高速公路路基邊坡開裂滑移的加固處理技術(shù)

孫 偉

(朔州高速公路管理有限公司,山西 朔州 036900)

高速公路路基邊坡的開裂、滑移現(xiàn)象頻發(fā),對(duì)高速公路運(yùn)營(yíng)的安全性與通行車輛的舒適性,造成了不良影響,給目前的高速公路路基維護(hù)與管理,帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。因此,如何能夠解決高速公路路基邊坡常見病害,避免病害現(xiàn)象威脅到通行車輛的行車安全,研究出一種可靠的加固處理技術(shù),成為了目前高速交通部門與道路施工單位等組織機(jī)構(gòu)重點(diǎn)研究的課題[2]。基于上述背景,從錨固處理、生態(tài)加固處理以及抗滑樁加固處理等方面入手,研究了一種高速公路路基邊坡開裂滑移的加固處理技術(shù),希望可以有效提升高速公路路基邊坡的穩(wěn)固程度,保證高速公路在運(yùn)營(yíng)過程中的安全性與穩(wěn)定性。

1 項(xiàng)目概況

G55大新高速公路,是山西省南北縱向的主要高速通道,自2003年開始運(yùn)營(yíng)以來,隨著交通量的增加和公路路基齡期的增長(zhǎng),路面、路基邊坡等部分的病害逐漸顯現(xiàn)出來,集中表現(xiàn)為路面開裂、路基邊坡開裂與滑移。其中,路基邊坡的開裂與滑移,嚴(yán)重影響了高速公路的安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。

為了得出高速公路路基發(fā)生開裂、滑移病害的深層原因,需要對(duì)該區(qū)域的整體情況進(jìn)行調(diào)研。研究區(qū)域的氣象條件如表1所示。

表1 研究區(qū)域氣象條件指標(biāo)值

研究區(qū)域的降雨量比較充沛,對(duì)路基邊坡整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成了較大的威脅。該路段大部分路基邊坡的土質(zhì)組成屬于中性膨脹土,邊坡整體的力學(xué)性質(zhì)、承載性能均一般。該高速公路路段的路基邊坡呈現(xiàn)小鴨頭形狀,主要病害是開裂和滑移錯(cuò)位。原因如下:首先,土方開挖形成的臨空面導(dǎo)致應(yīng)力集中,隨著齡期增長(zhǎng)引發(fā)邊坡卸荷失穩(wěn)[4]。其次,長(zhǎng)期反復(fù)的車輛荷載產(chǎn)生滑移趨勢(shì)和推力,導(dǎo)致開裂和滑移。此外,水也是重要原因之一,不良的水理性質(zhì)使得土層易形成軟弱結(jié)構(gòu)面,逐漸發(fā)育裂隙。最終,地下水活動(dòng)、雨水浸泡、風(fēng)化等協(xié)同作用導(dǎo)致大面積開裂和滑移。

經(jīng)過分析,研究區(qū)域的高速公路路基邊坡存在大面積的開裂和滑移病害。為此,設(shè)計(jì)一種協(xié)同處理的治理策略,包括錨固技術(shù)和生態(tài)加固技術(shù),以有效修復(fù)和治理節(jié)理裂隙和坡體滑移,同時(shí)提升整體公路的環(huán)境景觀,避免單一化加固施工的長(zhǎng)期不穩(wěn)定和強(qiáng)度降低。

2 加固處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 施工準(zhǔn)備

在開始施工之前,本次研究采取了一系列準(zhǔn)備工作,旨在為后續(xù)的加固處理提供良好的施工環(huán)境和條件。首先,考慮到所選路段的路基邊坡呈現(xiàn)小鴨頭形狀,設(shè)計(jì)一種新型的截排水溝,其形狀與小鴨頭形狀相似,能夠適應(yīng)邊坡的輪廓,與傳統(tǒng)的直線或規(guī)則形狀的截排水溝相比,這種新型的截排水溝具有更加柔性的線條和適應(yīng)地形變化的布局,以便更好地收集和處理地表水。通過這種特殊設(shè)計(jì),能夠更有效地將地表水引入溝中,并避免對(duì)施工過程產(chǎn)生不利影響[3]。其次,為了進(jìn)一步增強(qiáng)路基邊坡的穩(wěn)定性,采用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)。這種技術(shù)能夠?qū)㈠^索深深地植入邊坡內(nèi)部,對(duì)可能發(fā)生滑移的區(qū)域提供額外的支撐和穩(wěn)定。通過這種措施,能夠有效地增強(qiáng)路基邊坡的抗滑移能力,并降低二次失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外,還實(shí)施了一系列環(huán)保和可持續(xù)性的措施。例如,盡可能地使用可再生和環(huán)保的材料,以減少對(duì)環(huán)境的影響。同時(shí),采用生態(tài)加固技術(shù),通過在邊坡上種植植被來進(jìn)一步增強(qiáng)其穩(wěn)定性并改善周邊環(huán)境。

