高速公路路基防護的施工技術(shù)探討

摘要 文章圍繞高速公路工程項目展開，結(jié)合實際工程情況，提出了路基防護技術(shù)措施，然后基于實施的技術(shù)措施對防護施工效果進行了檢測。研究成果如下：傳統(tǒng)抗滑樁施工后的數(shù)值為8 mm，錨固防護后數(shù)值為5.7 mm；傳統(tǒng)抗滑樁防護施工后的安全系數(shù)為1.314，錨固防護后的安全系數(shù)為1.728，表明路基施工方案具有推廣應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞 公路工程；路基項目；防護施工

中圖分類號 U416 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0150-03

0 引言

高速公路是國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主要內(nèi)容，也是交通事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。近年來，隨著高速公路工程體量的增加，路基工程規(guī)模也在不斷擴大，路基防護工程的作用越來越重要，其直接關(guān)系公路的整體使用質(zhì)量。為保證道路安全與暢通，延長道路使用壽命，應(yīng)采取相應(yīng)的路基防護方案，以有效保護路基和路面結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

研究以某高速公路路基工程為例，施工段為K8+790～K9+060，公路路基屬于高邊坡種類，坡度比值為1：500，路塹邊坡與公路之間的最大高度差為45.9 m，該路段整體高度差值為35.5 m。與此同時，該區(qū)域?qū)儆谇鹆甑孛玻h(huán)境自然坡度在20°～40°之間，坡面主要為全風(fēng)化到中風(fēng)化泥質(zhì)、砂巖、礫巖等，路基邊坡的整體穩(wěn)定性較差。為保證高速公路施工的順利開展，需要針對該路段展開路基防護設(shè)計，提出相應(yīng)的施工技術(shù)方案。

2 高速公路路基邊坡雨水沖刷分析

當(dāng)公路路基邊坡承受的降雨量超出其合理滲透數(shù)值時，便會產(chǎn)生徑流現(xiàn)象，此時路基的土體自重、拖拽力、黏聚力和滲透力都會發(fā)生變化，同時土體顆粒之間還會產(chǎn)生摩擦力與離散力。上述各種力使路基邊坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低，最終造成路基失穩(wěn)、變形。上述各種力的計算公式如下：

（1）路基土體自重：

G=（λS?λW）πD3/6 （1）

式（1）中，λS——路基土體顆粒重度（N/m3）；λW——水的重度（N/m3）；D——土體顆粒的直徑（m）。

（2）拖拽力與上舉力。當(dāng)路基邊坡匯聚雨水產(chǎn)生徑流現(xiàn)象時，水流與土體顆粒之間將產(chǎn)生摩擦力Fa，此時下部土體顆粒間的水流速度較上部流速較小，便會產(chǎn)生上舉力FL：

FL=AL（πD2/4）（ρv2/2） （2）

式（2）中，AL——上舉力系數(shù)；D——土體顆粒的直徑（m）；v——顆粒中水的流速（m/s）。

（3）滲透壓力，路基積水過多時，雨水會對土體形成滲透壓力，同時土體孔隙率會越來越大：

FS=λSJSπD3/6 （3）

式（3）中，JS——土體深入水的水力坡度（%）；λS——路基土體顆粒重度（N/m3）。

根據(jù)案例工程路基邊坡的實際情況，開展路基防護方案設(shè)計，加強路基對雨水的防護能力。

3 高速公路路基防護的施工方案設(shè)計

3.1 施工方案流程

結(jié)合案例施工段路基邊坡情況，采用高邊坡錨固防護技術(shù)，施工流程如下：

（1）根據(jù)環(huán)境、土質(zhì)情況設(shè)計防護施工方案。

（2）在施工現(xiàn)場測量放線，準(zhǔn)確標(biāo)注路基鉆孔施工位置。

（3）制作各類錨桿措施。

（4）完成注漿作業(yè)。

（5）混凝土框架安裝。

（6）完成錨桿作業(yè)，具體如圖1所示。

為保證路基邊坡防護施工質(zhì)量，應(yīng)對施工材料、鉆進速度、注漿質(zhì)量等因素進行精準(zhǔn)控制。對于錨固施工材料來說，在使用前應(yīng)檢查質(zhì)量，保證材料合格，鉆進施工中應(yīng)做好參數(shù)調(diào)整，對孔洞存在的坍塌區(qū)域，應(yīng)提前做好應(yīng)急預(yù)案，注漿中保證泥漿的均勻性，避免跑漿[1]。

3.2 模型參數(shù)確定

對路基邊坡沖刷特性進行模擬仿真，根據(jù)雨水的多種沖刷狀態(tài)，確定防護方案的具體工藝參數(shù)。離散元（PFC）仿真模型中的參數(shù)值如表1所示。

