高速公路路基邊坡防護(hù)及支護(hù)技術(shù)探討

蔣文瑞

0 引言

1988年滬嘉高速公路的建成通車實(shí)現(xiàn)了我國(guó)大陸高速公路零的突破，從這時(shí)起，我國(guó)的高速公路事業(yè)如火如荼的進(jìn)行著，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，我國(guó)高速公路建設(shè)取得了重大的成就。高速公路建設(shè)的主要特點(diǎn)之一就是路基高填、深挖路段多。要確保路基、路面的穩(wěn)定性、安全性，延長(zhǎng)道路使用壽命，必須加強(qiáng)路基邊坡支護(hù)技術(shù)的研究。公路邊坡防護(hù)從設(shè)計(jì)到施工，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程因地制宜，采用靈活有效的支護(hù)方式，并結(jié)合環(huán)境保護(hù)，在保證邊坡安全穩(wěn)定的前提下，建造生態(tài)邊坡。

1 路基邊坡現(xiàn)存問(wèn)題

目前路基邊坡出現(xiàn)的問(wèn)題，大多是邊坡破壞和坍塌［3，4］。主要表現(xiàn)為邊坡坡面及坡腳的沖刷。坡面沖刷主要來(lái)自大氣降水對(duì)邊坡的直接沖刷和坡面徑流的沖刷，使路基邊坡沿坡面流水方向形成沖溝，沖溝不斷發(fā)展最終導(dǎo)致邊坡破壞，進(jìn)一步造成路面塌陷，直接影響了行車的安全。沿河路堤及修筑在河灘上滯洪區(qū)內(nèi)的路堤，還要受到洪水的威脅，這種威脅表現(xiàn)為直接沖毀路堤坡腳，導(dǎo)致邊坡破壞和坍塌。

2 目前邊坡常用的防護(hù)和支護(hù)技術(shù)

2.1 路基的防護(hù)技術(shù)

路基的防護(hù)其類型可分為邊坡坡面防護(hù)和沖刷防護(hù)。邊坡坡面防護(hù)主要是保護(hù)路基邊坡表面面貌一新，免受雨水沖刷，降低溫差及溫度變化的影響，防止和延緩軟弱巖土表面的風(fēng)化、碎裂、剝蝕演變過(guò)程，從而保護(hù)路基邊坡的整體穩(wěn)定性，在一定程序上還可以美化路容，協(xié)調(diào)自然環(huán)境。

2.1.1 邊坡種草和鋪草皮防護(hù)

種草防護(hù)適用于邊坡穩(wěn)定，坡面沖刷輕微，且易于草類生長(zhǎng)的土質(zhì)路堤與路塹邊坡，用以防止表面水土流失，固結(jié)表土，增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性。經(jīng)常浸水或長(zhǎng)期浸水的路堤邊坡，種草不宜生長(zhǎng)，不宜采用種草防護(hù)。邊坡上已扎根的種草防護(hù)，可容許緩流水短時(shí)沖刷。選用草籽應(yīng)注意當(dāng)?shù)氐耐寥篮蜌夂驐l件，通常應(yīng)以容易生長(zhǎng)、根部發(fā)達(dá)、葉莖低矮、枝葉茂密或有匍匐莖的多年生草種為宜，最好采用幾種草籽混合播種，使之生成一個(gè)良好的覆蓋層。種植時(shí)草籽宜摻砂或與土粒拌和，使之播種均勻，播種時(shí)間以氣候溫暖、溫度較大的季節(jié)為宜［1］。鋪草皮適用于需要快速綠化，且坡率緩于1∶1的土質(zhì)邊坡和嚴(yán)重風(fēng)化的軟質(zhì)巖石邊坡，草皮應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)、莖矮葉茂耐旱草種。鋪草皮坡面防護(hù)施工方法相對(duì)簡(jiǎn)單，需要預(yù)先培育草皮，然后鋪在坡面上［1］。

2.1.2 工程防護(hù)