2.2 錨固處理技術(shù)

為了有效應(yīng)對(duì)G55大新高速公路路基邊坡的開裂和滑移問題,采用一種改進(jìn)的錨固處理技術(shù),主要通過在路基邊坡中安裝預(yù)制的金屬桿件,以增強(qiáng)其抗拉能力和穩(wěn)定性。

具體來說,首先根據(jù)邊坡的長(zhǎng)度預(yù)制相應(yīng)的金屬桿件作為備用。然后,使用專業(yè)的鉆孔機(jī)在路基邊坡的坡口和坡腳部分進(jìn)行鉆孔,按照每5 m的距離鉆孔,保證鉆孔位置均勻且平行對(duì)應(yīng),孔徑略小于桿件直徑。接下來,利用錨頭,將預(yù)制好的金屬桿件打入路基邊坡土表面打好的鉆孔中,這一步驟需要精確的操作,以確保金屬桿件與邊坡土體的緊密結(jié)合[5]。完成后,金屬桿件將形成一個(gè)穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu),有效地改善邊坡土層的抗拉能力。為了進(jìn)一步加固金屬桿件與路基邊坡的結(jié)合,采用特定的混凝土砂漿進(jìn)行澆筑。這種混凝土砂漿具有優(yōu)異的性能,其具體的性能指標(biāo)如表2所示。

表2 錨固處理技術(shù)應(yīng)用混凝土砂漿的性能

通過澆筑混凝土砂漿,將金屬桿件與路基邊坡牢固地連接在一起,形成一個(gè)混合加固的結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)改進(jìn)的錨固處理技術(shù)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn):首先,它能夠顯著提高路基邊坡的抗滑移能力,有效地阻止開裂和滑移的發(fā)展。其次,金屬桿件的加持作用可以改善邊坡土層的抗拉性能,減少節(jié)理裂隙的發(fā)育。此外,該技術(shù)還具有施工簡(jiǎn)便、成本適中的特點(diǎn),適用于各種類似的路基邊坡加固工程。

2.3 生態(tài)加固處理技術(shù)

在錨固處理技術(shù)的基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步增強(qiáng)路基邊坡的穩(wěn)定性和耐久性,并防止降雨、地下水等因素對(duì)邊坡土體的侵蝕與干擾,設(shè)計(jì)一種新型的生態(tài)加固處理方案。該方案采用生態(tài)工程技術(shù)和生物措施,以實(shí)現(xiàn)邊坡的穩(wěn)固和生態(tài)環(huán)境的改善。

首先,應(yīng)用高強(qiáng)度鋼筋材料,采用鉸接方式與土石料混合連接,制作成加筋格賓籠擋墻。這種擋墻具有較高的承載能力和穩(wěn)定性,能夠有效地支撐和穩(wěn)固邊坡。在拼裝過程中,應(yīng)特別注重保證鋼筋骨架節(jié)點(diǎn)之間的抗拉強(qiáng)度基本一致,以確保整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

其次,將這種“鋼筋-土石”復(fù)合而成的擋墻構(gòu)件置于經(jīng)過錨固處理的邊坡坡體外側(cè)。這樣既可以起到支撐穩(wěn)定的作用,又能夠減少降雨、地下水等因素對(duì)邊坡坡體結(jié)構(gòu)的侵蝕與干擾。同時(shí),為后續(xù)植被基材的發(fā)育與生長(zhǎng)奠定了可靠、安全的環(huán)境基礎(chǔ)。

接下來,根據(jù)研究區(qū)域的地理環(huán)境與氣候條件,選擇適合的喬木、藤本植物和草本植物等多種植物相結(jié)合的混合植物,作為路基邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)的治理基材。通過分區(qū)、分段的種植模式,將混合植物基材以液壓噴播的方式噴射在固定好的加筋格賓籠擋墻上。在種植好的前15 d,覆蓋無紡布并進(jìn)行每日一次的澆水養(yǎng)護(hù),以保證混合植物的快速、有效生長(zhǎng)。

