路基边坡养护技术研究.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）0 引言我国部分高速公路工程建成时间较早，经过多年运营后，其路基边坡病害日益加重，对行车安全构成一定威胁。常见的路基边坡坡体结构包括块状体、基座式、层状式等坡体结构，受雨水冲刷、长期风化等外界因素影响，易出现落石、崩塌、倾倒、滑坡等病害，影响公路正常通行。因此，需针对路基边坡可能发生的病害采取养护，最大程度避免病害发生。1 工程概况某公路工程设计速度为80 km/h，在K2+960路段设路基高边坡，宽为 89.2 m，高为 28 m，深为 48 m，坡比为11.5。高边坡为土质路堑，工程所在地常年降水量较大，高边坡受雨水冲刷影响易发生滑坡。路基边坡设有单排抗滑桩，抗滑桩为混凝土灌注桩，桩径1.5m，桩长26 m，桩间距6 m。公路建成通车多年后，抗滑桩出现明显裂缝，存在断裂、滑坡病害风险，需采取有效的养护措施，达到加固抗滑桩的目的。在K12+100路段设路基高边坡，边坡较陡，分布节理裂缝发育的岩石坡面，受持续风化的影响，易出现崩塌病害，需采用高边坡锚杆防护技术进行养护。在K50+350路段设路基高边坡，边坡表面有多个体积较大的岩石，受外力作用易发生落石病害，需采用SNS柔性防护网进行养护。2 路基边坡病害的养护技术2.1 抗滑桩养护技术本工程对K2+960路段的路基高边坡进行抗滑桩养护，利用有限元分析软件分析已建抗滑桩的受力情况，制定养护方案。2.1.1 抗滑桩破坏因素1）桩体间距。抗滑桩之间的距离过大，减弱土拱效应，使桩与桩之间的土被挤出。2）桩身嵌埋深度。抗滑桩嵌入岩土体深度未达到桩体锚固力的要求，在边坡结构发生变化的情况下造成抗滑桩被推倒1。3）桩顶约束强度。抗滑桩布置不合理，滑坡体可能会越过桩顶滑落到路面。4）桩体直径。抗滑桩直径过小，导致桩体最大弯矩处发生拉断现象，当发生滑坡时无法阻挡土体滑动。2.1.2 抗滑桩有限元受力分析在路基边坡加固中，为避免因抗滑桩从裂缝处断裂发生滑坡病害，需采用ABAQUS有限元分析软件模拟路基边坡抗滑桩的受力情况，预测引起边坡病害的原因，为制定边坡病害养护方案提供依据。1）参数设定。在有限元分析软件中输入路基边坡几何尺寸，采用M-C屈服准则和CPE4划分网格，划分技术采用Sweep，形成Quad四边形，共有1 664个节点，1 575个单元。在边界条件Boundary Condition中设置U1=U2=0，表示底部约束竖向位移与水平位移，左右两侧水平位移设置为UI=0。利用reduce对强度折减进行分析，预测滑坡水平位移和强度折减系数等因素影响下的抗滑桩极限安全系数。2）抗滑桩桩径受力分析。本工程采用混凝土灌注桩作为抗滑桩，桩间距为6 m，桩长为28 m，设桩径分别为 1.0、1.5、2.0、2.5 m 时，材料计算参数为=24kN/m，E=1.21010Pa，v=0.20，建立抗滑桩有限元模型。选取不同的计算区域，形成单元网络，利用有限元分析软件生成2.0 m桩径下滑坡的PEMAG与位移图、桩径的应力和位移合力图、不同桩径的弯矩图以及28m桩长下不同桩径的边坡安全系数图。根据模型图可知，随着抗滑桩桩径的增加，其桩身弯矩剪力也会随之增加，滑坡安全系数随之增大；在桩径不断增加的情况下，间距随之减小，其防护效果与挡土墙的防护效果相似，边坡稳定系数趋于稳定。当抗滑桩极限安全系数接近于路基边坡安全系数时，收稿日期：2023-05-12作者简介：刘杰（1982），男，高级工程师，从事公路施工及日常养护工作。路基边坡养护技术研究刘杰（唐山市交通运输局公路管理站，河北 唐山 063000）摘要：以某公路工程为依托，分析路基边坡病害的养护技术。研究结果表明，路基边坡常见病害为滑坡、崩塌和落石，通过采用抗滑桩技术、高边坡锚杆防护技术以及SNS柔性防护网技术，能够实现对边坡的养护，提高路基边坡稳定性。关键词：路基边坡；边坡养护；抗滑桩中图分类号：U416.1文献标识码：B94交通世界TRANSPOWORLD即表明可能发生边坡滑坡病害。为避免病害发生，需在养护工程中适当增加抗滑桩的桩径2。3）抗滑桩嵌入深度分析。设桩径为2.0 m，间距为6.0 m，桩位距离坡趾的水平距离和坡面线水平投影长度的比值k为0.4，采用有限元分析软件中模式搜索法确定滑动面的具体位置，在坡面位置下方12 m。