3.3 邊坡土體沖刷深度測試

公路路基土體壓實度不同時，其受雨水沖刷后的影響也存在差異，路基坡頂、坡中以及坡底的沖刷深度也不盡相同。該文針對黏性土體與砂性土體進行沖刷實驗，在不同土體壓實度前提下，分析兩種土體的抗沖刷能力，具體結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，當(dāng)黏性土與砂性土的壓實度為90%時，路基邊坡各點位沖刷深度差異較小，隨著黏性土與砂性土壓實度降至80%，路基邊坡各點位沖刷深度都在增加，且砂性土的沖刷痕跡更加明顯，但兩者受雨水沖刷的影響大致相同。因此，在公路路基防護施工中，一方面應(yīng)保證路基邊坡土體壓實度，另一方面盡量選擇黏性高的土體，能夠進一步提高邊坡防護質(zhì)量。

4 高速公路路基防護的施工技術(shù)措施

4.1 測量放線

路基邊坡錨固施工應(yīng)以固定樁起點，按照各樁之間的距離延伸施工。根據(jù)全站儀和測量放線獲取結(jié)果，逐一確定固定樁位置，合理控制孔位誤差，將誤差控制在±50 mm內(nèi)。同時將半永久性的標(biāo)志提前埋設(shè)到孔位上，為后續(xù)路基邊坡養(yǎng)護提供標(biāo)記。測定錨桿位置時，應(yīng)根據(jù)分坡面長度進行合理調(diào)整。在明確坡面符合設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上，應(yīng)針對錨孔定位作出調(diào)整，為鉆孔施工奠定基礎(chǔ)[2]。

4.2 鉆孔施工

鉆孔作業(yè)應(yīng)嚴格按照測量放線結(jié)果，確定各孔位之間的距離，保證施工平臺穩(wěn)定性。在施工過程中，中立軸傾角誤差應(yīng)得到合理控制，鉆孔各步驟應(yīng)按照施工圖紙工藝參數(shù)完成作業(yè)，并結(jié)合路基邊坡錨固孔徑等情況作出調(diào)整。例如案例工程選用MG-50型錨固鉆機，鉆孔期間的錨桿孔開鉆就位誤差、高程誤差、鉆進傾角誤差等都應(yīng)遵照施工方案執(zhí)行：

（1）錨桿鉆孔誤差控制在±50 mm。

（2）高程誤差控制在±100 mm。

（3）鉆進傾角誤差應(yīng)≤1°。

（4）鉆孔深度誤差控制在±200 mm以內(nèi)。

（5）鉆進過程中應(yīng)時刻關(guān)注錨桿與水平面的夾角情況，控制在15°以內(nèi)。

鉆進作業(yè)應(yīng)不斷清理鉆孔周邊的表層雜物，確保路基邊坡壁的粗糙度符合要求。在鉆進過程中，還應(yīng)對鉆進速度進行準(zhǔn)確控制，避免鉆孔中遭遇縮孔、塌孔等情況。固壁灌漿時，將灌漿壓力控制在0.4 MPa以上，等水泥砂漿初凝后方可再次鉆進[3]。

4.3 制作錨桿

采用直徑φ32 mm螺紋鋼筋錨桿作為路基邊坡的錨桿桿體，定位安裝時應(yīng)順著錨桿軸線進行安裝，將放置間距設(shè)置為3 m。施工過程中為避免鋼筋錨桿發(fā)生銹蝕，應(yīng)提前在鋼筋上涂抹油或者漆，加強鋼筋錨桿的防腐性能。錨桿端頭與框架梁需要焊接時，對其間距進行調(diào)整，避免焊接對后續(xù)錨桿支撐位置造成影響，減少箍筋與框架梁鋼筋的相互干擾[4]。

對各錨桿進行編號，在后續(xù)施工中進行核對，錨桿放置前應(yīng)將孔洞吹干凈，對外露出錨桿長度進行準(zhǔn)確計算，將長度控制在50 mm內(nèi)。對錨桿強度進行檢查，避免投入不合格的錨桿，并確定單根壓力注漿錨桿的工程數(shù)量，例如螺紋鋼筋錨桿、焊接鋼筋、鋼筋支架以及鉆孔的直徑和長度，都應(yīng)嚴格按照施工工藝進行作業(yè)。現(xiàn)場對錨桿進行組裝，隨后投入路基防護施工。單根壓力注漿錨桿的工程數(shù)量如表3所示。

4.4 注漿施工

鉆孔完成后應(yīng)在6 h內(nèi)進行后續(xù)的注漿施工，注漿中應(yīng)根據(jù)深度情況，實時調(diào)整注漿壓力數(shù)值，最初注漿壓力應(yīng)為0.4 MPa，實際注漿量應(yīng)大于理論注漿量，可以避免孔內(nèi)部的環(huán)境壓力對注漿設(shè)備造成的影響。漿液在孔口出現(xiàn)外溢時應(yīng)停止注漿，如果注漿后發(fā)生沉降，應(yīng)及時做好補漿工作。同時應(yīng)對漿液水灰比與沙灰比進行合理控制，例如將漿液水灰比控制在0.45～0.5之間；沙灰比控制為1：1。混凝土到達施工現(xiàn)場后，先檢查應(yīng)用質(zhì)量，查看是否存在離析現(xiàn)象，確認后方可進行灌注施工。