工程防護(hù)適用于不易于草木生長(zhǎng)的巖石面上［2］。一般采用框格、抹面、捶面和噴漿、坡面護(hù)墻、護(hù)坡等框格防護(hù)。用混凝土、漿砌片(塊)石等材料，在邊坡上形成骨架，提高邊坡表面粗糙度系數(shù)，減緩了水流速度。根據(jù)美觀需要，框格可做成六角形混凝土塊、漿砌片石拱形、漿切片石或預(yù)制塊做成的麥穗形等各種造型。除對(duì)路基邊坡有一定的防護(hù)作用外，還可在重要景點(diǎn)附近使用。在施工前，應(yīng)將坡面上的雜質(zhì)、浮土、松動(dòng)石塊及表層風(fēng)化巖體等清除干凈。在我國(guó)山區(qū)高等級(jí)公路防護(hù)中，護(hù)面墻采用較多的形式，而且多為實(shí)體護(hù)面墻。根據(jù)邊坡高度，巖石風(fēng)化程度以及巖體的地質(zhì)特性，采取半防護(hù)和全防護(hù)形式。在半防護(hù)措施中，有時(shí)采用坡腳護(hù)面墻。因?yàn)樽匀唤邓畯钠马斞仄旅嫦铝鳎髦疗履_時(shí)，速度最大，沖刷最嚴(yán)重。因此，在坡腳處設(shè)置護(hù)面墻是最起碼的防護(hù)措施。護(hù)坡防護(hù)是目前最常用的路基邊坡防護(hù)形式。在穩(wěn)定邊坡上鋪砌(漿砌或干砌)片石、塊石或混凝土預(yù)制塊等材料，防止地表徑流或坡面水流對(duì)邊坡沖刷。鋪砌方式一般采用漿砌。沖刷輕微時(shí)，軟土地基上的土質(zhì)路堤防護(hù)可采用干砌片石護(hù)坡，以適應(yīng)地基不均勻沉降引起的路基變形。

2.2 路基的常用支護(hù)技術(shù)

由于僅僅對(duì)邊坡坡面進(jìn)行防護(hù)，不能滿足高速公路一定條件下的整體穩(wěn)定性和安全適用性［5］，因此，必須對(duì)路基邊坡進(jìn)行支護(hù)。常見(jiàn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有很多，各有不同的適用范圍，其分類方法也有很多種。按其結(jié)構(gòu)形式和受力特點(diǎn)可分為重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻。按照建筑材料劃分可分為磚、石砌、混凝土、鋼筋混凝土等。

2.2.1 重力式擋土墻

依靠墻身自重來(lái)平衡土壓力，一般用毛石砌筑，也可用素混凝土修建，形式簡(jiǎn)單、取材容易、施工方便。適用于2 m～6 m高的小型挖填方路基邊坡，可防止小型隱性邊坡滑動(dòng)，可用于非飽和土工程支擋結(jié)構(gòu)和兩側(cè)均勻浸水條件風(fēng)化巖石和土質(zhì)邊坡支擋。

2.2.2 懸臂式擋土墻

此種擋墻是一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由立臂、趾板和踵板組成，斷面尺寸較小。踵板上的土體重力可抗傾覆和滑移，相對(duì)重力式擋土墻受力較好。適用于4 m～8 m高的填方路基邊坡，可防止填方邊坡的隱性滑動(dòng)，可用于非飽和土、地基較軟弱土體和兩側(cè)均勻浸水條件時(shí)的邊坡支擋。

2.2.3 扶壁式擋土墻

此種擋墻是一種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由立板、趾板、踵板和扶壁組成，斷面尺寸較小。踵板上的土體重力可抗傾覆和滑移，立板和扶壁共同承受土壓力產(chǎn)生的彎矩和剪力，與懸臂式擋土墻相比受力好。適用于6 m～12 m高的填方路基邊坡，可防止填方路基邊坡的隱性滑動(dòng)，可用于非飽和土、地基較軟弱土體和兩側(cè)均勻浸水條件時(shí)的邊坡支擋。

3 輕型支擋結(jié)構(gòu)