模拟抗滑桩嵌入稳定硬质土层的深度，分别为6、8、10 m，观察抗滑桩在桩顶自由且桩体受到剪力、弯矩作用下的横向位移变化，分析抗滑桩的受力机理，计算滑坡稳定系数。抗滑桩的最大弯矩出现在受滑坡推力作用与滑动破坏面保持一定距离的土层深部，当桩体嵌入土层达到一定深度后，最大弯矩为10 000 kNm，在达到一定深度后继续增加嵌入土层深度，最大弯矩并不会明显增大。但对滑动面以下的剪力而言，嵌入土层深度越高，剪力会明显增大。由此验证，不适合采用无限制增加桩体嵌入土层深度来加固路基边坡。当抗滑桩嵌入土层深度增加时，桩体横向位移会随之减小，当嵌入土层达到一定深度后，桩体水平位移变化不明显。根据相关技术规范规定，抗滑桩嵌固到土层中的深度为滑体厚度的0.51.0倍。在路基边坡病害预防中，可对嵌入土层深度不足的抗滑桩适当加大嵌固深度，延缓桩体破坏，避免发生滑坡。4）抗滑桩不同桩位布设分析。利用有限元分析软件模拟抗滑桩布设位置，k取值0.1、0.3、0.6，抗滑桩的桩间距为6.0 m，桩径为2.0 m，桩长28 m，借助模型计算出不同桩顶约束和桩位设置条件下的滑坡稳定安全系数。根据有限元分析软件生成的滑坡等效塑性区二维图可知，当k为0.1时，桩后土体会越过桩顶，引发土体滑动，但桩体不发生水平位移；当k为1.0时，桩后土体还是会从桩顶滑落；当k为0.3时，抗滑桩周围土体形成塑性区，可防止土体从桩顶滑落。由此表明，抗滑桩桩顶布设过高或过低，都可能发生土体滑坡，出现局部失稳。根据模型分析结果显示，抗滑桩预防滑坡效果最为明显的合理布设区间为k在0.350.55之间。最优的布桩位置能够对边坡治理产生显著影响，在抗滑桩养护中，要考虑施工场地、附加荷载等影响因素，合理确定抗滑桩布设位置。本工程已建抗滑桩，无法对抗滑桩的桩位重新布设，现有的养护方法只能通过减小滑坡推力以避免发生土体滑坡，具体方法包括刷坡、削坡、挂网、种植植被。5）抗滑桩不同桩顶约束分析。利用有限元分析软件模拟抗滑桩桩顶的约束条件，在不同约束条件下，抗滑桩桩体产生横向位移3。采用Combine函数功能设定各项参数，桩径2.0 m，桩间距6.0 m，桩长28 m，k 为0.4，在模型中确定桩顶铰接和桩顶固接的稳定安全系数。利用有限元分析软件生成抗滑桩不同桩顶约束下水平位移图，可知桩身水平位移随着桩头约束条件的改变而发生显著变化，在桩头约束消失时，桩身横向位移最大。因此，需对桩头采取约束措施，以达到减小桩身横向位移的目的。在桩径、桩长、布桩位置以及桩间距相同的条件下，桩端自由的滑坡稳定系数为1.55，桩端铰接的滑坡稳定系数为1.64，桩端固定的滑坡稳定系数为1.69。由此可知，通过对桩顶施加约束条件能够提高滑坡的安全系数。2.1.3 滑坡养护1）增大抗滑桩桩径，增强桩体抗弯能力，推延抗滑桩桩体破坏时间，预防滑坡病害。在养护中，对原抗滑桩安装模板灌注混凝土，再配置钢筋，完成注浆。2）增加抗滑桩嵌固深度，增强桩体对土体水平位移的抵抗力。但结合本工程原抗滑桩的实际情况，直接采用增加嵌固深度的养护方法不现实。因此采用锚固部分桩体和嵌固部位的施工措施，替代直接增加嵌固深度的方案。3）增加桩顶约束条件，将桩顶铰接改为桩顶固接，逐步提高固接高度，延迟抗滑桩破坏。对部分已采用固接的抗滑桩桩顶，则不能再提高桩顶约束条件4。4）防护边坡坡面，对坡面进行削坡、刷坡、植草或挂网，预防土体滑坡。2.2 高边坡锚杆防护技术本工程对K12+100路段的路基高边坡采用锚杆防护技术，预防崩塌病害发生。具体施工技术如下：2.2.1 测量放样1）整理好坡面后，由专业的测量小组通过多次反复测量，确认路基边坡，并准确定位主骨架。利用先进的测量技术，结合骨架特点控制桩位。放样时密切关注边坡的防护情况，依据测量结果计算出边坡的坡率。2）在不同的区域内，以撒布石灰的方式定点挂线，据此确定出路基边坡开挖的准确位置。2.2.2 钻设孔位1）依据工程特点，选取适宜的钻具，在确保钻进作业效率的前提下，提高成孔质量。按锚固地层的实际情况控制锚杆的深度及直径，当需要在岩层施工时，应选用锚杆钻孔设备钻设孔位。2）搭设脚手架作业平台，操作时，要将锚杆与坡面固定好，按图纸要求调整设备的位置，以相对较为合理且有效的方式提升锚杆钻孔深度。