠有效地保障公路路基與邊坡的穩(wěn)定性。

（2）對(duì)監(jiān)測(cè)部位不同方向的位移進(jìn)行分析，板肋式錨桿擋土墻在東西方向上的位移相對(duì)較大，在縱向的位移量最小，其位移量變化區(qū)間在?1.0～26.7 mm之間，表明該擋土墻可減少對(duì)防護(hù)邊坡的破壞，同時(shí)起到很好的邊坡加固作用。

參考文獻(xiàn)

[1]茍棟元. 典型公路路基與邊坡預(yù)加固技術(shù)研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)， 2014.

[2]趙望勝. 重慶三峽地區(qū)易滑地層邊坡合理坡形及預(yù)加固技術(shù)研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)， 2012.

[3]茍棟元， 李海平. 板肋式錨桿擋土墻在巖質(zhì)路塹邊坡預(yù)加固中的應(yīng)用[J]. 公路與汽運(yùn)， 2013（6）： 4-7.

[4]王震宇， 孟陸波. 山區(qū)高速公路巖質(zhì)高邊坡加固設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)水運(yùn)， 2010（7）： 12-15.

[5]王龍飛. 硬質(zhì)高陡邊坡抗滑樁預(yù)加固重力式擋墻公路路基施工研究[C]//2014全國(guó)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集路面卷， 2015.