路基邊坡加固技術設計及應用要點分析

吳婷婷

(長沙市望城區城市發展集團有限公司，湖南 長沙 410200)

1 引 言

進入“十四五”開局之年，公路的建設由城市向自然地質條件較差的山區沿伸。路塹邊坡的修建改變了巖土體原有應力狀態，降低了邊坡的穩定性，在山區地表水的影響下，坡面容易產生徑流，導致坡面巖土遭到沖刷，造成邊坡失穩，還會威脅人們的生命財產安全。路堤邊坡填筑完成后，在重力以及車輛荷載的長期作用下，會出現路基整體沉降以及局部沉降的現象；在水的影響下，路堤邊坡穩定性也會降低，出現路基滑動或者邊坡滑塌。因此對路基邊坡穩定性影響因素以及加固技術進行研究，依托實際工程，對現有的路基邊坡加固技術提出優化變得十分重要[1,2]。

2 路基邊坡病害及其影響因素

2.1 路堤邊坡

在道路修建過程中，路堤邊坡的病害主要有路堤整體沉降、路堤邊坡的失穩。路堤邊坡病害主要有以下幾個影響因素。

(1)道路所在的地區地質條件較差，原基礎強度較低。特別是在泥沼、黃土地區填筑路堤，如果填筑前未對原基礎采取相關措施進行加固處理，在路堤填筑完成后，原路基在填料重力的作用下產生較大的沉降。

(2)水文氣候環境。在自然條件較差的地區修建道路時，路堤穩定性會受到水文氣候環境的影響。在年降雨量較大、凍土等地區修建的路堤會產生不均勻沉降的現象。

(3)路堤填料質量。路堤填料的質量也會很大程度上影響路堤的穩定性，路堤填料中的有機質土、黃土、膨脹性土等劣質土的含量過高會導致路堤在雨水作用下產生局部沉降。

(4)路堤施工質量。路堤邊坡的穩定性很大程度上取決于路堤的施工質量。在路堤施工中，填料壓實度不足、排水不通暢都會造成路堤邊坡的病害。

2.2 路塹邊坡

路塹邊坡是指道路修建過程中挖方形成的邊坡，在自然環境等因素的影響下邊坡內部巖體抗剪強度降低，路塹邊坡常出現滑坡等病害。路塹邊坡病害主要有以下幾個影響因素。

(1)路塹邊坡的幾何形態。路塹邊坡幾何形態是指邊坡高度、邊坡坡度。路塹邊坡的幾何形態對邊坡穩定性的影響很大，當路塹邊坡的高度和坡度較大時，容易出現邊坡失穩現象。路塹邊坡的穩定性也受到坡面形狀的影響，凸形邊坡比凹形邊坡更可能發生滑坡。

(2)地層巖性。不同的地層巖體由于其礦物組成不同，會導致其物理性質和力學強度也大不相同。對于一些巖石，其質地堅硬，抗剪強度大，抵御雨水侵蝕的能力較強，由其形成的邊坡穩定性較好。

(3)路塹邊坡內部巖體結構。巖質路塹邊坡內部結構面之間的聯通程度和發育程度都會影響路塹邊坡的穩定性。同時，路塹邊坡內部結構面的傾向也會對邊坡穩定性產生影響。另外，巖質邊坡內部結構面的存在也為地下水的活動提供了便利，為路塹邊坡失穩提供了條件。

(4)地質構造影響。路塹邊坡穩定性也受到巖體地質構造的影響，邊坡內部巖體的褶皺往往會引起邊坡滑塌，具有反向傾斜結構的邊坡穩定性較好。另外，巖體節理裂隙的發育會使巖質邊坡的完整性降低，導致邊坡發生滑坡崩塌等災害。

(5)其他外在因素影響。根據相關研究，水以及人類工程活動都是路塹邊坡穩定性的重要影響因素。含有CO2等氣體的水會與巖體發生化學作用，對巖體產生侵蝕，降低巖體的抗剪能力。另外，人類不恰當的工程活動也會對邊坡穩定性產生不良影響。