隨著植物的生長(zhǎng),其根系能夠有效地防止邊坡受雨水沖刷的影響,降低水滲流對(duì)邊坡土層穩(wěn)定性的損害程度,從而顯著提高路基邊坡的穩(wěn)定性。此外,植物還能夠吸附通行車輛與自然環(huán)境帶來的空氣污染雜質(zhì),提高區(qū)域整體的生態(tài)質(zhì)量。同時(shí),生態(tài)加固處理技術(shù)的應(yīng)用還可以起到美化高速公路岸坡景觀的效果。

綜上所述,生態(tài)加固處理技術(shù)不僅具有提高邊坡穩(wěn)定性和耐久性的作用,還能改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、減少污染和提高景觀質(zhì)量。這種技術(shù)具有邊坡穩(wěn)固與美化環(huán)境雙重治理效果,是一種新型的、能夠得到廣泛應(yīng)用前景的加固處理技術(shù)。

2.4 抗滑樁加固處理技術(shù)

在面對(duì)高速公路路基邊坡開裂滑移的問題時(shí),抗滑樁加固處理技術(shù)是一種有效的應(yīng)對(duì)策略,該技術(shù)以抗滑樁為基礎(chǔ),通過在路基邊坡中打入抗滑樁,以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。

首先,根據(jù)本次所研究公路的地質(zhì)條件和路基邊坡的形狀,來確定抗滑樁的位置和深度。研究公路的路基邊坡的高度為15 m,邊坡的坡度為1∶1.5,一般來說,抗滑樁的深度通常為邊坡高度的1～1.5倍,故選擇抗滑樁的深度為20 m。抗滑樁需要被打入到邊坡的穩(wěn)定層或巖層中,以確保其能夠有效地抵抗滑移。

其次,考慮到地質(zhì)條件、邊坡高度以及經(jīng)濟(jì)性與施工難度等因素,采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、截面尺寸為1 m×1 m的抗滑樁矩形截面,以直樁形式,樁身垂直于地面,能夠有效抵抗滑坡力。這種材料具有較高的抗壓強(qiáng)度和耐久性,能夠有效抵抗滑坡力,保證邊坡的穩(wěn)定性。在邊坡沿線每隔5 m布設(shè)一根抗滑樁,既保證邊坡的整體穩(wěn)定性,還能避免資源浪費(fèi)。對(duì)抗滑樁的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行充分考慮,以確保其在承受滑移荷載的同時(shí)不會(huì)發(fā)生變形或破壞。采用專業(yè)的設(shè)備和人員進(jìn)行抗滑樁的施工。在邊坡上鉆孔,將預(yù)先制作好的抗滑樁打入到鉆孔中。在打入過程中,需要注意控制抗滑樁的垂直度和穩(wěn)定性,以確保其能夠有效地抵抗滑移。

此外,為了進(jìn)一步提高抗滑樁加固處理技術(shù)的效果,在抗滑樁的周圍設(shè)置擋土墻,以防止邊坡土體的流失和滑移。在前述2.3小節(jié)中提及的生態(tài)加固處理技術(shù)中,設(shè)置了植被覆蓋層,也能夠在一定程度上保護(hù)抗滑樁不受外界環(huán)境的影響。

總之,抗滑樁加固處理技術(shù)是一種有效的應(yīng)對(duì)高速公路路基邊坡開裂滑移問題的策略。通過設(shè)計(jì)和施工抗滑樁,可以增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性并防止滑移的發(fā)生。同時(shí),采取一些輔助措施可以提高該技術(shù)的效果和耐久性,使其在高速公路建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

3 施工效果分析

3.1 路基邊坡穩(wěn)定性對(duì)比分析

為檢測(cè)本研究設(shè)計(jì)的高速公路路基邊坡開裂滑移加固處理技術(shù)的可行性與應(yīng)用效果,應(yīng)用圓弧滑動(dòng)法,計(jì)算加固處理施工前后,高速公路路基邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù),進(jìn)行對(duì)比分析。在高速公路研究區(qū)域內(nèi),隨機(jī)選取10處路基邊坡測(cè)點(diǎn),結(jié)合實(shí)際的邊坡土層力學(xué)參數(shù),在CEOSTUDIO程序中,應(yīng)用Bishop計(jì)算公式,分別計(jì)算加固處理施工前后,路基邊坡測(cè)點(diǎn)的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù),計(jì)算公式表示為