由于傳統(tǒng)的擋土墻在路基邊坡使用中的不穩(wěn)定性，以及該種擋墻的局限性和造價(jià)過(guò)高等問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，使得最近幾年出現(xiàn)了一種新的輕型支擋結(jié)構(gòu)［6，7］。其主要有土釘墻支護(hù)技術(shù)、錨桿擋墻支護(hù)技術(shù)和格構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)。

本文主要探討一下格構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)技術(shù)［8］。格構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)是最近幾年隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)展而被提出的一種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)。它由格構(gòu)梁、擋土板、錨桿和墻后土體組成，屬于輕型擋土結(jié)構(gòu)。擋土板的作用是擋土，它與一系列間距相等的框架剛性連接而成為連續(xù)板;格構(gòu)梁的作用是其立柱為擋土板的支座，橫梁將兩側(cè)的擋土板連接成整體保持擋土墻的穩(wěn)定;錨桿的外端與格構(gòu)梁連接，內(nèi)端錨固在土體中，擋土板所受的土壓力通過(guò)錨頭傳至鋼拉桿，再由拉桿周邊砂漿握裹力傳遞至水泥砂漿中，然后再通過(guò)錨固段周邊地層的摩擦力傳遞到錨固區(qū)的穩(wěn)定地層中，以承受土壓力或水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)所施加的壓力，從而利用地層深處的錨固力。另外，框格構(gòu)梁與錨桿構(gòu)成空間框架，協(xié)同鋼筋混凝土擋土板一起共同承擔(dān)基坑或山體的土壓力，即墻后土體產(chǎn)生的土壓力通過(guò)框架橫梁和立柱傳給錨桿。事實(shí)上，在格構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)中，錨桿在一定的錨固區(qū)域內(nèi)形成壓應(yīng)力帶，通過(guò)格構(gòu)梁及擋土板形成壓力面，從根本上改善土體的力學(xué)性能，變傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的被動(dòng)擋護(hù)為充分利用土體本身自穩(wěn)能力的主動(dòng)擋護(hù)，有效地控制了土體位移，隨邊坡向外破壞力的增大，支護(hù)力隨之增大，直至超出極限平衡而破壞，支護(hù)力隨錨桿的拔出逐步減弱，形成柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)。

格構(gòu)梁預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的擋土墻支護(hù)結(jié)構(gòu)相比有以下優(yōu)點(diǎn):1)改變了受力原理。傳統(tǒng)的擋土墻是被動(dòng)受力結(jié)構(gòu)，只有當(dāng)路基邊坡發(fā)生位移后，土壓力作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上，才能起到支護(hù)或加固的作用。而格構(gòu)梁應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)是主動(dòng)受力結(jié)構(gòu)，施加的預(yù)應(yīng)力提高了邊坡的穩(wěn)定性。2)克服了傳統(tǒng)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)高度受限制、造價(jià)高、工程量大、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，同時(shí)在施工過(guò)程中對(duì)邊坡的擾動(dòng)較小。3)可以有效地控制路基邊坡的側(cè)移。錨桿上施加的預(yù)應(yīng)力可以使格構(gòu)梁產(chǎn)生沿土體方向的位移，對(duì)嚴(yán)格控制路基邊坡的變形十分有效。4)在公路和鐵路路基邊坡采用該支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完畢以后還可以結(jié)合一定的綠化措施，這比較符合公路、鐵路邊坡的生態(tài)支護(hù)理念。

由于框架預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)存在以上諸多優(yōu)點(diǎn)，盡管它的作用機(jī)理和理論研究還不是很成熟，但是其在公路和鐵路路基邊坡工程實(shí)踐中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

由于道路邊坡失穩(wěn)影響行車安全，甚至掩埋道路，中斷交通，造成不可估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失事件時(shí)有發(fā)生。所以加強(qiáng)道路邊坡的防護(hù)及支護(hù)至關(guān)重要。在路基邊坡工程的處理過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件及環(huán)境因素，采取防護(hù)與支護(hù)相結(jié)合的措施，從而保證路基邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

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