山區公路路基地震荷載破壞與抗震措施研究

(貴州省貴陽公路管理局 貴州 貴陽 550001)

一、引言

我國是一個多山同時也是一個地震多發的國家，西南地區高山眾多，修建于此的公路時常會受到地震的影響與危害。地震通常會對公路的路基、邊坡造成巨大的破壞，往往會導致路基塌陷、邊坡失穩、路面斷裂、路面出現重大裂縫進而導致車輛無法通行等災害，造成巨大的經濟損失。山區公路路基抗震性能和抗震措施的研究主要在《公路工程抗震設計規范》和《公路工程質量檢驗評定標準》的基礎上進行。對公路路基結構進行有效的設計,對路基結構的安全性、抗震性能進行科學的評價和分析。保證路基結構能夠有效的應對地震帶來的破壞和損害,是提高公路運行的安全性,滿足現代化公路建設的需求。

二、地震作用下路基的破壞形式

根據以往的相關資料分析，地震會對路基的邊坡、地基、路面、排水系統和支擋結構等造成一定程度的破壞。

在地震荷載作用下，路基結構會發生豎向變形。公路路基的震害以路基主體結構出現沉降為主，扭曲和滑移變形也較多出現。路基震害主要表現為擋墻開裂、塌落、坍塌、支擋結構穩定性降低等。

根據公路路基的不同組成，路基震害可分為路基本體破壞、支擋結構受損和邊坡滑塌掩埋三大類。

公路路基在地震作用下會以下形式的破壞：

第一，表現為路基結構本身出現損害，導致結構破壞。

第二，路基結構出現沉降塌陷，或者其結構的地下巖層出現變形和扭曲、擠壓導致路基路面出現損害破壞。

第三，路基周圍的斜坡半填半挖路基出現破裂、松散的問題。這主要與路基本身地基承載力建設程度不一致，在較大的地震荷載作用下土體出現松散、移動等現象，影響路基的穩定性和正常使用。

第四，填方路基出現隆起變形。這主要是填方路基受到地震波的影響,在地震能量沖擊作用下導致路基出現波浪式的起伏,并且產生嚴重的橫向裂縫,導致路基嚴重受損。

三、公路路基抗震性能分析

公路上路基震害與是否對邊坡進行防護、防護類型、邊坡巖體類型等因素有很大的關聯。根據以往的工程案例，當對邊坡進行防護后其變形及裂縫會明顯地減少，沒有進行支擋的邊坡路基在地震能量的作用下易出現崩塌、滑坡。路基邊坡破壞與邊坡坡度、高度、支擋類型等因素有關。

路基抗震能力的大小主要與下列幾個因素有關：地震烈度、地質條件、擋土墻的高度、擋土墻的結構類型、擋土墻的抗震能力。

路基邊坡在相關外力及重力的作用下會有向下滑動的趨勢，如果邊坡土體內部某一滑動面上的滑動力的大小超過抗滑力的大小，路基邊坡便會發生滑動。公路填方路基抗震性能研究主要從三個方面進行,分別是填土動力特性、路基結構對地震載荷的響應以及路基邊坡的動力穩定性。具體如下。

(一)填土動力響應分析。在地震荷載的作用下，填土將會產生動力響應。由此，路基會產生一定程度的破壞,從而填土的強度、模量、阻尼參數都會發生相關的變化。在進行填土的動力響應分析時需要從填土的位移、應力、應變這幾個方面入手。

(二)路基結構對地震載荷的響應。研究土體結構在地震荷載作用下的動力響應主要是研究結構的位移、速度和加速度。大量的研究發現,通過擬靜力法、滑塊分析法和概率分析進行研究分析,多方面分析路基結構在遇到地震波情景下,公路路基出現的震動載荷強度、震動斷面形狀以及路基填土特性,在以此基礎上,提出路基減震措施。

(三)路基邊坡的動力穩定性。路基邊坡在受到地震波帶來的動力作用情景下,能否保持穩定對于公路路基抗震性能的構建有著非常重要的影響。路基承受較大的動載荷下,其穩定性必然會發生變化。

四、提高路基抗震能力的措施

路基在地震荷載作用下的破壞主要與路基的土體類型、路基的風化程度有關。路基邊坡破壞與所處邊坡坡度、防護類型及高度、處治措施等因素有關。在工程實際中，可以采取下列措施來提高路基抗震能力的大小。

(一)合理確定路線方案。路線盡量繞避地震斷層帶、軟弱地基或不良地質區，克服不良地質、水文地質較差的地段，最大程度上減少高填深挖路基的使用。盡可能地使路線在抗震設防烈度較低的地方或地質條件較好的地方通過。

(二)選擇合適的路基支擋結構?？梢远嗖捎娩摻罨炷林亓κ綋跬翂?，其抗震能力較其他重力式擋墻強。也可以采用加筋擋土墻、錨桿擋土墻、土釘墻等柔性支擋結構。這些柔性支擋結構對山區路基的抗震也有較好的效果，具有很好的抗震設防工程實際應用價值。路基支擋工程應盡可能避免或減少半填半挖路基。當高速公路經過大于6度烈度區時,擋土墻應進行抗震強度和穩定性驗算。在軟弱地基土修建擋土墻時,可采取換土、加大基礎面積、采用樁基等措施,并要確保施工質量將擋土墻上安裝排水管或反濾層等排水設施，對擋土墻結構進行合理且符合規范的配筋均可以在一定程度上提高擋土墻的抗震能力。

(三)加強排水設施的養護工作。水對路基抗震能力的影響往往是十分突出的,是路基病害產生的重要因素。在路表積水和地下水的長期作用下，路塹邊溝會出現斷裂、淤積、水流下滲等現象。受水浸泡后的軟土地基或水穩定性較差的路塹其物理力學指標會大大降低嚴重的甚至會出現崩塌、斷裂、塌陷等現象，嚴重影響道路的正常使用和道路交通的安全。因此，加強對地表水的排除便顯得十分重要，可以設豎井、盲溝引流和排除地表水，定期對地表積水進行檢查。排水設施可以保證路基的強度得到保證，在地震荷載作用下不至于產生超出正常范圍的巨大破壞。

(四)對軟弱地基進行預先加固處理。軟土地基在地震荷載作用下易引起沉降或不均勻沉降進而導致路基變形。軟弱地基路段在地震波能量的作用下易發生路堤坍塌病害和路基主體與邊坡溜坍病害。對于軟弱地基可以采取換土法、改良原土壤法。對問題土壤進行加勁處理法、沙墊層法、強夯法、靜力排水固結法等進行處理，然后分層回填壓實，還應適當加鋪土工格柵。