典型公路路基與邊坡預加固技術研究

鄧興偉

摘要 隨著成渝經濟圈的基礎建設和經濟水平的快速發展，公路的建設里程也不斷增多。在公路設計施工過程中，各類邊坡穩定度不足問題日益頻發，導致公路建設中出現許多相關技術問題。文章對路基病害及邊坡預加固技術進行了研究，通過優化預加固技術適宜性選擇，結合工程實例進行分析。結果表明，路基和邊坡預加固技術對路基的保護至關重要，采用板肋式錨桿擋土墻，穩定性系數Kms為1.65，各方向位移處于?1.0～26.7 mm的范圍內，即該方案能夠有效減少公路路基與防護邊坡的損壞。

關鍵詞 公路路基；邊坡預加固技術；板肋式錨桿擋土墻；位移監測

中圖分類號 U416.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0135-03

0 引言

路基是公路施工建設過程中最重要的一部分，路基的工程質量直接關系到公路的整體施工質量和建設周期，對工程造價也會產生較大影響，從而影響到公路的使用壽命[1]。此外，公路路基邊坡防護的好壞，也是延長公路通行壽命的關鍵要素之一[2]。因此，在公路路基設計和施工過程中，綜合多方面的相關影響因素，預先考慮路基的邊坡防護預加固技術，可以大幅度降低后期公路維護過程中產生的費用，最大限度地消除公路使用中的安全隱患，從而達到既延長公路壽命，又降低公路運營成本的目的。

在公路設計和施工過程中，容易受到不同環境和人為因素的影響，會導致公路的路基與邊坡產生不同程度的病害[3]。在公路病害治理中，一般是緊盯發現的問題并逐項處理，進而消除病害。此類傳統的治理模式一般稱為被動處治，治理過程中很容易形成災害－治理－更嚴重災害的惡性循環模式，也更容易導致不必要的資金耗費[4]。因此，預加固技術作為一種全新的治理模式就顯得更加符合現代公路建設的需求。預加固技術一般是指經過測量與勘測，以及現場試驗，然后結合公路建設項目的實際施工情況，計算病害的巖土結構，進而提前做出對相關病害的防治。該文結合實際項目情況，通過研究路基的位移變化，分析了預加固技術形式及其適宜性，為公路路基與邊坡預加固技術的進一步深化應用奠定了理論基礎。

1 公路路基與邊坡預加固技術

1.1 公路路基病害類型與邊坡防護形式

目前，公路路基的病害種類較多，導致病害的防治也存在更大困難。公路路基被干擾后，原始地質環境受到破壞，路基與邊坡構成的內部應力狀態發生改變，加上外界自然條件及人類活動等因素影響，與內部共同作用使路基與邊坡進一步發生變化。隨著變化的累積和時間的推移，路基可能發生下沉、開裂、滑動和垮塌等危險，邊坡可能發生崩塌、坍塌、滑坡和錯落等破壞形式。

公路路基邊坡防護設計過程中，需要考慮各種對邊坡防護產生影響的因素，采取一系列的預防措施，保證邊坡防護的穩固性。邊坡防護有兩種較為常見的形式：一是工程防護，比如石砌護坡、擋土墻防護和錨桿掛網防護等；二是植被防護，比如披草皮防護和自然形成植被防護等。

1.2 邊坡預加固技術

1.2.1 邊坡類型及加固方法

依據邊坡內外結構特點來劃分，常見的邊坡形式一般可分為3種。其中，松散堆積體邊坡滑坡類型主要是由碎塊石夾雜黏性土、碎裂巖體等構成，滑動面形狀一般為圓弧形。一般情況下，松散堆積體處于相對穩定狀態，當邊坡的邊緣發生被挖掘時會形成較大的架空空間，此時邊坡有可能出現下滑情況。另外，順層巖質邊坡滑坡類型的巖層方向與邊坡坡向相吻合，這類邊坡變形遭到破壞的原因通常與前緣臨空狀況有密切關聯，地下流水對這類滑坡受作用顯著。此外，切層巖質邊坡滑坡自穩性差，穩定性與地下水緊密相關，其變形經常造成崩塌或蠕滑拉裂型滑坡。

