論高速公路路基邊坡沖刷防護技術

韋純國　王世容

摘要 高速公路路基邊坡是公路工程的重要組成部分，其抗沖刷能力及穩定性直接影響公路的安全運營?；诖耍恼箩槍β坊吰聸_刷防護問題進行研究，對常見防護技術進行了防護效果對比分析，提出一種排水+加固聯合防護方案，結合排水工程和加固工程綜合改善邊坡的滲流條件、抗沖刷能力，將該方案應用于實際工程案例，驗證其防護效果，證明該方案的可行性較高。

關鍵詞 高速公路工程；路基邊坡；防沖刷技術；技術要點

中圖分類號 U416.1文獻標識碼A文章編號 2096-8949（2023）16-0072-03

0 引言

高速公路路基邊坡穩定性直接影響高速公路的運營維護。由于高速公路路基邊坡通常處于開挖或填筑狀態，易受降雨、地下水、地震等因素的影響，導致邊坡發生沖刷、滑動、崩塌等破壞現象，給高速公路造成嚴重危害[1-3]。因此，采取有效防護技術，提高邊坡的穩定性是高速公路工程中必不可少的工作。

1 常見路基邊坡的防護技術

1.1 排水防護技術

水是導致邊坡沖刷破壞的主要因素，排水防護技術是通過設置排水系統或改善土體滲透性來降低邊坡內部的水壓和水位，其主要原理是通過控制邊坡的滲流場，降低邊坡內部的水壓和水位，從而減少水對邊坡穩定性的不利影響，提高邊坡的抗滑能力，防止邊坡發生沖刷破壞。

1.2 工程防護技術

工程防護技術是通過設置護面墻、植被混凝土、錨桿、土釘等結構或材料來增加邊坡的抗剪強度和抗滑能力，從而提高邊坡的穩定性[4]。

2 防護技術對比

2.1 坡率法

坡率法是一種通過控制邊坡高度、坡度，使邊坡自身達到穩定目的的人工放坡設計方法。該方法施工簡單、成本低、無需額外支護結構，條件允許的情況下應優先考慮此方案。

2.2 抗滑樁

抗滑樁的基本原理是將樁插入滑面以下的穩固地層內，利用穩定地層巖土的錨固作用平衡滑坡推力，從而穩定滑坡?？够瑯陡鶕^固方式可分為單錨固樁、雙錨固樁、多錨固樁等。

2.3 擋土墻

擋土墻的作用是將邊坡土體壓力傳遞到墻體基礎上，同時利用排水系統或滲透性材料來降低土壓力，從而保證邊坡穩定性。擋土墻的設計應考慮墻體的穩定性、強度、變形、經濟性等因素，以及地基承載力和地震作用等參數。

2.4 排水工程

排水工程是一種通過設置排水系統或改善土體滲透性來降低邊坡內部的水壓和水位，減少水對邊坡穩定性不利影響的防護技術，其原理是控制邊坡的滲流場，使邊坡內部水分得以有效排除或利用，從而保持邊坡土體干燥穩定。

3 路基邊坡沖刷防護加固措施

3.1 排水工程

地表排水：設溝渠、管道、槽道等結構及時排走邊坡表面的降雨、地表水，防止其滲入邊坡內部，造成邊坡飽和或軟化。

平孔排水：通過平行于邊坡表面的排水孔，將邊坡內部的滲流水引出，降低邊坡內部的孔隙水壓，增加邊坡的有效應力。平孔排水適用于土質良好、滲透性好、地下水位低、邊坡高度小的情況[5]。

斜向排水孔：傾斜于邊坡表面的排水孔引出邊坡內部的滲流水，降低邊坡內部的孔隙水壓，增加邊坡的有效應力。斜向排水孔適用于土質差、滲透性差、地下水位高、邊坡高度大的情況。

截水溝：通過邊坡下部的溝渠截斷或導流地下水，減少其對邊坡的侵蝕浸潤作用。

3.2 加固工程

加固工程是指通過設置結構或材料，增加邊坡的抗剪強度和抗滑能力，從而提高邊坡的穩定性?；诼坊庸桃蠹皼_刷特點選用土釘加固措施，將鋼筋作為土釘，插入邊坡內部，通過土釘的錨固作用，將邊坡內部土體拉緊，使其產生一定預應力，同時利用土釘與土體之間的摩擦力、黏著力抵抗邊坡滑動力。土釘加固的設計應考慮土釘的長度、直徑、間距、傾角、錨固段長度等因素，以及邊坡地質條件、工程條件等參數。

4 排水工程與加固工程方案分析

4.1 模型建立和模型相關理論

采用排水工程與加固工程聯合防護方案，提高邊坡穩定性。首先，根據前文試驗模型確定防治方案布置圖，如圖1所示。其次，利用測斜儀測量邊坡不同深度的水平位移變化，發現聯合防護方案可有效降低位移。最后，運用GeoStudio軟件分析聯合防護方案的排水效果和邊坡穩定性。