3）控制钻孔的倾角及施工方向，确保锚杆的倾斜角误差在现行规范标准的允许范围内，即1.0；方位角误95总651期2023年第21期（7月 下）差控制在2.0 以内；水平面与锚杆之间的交角为45。4）以钻进效率作为钻机选择的主要依据，在保证高效率的前提下，选取成孔质量相对较好的钻机。钻孔时，由于地层的不断变化，会给钻进增添一定难度，因此可以通过调整压力和钻进速度来解决5。5）当孔位钻设完毕后，要及时清理。需要注意的是，钻进过程中，要控制好稳钻时间，以1 min左右为宜，最长不得超过2 min。2.2.3 锚杆制安1）本工程中，采用螺纹钢筋制作锚杆，钢筋的直径为28 mm，根据锚杆的轴线方向控制锚杆的距离，锚杆间距以2.0 m左右为宜。2）以钢筋托架作为基础制作锚杆，按照要求设定保护层，在框架钢筋的端部焊接。制作时，要对局部适当调整，确保纵横向钢筋绑扎得更加牢固。2.2.4 钢筋施工孔位钻设完毕，孔底沉渣清除干净后，要及时向孔内放置钢筋，操作时要控制误差，确保在相关规范标准范围内。焊接钢筋的过程中，为在现有的基础上提升锚杆的抗拔性能，可采用衬架的方式焊接6。2.2.5 锚固注浆1）采用高压劈裂注浆法开展锚固注浆作业，施工过程中，要保证孔底沉渣清理干净，避免影响注浆质量。2）注浆量应与理论值相匹配，确保浆液可以顺利进入孔口。施工过程中，如首次注浆未能注满整个孔，后续则可能导致出现沉降的情况。因此要及时补充注浆，提高锚固效果。3）在浆液配制环节中，要确保搅拌均匀，并在浆液初凝前全部用完，防止进入杂物。当注浆因故中断，则应在恢复注浆时，用清水润滑注浆管，以免发生堵塞现象7。2.3 SNS柔性防护网技术本工程对K50+350路段的路基高边坡采用SNS柔性防护网技术，预防发生落石。具体施工技术如下：2.3.1 施工准备1）SNS柔性防护网施工前，要做好相关的准备工作，具体包括人员进场、防护网运至现场、检查施工机械设备等。2）施工前，将工具放置在安全的地方，检查柔性防护区，处理潜在的危险隐患，确保施工安全。3）加强人员防护，在斜坡上作业要系好安全带及安全绳，边坡挂网时，应对绳索进行固定，防止下降。2.3.2 钻孔施工1）在钻孔施工过程中，要严格按照施工图纸给出的位置钻孔，孔深应略大于锚杆外露环套，防护网应采用1.0 m或2.0 m的钻杆施工，不得采用3.0 m的钻杆，以免卡钻。2）当钻孔位置为松散岩层时，要提前通知工程师确定孔位。钻孔时，要确保防护网的钻孔深度超过3.0m，钻孔后及时清理孔眼。3）钻孔时，要严格执行机械设备的操作规程，为避免发生安全事故，作业人员必须佩戴安全帽并系好安全带。2.3.3 灌注施工1）灌浆施工前，要先清理孔洞，将孔底的碎石、残渣清理干净，随后检查孔洞的深度，看是否与设计要求相符。水泥砂浆应按照11的比例混合，将普硅水泥作为首选。2）灌注水泥浆液的过程中，要控制好密实度，采取边灌注、边振捣的方法。灌注3 d内，避免受到外力扰动8。3）灌注结束后，在张拉柔性防护网前，应保证砂浆达到设计要求的强度，按预先制定好的张拉位置进行张拉。要确保张拉设备的工作状态完好，张拉强度要符合相关规范标准要求，严格按照操作规程张拉。3 结束语在路基边坡病害养护中，要提前做好病害的防范工作，减少病害造成的损失。要对原有抗滑桩等防护设施进行修复和加固，并采用高边坡锚杆防护技术、SNS柔性防护网技术以及植被防护技术等，对未采取防护措施的部位进行防护，保证车辆行驶安全。参考文献：1 王怀宏.路基边坡病害的养护技术研究J.交通世界，2022（18）：154-155.2 范婕.高速公路路基边坡养护时机确定方法研究J.交通世界，2020（17）：104-105.3 韦立练.道路路基边坡病害原因和治理措施分析J.西部交通科技，2022（2）：92-95.4 王小文.公路路基边坡病害的防护与治理探讨J.黑龙江交通科技，2015（12）：54.5 杨景权，胡宇.东北地区公路路基边坡病害分析及防护措施J.黑龙江交通科技，2009（8）：51-52.6 钱金梅.浅谈公路路基边坡病害整治技术J.城市道桥与防洪，2015（2）：30-31，40.7 王鹏.公路路基边坡病害的防护与治理J.交通世界，2013（18）：167-168.8 王同俊.公路路基边坡病害及防护措施关键探索J.智能城市，2019（20）：65-66.96