在以上各種滑坡類型中，松散堆積體邊坡滑坡主要運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。結合對工程實際情況和邊坡地質條件的分析，該文發現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。順層巖質邊坡滑坡加固方法應采用直接加固法。通過計算分析后發現不穩定的邊坡可分為兩種加固方案：一是預應力錨索結合的坡面防護和部分重力式支擋結構方案；二是錨桿、錨索相結合的坡面防護和部分重力式支擋方案。切層巖質邊坡滑坡根據實際地質環境條件，可采用錨桿和掛網噴射砂漿相疊加方案以及錨桿加預應力錨索疊加坡面防護方案兩種方案進行加固處理。

1.2.2 邊坡加固技術設計原則

在邊坡工程設計時，必須進行相關的設計驗算。首先，設計時需要對支護結構強度進行計算，包括錨桿抗拉，立柱、擋板的抗折、抗壓等均應滿足相應規范要求。其次，當邊坡位于滑坡地段或有滑動危險時，應核算邊坡工程支護結構整體的穩定性。此外，在設計錨桿擋墻時，需對擋墻和立柱基礎的地基承載力進行核算。最后，如果對邊坡的變形要求很高時，應對邊坡的移動形變程度進行分析。

1.3 邊坡預加固技術的適宜性

根據預加固技術適宜性評價結果，結合工程實際，該文將預加固技術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等級。其中，完全適宜的情況表示采用的預加固技術經濟狀況好，對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，對公路周圍環境非常友好，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加固技術工程效益較好，對路基和邊坡的變形起到了較好的約束作用，可以適當減輕路基和邊坡病害，對公路周圍環境友好，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加固技術工程效益一般，對路基和邊坡的變形能起到約束作用，對公路周圍環境較友好，對通行狀況和安全性有較小影響。對于不完全適宜的情況，則說明采用的預加固技術工程效益較差，對路基和邊坡的變形有部分約束作用，但效果不理想，需增加其他預加固手段才能實現治理目標。最后，不適宜的情況是說明采用的預加固技術工程效益差，對約束路基和邊坡的變形無效，需采取其他工程手段才能達到預加固目標。

2 預加固技術在工程中的應用

2.1 工程概況

重慶市某公路工程項目地處山區，查閱滑坡所在區的勘測資料，發現這兒屬溶蝕侵蝕地貌，地勢總體北高南低，其中K32500段邊坡在施工過程中已通過結構加固，但實際效果不理想，加上連日降雨，在雨水沖刷作用下，邊坡出現失衡狀況。現場勘察發現，滑坡在目前仍處于遲緩變形中，滑坡區位于河谷地帶，土層多為疏松砂土、人工填土、砂礫黏土等。

2.2 邊坡穩定性計算

根據該路段邊坡破壞種類，將工程實際和實驗室試驗相結合來確定適當的計算數據，對邊坡進行穩定性計算，計算結果見表1。結果表明，該段邊坡穩定性較低，尤其在雨量集中的情況下邊坡的安全系數會進一步減小，使得邊坡在雨季更易出現病害，因此需采取適當的加固措施。

2.3 邊坡加固設計

2.3.1 方案比對

結合邊坡現狀，從安全性、便捷性、工程量等方面考慮，計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，兩種方案比對見表2。

方案1：采用板肋式錨桿擋土墻對邊坡進行加固，開挖土堆與其他加固方式比，工程量小，在造價上優勢明顯。

方案2：錨桿格子梁施工技術成熟，但需開挖較多土堆，導致工程成本提高，對邊坡有較大的干擾。

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勢。經過對兩種加固方案的比較，確定采用板肋式錨桿擋土墻進行邊坡預加固。方案1斷面示意圖見圖1。