3 路基邊坡加固技術研究

路基邊坡的加固是指通過工程手段對存在失穩風險的路基邊坡進行處理，以提高公路行車安全以及舒適性的方法。路基邊坡的加固類型一般分為輔助加固和主體加固技術[3]。

3.1 路基邊坡主體加固技術

路基邊坡主體加固技術是指通過技術手段增強路基邊坡主體力學參數，降低邊坡失穩的可能。路基邊坡常用的加固技術主有以下幾種。

(1)換填法。換填法是指在實際工程中將天然地基上部一定范圍內的軟弱土置換成為砂、礫石、礦渣等強度較大、壓縮性較小的材料。對于路堤邊坡來說，其穩定性受到路堤填料以及原路基強度的影響，采用換填法對原有軟弱地基進行處理，提高了填筑后路堤邊坡的穩定性，且換填法施工難度較小，經濟性較高。

(2)固化劑處理。固化劑處理是指將水泥、粉煤灰、石膏等摻入路基填筑材料，改善路基填料力學參數的一種加固技術。采用固化劑處理的路堤填料進行路堤邊坡的修筑，增強了路堤邊坡的抗剪強度以及抵御水損害的能力，降低了路堤邊坡失穩的風險。

(3)錨固處理。路塹邊坡加固技術中，錨固處理是指將金屬桿件打入邊坡破碎巖體內部，通過混凝土砂漿將邊坡破碎巖體與內部穩定巖體粘結為一體的加固技術。錨固處理采用金屬桿改善了巖體的抗拉能力差的問題，對于節理裂隙發育的路塹邊坡具有很好的加固效果[4]。

(4)抗滑樁加固。抗滑樁是指穿過邊坡滑體深入滑床的結構物。工程中，抗滑樁通過抵抗滑坡體的滑動，防止邊坡的滑動失穩，在路塹邊坡加固中應用廣泛[5]。

(5)格構加固。格構加固是指將錨桿或錨索與格構梁結合形成加固技術。格構加固通過格構梁與錨桿將邊坡松動巖體的下滑力分散傳遞到巖體內部，錨桿與錨索還可以增強巖體的抗剪強度。在坡度較大、有落石風險的路塹邊坡的加固中應用較為廣泛[6]。

(6)生態加固。邊坡生態加固是指在邊坡上種植植被并與巖土技術相結合形成的一種邊坡加固技術。采用生態加固技術對路塹邊坡進行加固有助于節約水資源、減緩水土流失，還可以提高行車舒適性，具有良好的綜合效益[7]。

3.2 路基邊坡輔助加固技術

當路堤邊坡高度較高且可能受到道路排水沖刷時，如果不設置邊坡輔助加固設施，邊坡在水流的沖刷下很容易發生破壞。常用的路基邊坡輔助加固設施主要有截水溝和坡內排水溝。

截水溝是指在邊坡上部設置的防止地表徑流進入坡體的邊坡加固輔助設施，對于可能受到水流沖刷的路堤邊坡，應當在道路邊緣設置截水溝，防止路堤邊坡的沖刷破壞。

坡內排水溝是指在邊坡內設置的排水溝，破內排水溝能夠將路面徑流或截水溝匯集的水流快速排出坡體，防止邊坡產生破壞。

4 工程實例研究

4.1 項目概況

該路塹邊坡坡高20 m，坡度為1∶1.5。地質調查表明，該處邊坡地層主要由風化砂巖組成，由于受到降雨侵蝕的影響，該邊坡出現了局部掉落碎石現象，并有滑坡風險。因此需要對該邊坡進行穩定性評價和加固，以保證該路段的安全運行。綜合考慮經濟成本，加固效果，該治理工程采用抗滑樁對邊坡進行加固，抗滑樁樁徑0.8 m，距離坡腳20 m，樁間距為5 m沿邊坡水平方向等間距布置。