4.1.1 模型建立

為模擬降雨入滲對邊坡的影響，利用GeoStudio軟件建立邊坡模型，模型尺寸為20 m×15 m，網格劃分為0.5 m×0.5 m。模型中設置黏性土、排水孔、土釘、溝渠以及截水溝材料。模型中假定以下幾種邊界條件和初始條件。

（1）邊界條件：左側和底部為零位移邊界；右側為自由邊界；上部為自由應力邊界；溝渠和截水溝內部為恒定水頭邊界（h=0）；排水孔內部為零流量邊界[6]。

（2）初始條件：初始應力狀態為自重平衡狀態；初始水壓狀態為靜水壓力狀態；初始溫度狀態為恒定溫度狀態（T=20 ℃）。水頭邊界確定的情況下開展邊坡土體滲流穩態分析，作為模型滲流場分析的初始條件，具體如圖2所示。

（3）加載條件：降雨載荷（q=10 mm/h）作用于邊坡表面；地震載荷（a=0.15 g）作用于底部；土釘預應力（P=100 kN）作用于土釘錨固段。

（4）觀測條件：在邊坡內部設置了測斜儀，用于測量邊坡的位移和應力；在邊坡內部設置了水壓計，用于測量邊坡的水壓和水位；在邊坡內部設置溫度計，用于測量邊坡土體溫度。

4.1.2 模型的相關理論

（1）滲流條件下邊坡穩定性理論。極限平衡法是一種常用的計算邊坡穩定系數的方法，其基本思想是將邊坡劃分為若干個滑動體，假設滑動體之間無相互作用，然后根據力學平衡條件求解滑動體的內力和外力，從而得到邊坡的穩定系數。極限平衡法有多種形式，如簡單斜面法、雙楔形法、圓弧法、拋物線法等。該文采用圓弧法來計算邊坡在滲流條件下的穩定系數，即假設滑動面為圓弧形。在滲流條件下，邊坡受到自重、水平力、土釘預應力等作用，同時排水孔會改變邊坡內部的水壓分布。因此，在計算邊坡穩定系數時，需要考慮這些因素的影響。根據極限平衡法，考慮水平力作用下邊坡穩定系數的表達式如下：

4.2 排水效果分析

利用流線圖對比分析了排水平孔對邊坡防護效果的影響：①未設置排水平孔的邊坡，流線密集，表明邊坡內水流難以排出。②設置排水平孔后的邊坡，流線稀疏，表明邊坡內水流能夠有效排出。因此，排水平孔能夠改善邊坡的排水效果[8]。

4.3 加固后路基邊坡的穩定性分析

對比排水工程、加固工程聯合方案對路基邊坡穩定性的影響。通過圖3可以看出，僅通過設置排水孔，邊坡的穩定系數雖然有所提高，但是效果不明顯。而通過設置土釘進行加固，邊坡的穩定系數在沖刷過程中接近于2，表明邊坡的穩定性得到了極大增強。因此，排水工程和加固工程聯合方案是一種有效的邊坡防護加固方法。

5 聯合防護方案在高速公路路基邊坡的應用分析

將排水工程與加固工程聯合防護方案應用于高速公路路基邊坡的防護，以某高速K4+000～K4+600為例進行效果研究。首先，利用GeoStudio軟件建立高速公路路基邊坡的模型，分析設置聯合防護方案前后的流線分布，如圖4所示；其次，比較設置聯合防護方案前后的邊坡穩定系數變化，如圖4所示；最后，評價聯合防護方案對高速公路路基邊坡的防護效果。

從圖4可以看出，設置聯合防護方案前，降雨時邊坡土體內流線密集，說明雨水在土體內滲透較多；設置聯合防護方案后，邊坡土體內流線稀疏，說明雨水被排水孔攔截并排出較多。這表明聯合防護方案可以改善邊坡的排水效果，減少雨水對土體的浸潤。

設置聯合防護方案前，隨著時間增長邊坡穩定系數下降，說明邊坡穩定性降低；設置聯合防護方案后，隨著時間增長邊坡穩定系數上升，說明邊坡穩定性提高。這表明聯合防護方案可以增強邊坡的抗沖刷能力，提高邊坡的安全性[9]。

6 結論

綜上所述，該文研究了路基邊坡沖刷災害的防護技術，以某高速公路K4+000～K4+600為例，采用排水工程和加固工程的聯合方案進行防護。主要結論如下：

（1）路基邊坡的防護技術主要分為排水防護和工程防護兩類，其中排水防護包括地面排水工程和平孔排水，工程防護包括坡率法和抗滑樁等。不同的防護技術有各自的適用條件、優缺點和造價水平。

（2）聯合方案是將排水工程和加固工程相結合的一種綜合防護方法，可以有效地提高路基邊坡的排水效果和穩定性，減少沖刷災害的發生和危害。

（3）通過建立數值模型，對聯合方案進行了模擬分析，對比了設置防護方案前后路基邊坡的流線分布、穩定系數和可靠度，驗證了聯合方案的防護效果。結果表明，設置防護方案后，路基邊坡的流線分布更加合理，穩定系數和可靠度都顯著提高。

參考文獻

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