(1)

式中:A為路基邊坡穩(wěn)定安全系數(shù);μ為路基邊坡的抗滑力矩,N·m;λ表示路基邊坡的滑動(dòng)力矩,N·m。其中,μ、λ均由圓弧滑動(dòng)法計(jì)算得出,與土層的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。記錄并統(tǒng)計(jì)上述計(jì)算結(jié)果,繪制折線圖,進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如圖1所示。

圖1 加固處理施工前后路基邊坡測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性對(duì)比圖

由圖1可知,對(duì)于隨機(jī)的10處高速公路路基邊坡測(cè)點(diǎn),加固處理施工后的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù),均高于加固處理施工前,且均大于實(shí)際工程的最低標(biāo)準(zhǔn)1.25,表明經(jīng)過加固處理施工后,所選測(cè)點(diǎn)的路基邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。為進(jìn)一步保證加固處理施工的應(yīng)用效果,考慮暴雨天氣、地震條件,分別計(jì)算加固處理施工后路基邊坡測(cè)點(diǎn)的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù),結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同條件下路基邊坡測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析

由圖2可知,對(duì)于隨機(jī)的10處高速公路路基邊坡測(cè)點(diǎn),在暴雨天氣,以及地震條件下,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)較正常工況下有所降低,但仍然大于實(shí)際工程的最低標(biāo)準(zhǔn)1.25,具有優(yōu)越的加固修復(fù)效果。

3.2 路基土體力學(xué)性質(zhì)改善效果分析

為了更全面地評(píng)估加固處理技術(shù)的實(shí)際效果,本研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試路基土體力學(xué)性質(zhì)的改善情況,關(guān)注土壤的抗剪強(qiáng)度、壓縮模量和滲透系數(shù),以此反映出土體的穩(wěn)定性、承載能力和對(duì)水的敏感性。在實(shí)驗(yàn)路段,選擇具有代表性的土壤樣本,并在加固處理前、后分別進(jìn)行了測(cè)試。為了更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際情況,土壤樣本取自0.5、1、1.5 m這三個(gè)不同深度以及邊坡頂部、中部和底部這三個(gè)不同位置,對(duì)于每種加固處理技術(shù),均進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)果后,匯總為表3。

表3 路基土體力學(xué)性質(zhì)改善效果結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析,通過對(duì)比不同加固處理技術(shù)在改善路基土體力學(xué)性質(zhì)方面的效果,可以得出以下結(jié)論:抗滑樁加固處理技術(shù)在增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度、提高土壤承載能力和降低土壤滲透性方面的效果最為顯著;生態(tài)加固處理技術(shù)在降低土壤滲透性方面表現(xiàn)出較好的效果,同時(shí)還有助于提高土壤的抗剪強(qiáng)度和承載能力;錨固處理技術(shù)在增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度和提高土壤承載能力方面有一定效果,但在降低土壤滲透性方面的效果相對(duì)較弱。

結(jié)合以上結(jié)果可知,綜合運(yùn)用這三種加固處理技術(shù)能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路路基邊坡開裂滑移的加固處理,能夠使得已經(jīng)發(fā)生開裂、滑移病害的邊坡趨于穩(wěn)定、牢固狀態(tài),具有可行性,為有關(guān)施工單位,提供了可靠的理論參考與技術(shù)支持。

4 結(jié)束語

高速公路的施工質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)管理水平,是保證交通產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)現(xiàn)階段高速公路路基邊坡開裂、滑坡等病害現(xiàn)象頻發(fā)的問題,以延長(zhǎng)高速公路使用壽命,保證行車安全與舒適度為目的,研究設(shè)計(jì)了一種路基邊坡的加固處理技術(shù),結(jié)果顯示,經(jīng)過加固處理,10處高速公路路基邊坡在正常工況、暴雨和地震條件下的穩(wěn)定安全系數(shù)均超過1.25的最低標(biāo)準(zhǔn),表現(xiàn)出良好的加固修復(fù)效果。同時(shí),土壤的抗剪強(qiáng)度平均提高了25%,壓縮模量平均增加了15%,滲透系數(shù)平均降低了30%,有效改善了路基土體力學(xué)性質(zhì)。