注漿期間根據(jù)路基邊坡錨固施工情況，完成各地層錨固作業(yè)，由于錨固固體與孔壁錨固力在砂漿凝固中產(chǎn)生收縮效應(yīng)，還應(yīng)加入適量膨脹劑，保證漿體與錨桿的緊密結(jié)合。施工階段應(yīng)注意以下事項：

（1）在路基防護注漿階段，應(yīng)不斷提升注漿管口，調(diào)整與水泥漿液面的高度差，確保在漿液液面下50～80 cm之間插入注漿管頭，可以避免導(dǎo)管從漿液面拔出，防止注漿斷裂情況。

（2）隨著注漿施工的進展，如果坡面出現(xiàn)滲水情況，還應(yīng)根據(jù)預(yù)先的排水與防滲水方案進行合理布置，及時清除路基坡面的滲水，避免其與混凝土摻雜，影響施工質(zhì)量。

（3）不斷確定錨桿的軸向拉力，避免泥漿凝固后對錨桿傾角造成影響，拉力數(shù)值應(yīng)保持在80 kN以上。

4.5 混凝土框架

采用混凝土框架作為路基邊坡防護鋼筋的澆筑材料，框架設(shè)計應(yīng)嚴格根據(jù)施工情況確定內(nèi)部工程量，例如對豎梁、橫梁、短錨桿、壓力注漿錨桿、豎梁支撐墩的情況作出準(zhǔn)確設(shè)計，具體情況如表4所示。根據(jù)錨桿尾部應(yīng)力情況，可采用焊接補強方式，加強錨桿之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。對于錨桿和鋼筋分布較為密集區(qū)域，應(yīng)提高混凝土注漿振搗頻率，使混凝土均勻分散，保證澆筑施工的質(zhì)量。每間隔12～18 m應(yīng)設(shè)置2 cm寬的伸縮縫，確保混凝土框架與錨桿的有效結(jié)合，發(fā)揮其最佳錨固效果。

4.6 錨桿張拉與鎖定

鉆孔內(nèi)部的水泥砂漿固結(jié)后，開展錨桿張拉與鎖定作業(yè)，應(yīng)保證承臺的強度達到預(yù)期設(shè)計強度的90%以上。按照規(guī)定要求，在錨索張拉前應(yīng)進行預(yù)張拉，對各束錨索單根鋼絲可以使用千斤頂進行張拉測試，之后在正式開始錨索張拉時，張拉需要達到設(shè)計荷載的100%～110%區(qū)間，等到錨索預(yù)應(yīng)力沒有衰減時，完成張拉鎖定。隨后進行二次灌注，完工后清理多余的錨索，留下錨頭外50 mm的部分。最后對整個錨固結(jié)構(gòu)進行固定，并在外部設(shè)置30 cm以上的混凝土保護層。

5 路基防護施工效果分析

為驗證路基防護施工效果，采用對比分析方式，在案例工程選擇兩個施工段，分別采用傳統(tǒng)抗滑樁防護技術(shù)與錨固防護技術(shù)，對路基邊坡的最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、最大位移量以及安全系數(shù)進行綜合比對，具體情況如表5所示。

由表5可知，采用錨固防護技術(shù)后，路基邊坡的最小主應(yīng)力與最大主應(yīng)力較傳統(tǒng)抗滑樁方式存在差異；在最大位移量方面，傳統(tǒng)抗滑樁施工后的數(shù)值為8 mm，錨固防護后的數(shù)值為5.7 mm；傳統(tǒng)抗滑樁防護施工后的安全系數(shù)為1.314，錨固防護后的安全系數(shù)為1.728，說明路基邊坡錨固防護具有良好的應(yīng)用效果。

6 結(jié)論

綜上所述，高速公路路基邊坡穩(wěn)定性直接影響公路正常使用，因此應(yīng)重點關(guān)注路基防護施工，根據(jù)地質(zhì)與地形情況，制定合理的防護施工方案。該文以高速公路路基邊坡施工段為例，提出了路基邊坡防護的技術(shù)措施，具體為測量放線、鉆孔施工、制作錨桿、注漿施工、錨桿張拉與鎖定等，對路基防護施工效果進行分析，結(jié)果如下：采用錨固防護技術(shù)后，路基邊坡的最小主應(yīng)力與最大主應(yīng)力都優(yōu)于傳統(tǒng)抗滑樁方式；傳統(tǒng)抗滑樁施工后最大位移量為8 mm，錨固防護后最大位移量為5.7 mm；傳統(tǒng)抗滑樁防護施工后的安全系數(shù)為1.314，錨固防護后的安全系數(shù)為1.728，進一步提高了路基邊坡穩(wěn)定性。

參考文獻

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