2.3.2 結構計算

計算墻背土壓力時，需要按照庫倫主動土壓力的相關計算方法來進行計算，具體計算過程見公式（1）：

式中，Ea——庫倫主動土壓力；γ——土的重度；H——計算出的土層高度；Ka——庫倫主動土壓力的系數；m——安全系數，一般取值范圍在1.20～1.40之間。

計算錨桿的長度以及截面積時，可按圓柱形水泥壓漿錨桿截面積來計算，采用的計算過程見公式（2）（3）：

式中，La——錨固段長度；Lf——錨桿自由端長度；Km——錨固安全系數，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度的大小。

按上述相關方法計算，同時結合該項目的實際情況，分析相關數據后，可以得到錨桿的設計參數見表3：

2.3.3 擋土板設計

擋土板采用標號為C30的預制或現場澆筑鋼筋混凝土結構，其中單塊擋土板尺寸為長度3.0 m×厚度0.45 m

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

2.3.4 穩定性檢驗

在所選方案中，對穩定性的要求是確定板肋式錨桿擋土墻錨桿總長度的主要因素，因此需要對擋土墻進行穩定性檢驗。該檢驗常采用克蘭茨法理論分析其穩定性[5]。當系統整體處于平衡狀態時，可采用作圖法進行相關數據的分析和驗證，即根據多邊形應用力求出錨桿所能承受的最大拉力Tmax和相對應的水平分力Thmax。在這種情況下，采用錨桿所能承受的最大水平分力Thmax與錨桿的設計軸向水平力N的比值對系統的穩定性系數Kms的大小進行表示。具體見公式（4）：

2.4 加固效果分析

按照板肋式錨桿擋土墻的設計方案，在完成該項目公路路基邊坡滑坡加固后，為了進一步分析方案的加固效果，采用了實時監測系統對邊坡的位移數據及變形情況進行了9 d的連續監測。其中，Δx表示監測部位的東西方向發生的位移，Δy表示監測部位南北方向發生的位移，Δz則表示監測部位縱向所發生的位移。通過分析圖2監測部位不同方向的位移變化情況可知，在東西方向上發生的位移區間為?1.0～26.7 mm，在南北方向上發生的位移區間為?0.8～13.0 mm，而在縱向所發生的位移中，位移的區間為?1.0～18.7 mm。

由此可知，監測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，支護結構較為穩定，滑坡治理效果較好。

3 結語

通過公路路基與邊坡預加固技術方式及適宜性的分析研究，結合重慶地區某工程邊坡加固案例的設計驗算以及監測部位的位移數據分析，可以得出以下結論：

（1）公路路基與邊坡預加固技術方案能夠有效地保護公路路基，確保其穩定性。在進行公路路基設計時，以自然地貌與周邊環境為基礎，依據工程整體性要求，選擇板肋式錨桿擋土墻邊坡預加固技術，其穩定性系數Kms約為1.65，能夠有效地保障公路路基與邊坡的穩定性。

（2）對監測部位不同方向的位移進行分析，板肋式錨桿擋土墻在東西方向上的位移相對較大，在縱向的位移量最小，其位移量變化區間在?1.0～26.7 mm之間，表明該擋土墻可減少對防護邊坡的破壞，同時起到很好的邊坡加固作用。

參考文獻

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

[2]趙望勝. 重慶三峽地區易滑地層邊坡合理坡形及預加固技術研究[D]. 重慶：重慶交通大學， 2012.

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

[4]王震宇， 孟陸波. 山區高速公路巖質高邊坡加固設計[J]. 中國水運， 2010（7）： 12-15.

[5]王龍飛. 硬質高陡邊坡抗滑樁預加固重力式擋墻公路路基施工研究[C]//2014全國公路養護技術學術年會論文集路面卷， 2015.