4.2 數值模擬

通過Abaqus建立有限元模型對上述工程進行分析計算。模型寬度為60 m，左側高度為15 m，右側高度為35 m。模型左右兩側約束條件為水平約束，底部約束條件為垂直約束。

(1)抗滑樁加固機理研究

對采用抗滑樁加固的邊坡進行了數值計算，得到邊坡位移和等效塑性應變。

可以看出，抗滑樁設置后，與未加固前相比，路基內部的位移生了變化，抗滑樁下方位移較大，邊坡下滑力大幅度減小。路基的等效塑性應變在抗滑樁的作用分布更加均勻。路基整體處于安全狀態，表明設置抗滑樁可以顯著提高路塹邊坡的整體穩定性。

(2)抗滑樁加固設計優化

在樁的其他參數不變的情況下，對不同長度的抗滑樁加固情況進行了模擬。通過計算不同長度抗滑樁加固時邊坡穩定系數、邊坡最大位移的值評價抗滑樁的加固效果，對實際工程中抗滑樁的設計進行優化。

圖1為不同長度抗滑樁加固時邊坡最大位移規律圖。當邊坡未進行抗滑樁加固時，邊坡最大位移為8.254 cm。當抗滑樁長度為22 m時，邊坡最大位移量為5.443 cm，比未進行加固的邊坡減小了36.15%的位移量。當抗滑樁長度為24 m時，邊坡最大位移量為4.223 cm，減小了22.41%的位移量。當抗滑樁長度為26 m時，邊坡最大位移量為3.321 cm， 減小了21.36%的位移量。當抗滑樁長度為28 m時，邊坡最大位移量為2.761 cm，邊坡減小了16.86%的位移量。當抗滑樁長度為30 m時，邊坡最大位移量為2.621 cm，邊坡減小了5.07%的位移量。根據計算結果，抗滑樁對邊坡最大位移具有良好的控制效果。當抗滑樁長度為28 m時，隨著樁長增加，邊坡最大位移減小幅度逐漸下降。因此，抗滑樁長度為28 m時，抗滑樁對路塹邊坡的位移控制效果最好。

圖1 邊坡最大位移隨變化規律

圖2為不同長度的抗滑樁對邊坡穩定系數影響規律圖。從圖2可知，邊坡穩定系數會隨著抗滑樁長度的增加而增加，但是該曲線的斜率隨著樁長增加逐漸減小，當樁長超為28 m時，曲線趨于平緩。這表明，如果此時單純增加抗滑樁長度，邊坡穩定系數不會有特別大的提高。

圖2 邊坡穩定系數變化規律

綜上所述，通過對不同長度抗滑樁加固下的邊坡最大位移量控制以及邊坡穩定性進行評價，將抗滑樁長度設置為28 m的加固效果最好。

5 結 論

路基邊坡的穩定對公路后期運營的安全十分重要。通過對影響路基邊坡穩定性的因素以及常用加固措施進行了研究。主要得到以下結論。

(1)在路基邊坡穩定性影響因素中，路堤邊坡的穩定性受到路基填料質量以及路基施工質量影響；路塹邊坡穩定性受到邊坡幾何形態、地質條件的影響較大。路基邊坡的加固技術根據加固機理不同可以分為邊坡主體加固技術和邊坡輔助加固技術。

(2)采用抗滑樁對邊坡進行處理后，抗滑樁下部邊坡位移減小，邊坡下滑力減小。抗滑樁也使得路塹邊坡內部等效塑性應變的分布更加均勻，增強了邊坡的穩定性。

(3)通過對不同長度抗滑樁的加固效果計算得出，增加樁長可以減小路塹邊坡最大位移量，提高邊坡穩定系數。但是當樁長超過28 m時，抗滑樁對邊坡的加固效果呈下降趨勢，在實際工程中考慮到施工成本應當對抗滑樁長度進行優化。