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        路基邊坡加固技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用要點(diǎn)分析

        2022-02-20 12:02:22吳婷婷
        黑龍江交通科技 2022年12期
        關(guān)鍵詞:影響

        吳婷婷

        (長(zhǎng)沙市望城區(qū)城市發(fā)展集團(tuán)有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410200)

        1 引 言

        進(jìn)入“十四五”開(kāi)局之年,公路的建設(shè)由城市向自然地質(zhì)條件較差的山區(qū)沿伸。路塹邊坡的修建改變了巖土體原有應(yīng)力狀態(tài),降低了邊坡的穩(wěn)定性,在山區(qū)地表水的影響下,坡面容易產(chǎn)生徑流,導(dǎo)致坡面巖土遭到?jīng)_刷,造成邊坡失穩(wěn),還會(huì)威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。路堤邊坡填筑完成后,在重力以及車輛荷載的長(zhǎng)期作用下,會(huì)出現(xiàn)路基整體沉降以及局部沉降的現(xiàn)象;在水的影響下,路堤邊坡穩(wěn)定性也會(huì)降低,出現(xiàn)路基滑動(dòng)或者邊坡滑塌。因此對(duì)路基邊坡穩(wěn)定性影響因素以及加固技術(shù)進(jìn)行研究,依托實(shí)際工程,對(duì)現(xiàn)有的路基邊坡加固技術(shù)提出優(yōu)化變得十分重要[1,2]。

        2 路基邊坡病害及其影響因素

        2.1 路堤邊坡

        在道路修建過(guò)程中,路堤邊坡的病害主要有路堤整體沉降、路堤邊坡的失穩(wěn)。路堤邊坡病害主要有以下幾個(gè)影響因素。

        (1)道路所在的地區(qū)地質(zhì)條件較差,原基礎(chǔ)強(qiáng)度較低。特別是在泥沼、黃土地區(qū)填筑路堤,如果填筑前未對(duì)原基礎(chǔ)采取相關(guān)措施進(jìn)行加固處理,在路堤填筑完成后,原路基在填料重力的作用下產(chǎn)生較大的沉降。

        (2)水文氣候環(huán)境。在自然條件較差的地區(qū)修建道路時(shí),路堤穩(wěn)定性會(huì)受到水文氣候環(huán)境的影響。在年降雨量較大、凍土等地區(qū)修建的路堤會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降的現(xiàn)象。

        (3)路堤填料質(zhì)量。路堤填料的質(zhì)量也會(huì)很大程度上影響路堤的穩(wěn)定性,路堤填料中的有機(jī)質(zhì)土、黃土、膨脹性土等劣質(zhì)土的含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致路堤在雨水作用下產(chǎn)生局部沉降。

        (4)路堤施工質(zhì)量。路堤邊坡的穩(wěn)定性很大程度上取決于路堤的施工質(zhì)量。在路堤施工中,填料壓實(shí)度不足、排水不通暢都會(huì)造成路堤邊坡的病害。

        2.2 路塹邊坡

        路塹邊坡是指道路修建過(guò)程中挖方形成的邊坡,在自然環(huán)境等因素的影響下邊坡內(nèi)部巖體抗剪強(qiáng)度降低,路塹邊坡常出現(xiàn)滑坡等病害。路塹邊坡病害主要有以下幾個(gè)影響因素。

        (1)路塹邊坡的幾何形態(tài)。路塹邊坡幾何形態(tài)是指邊坡高度、邊坡坡度。路塹邊坡的幾何形態(tài)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響很大,當(dāng)路塹邊坡的高度和坡度較大時(shí),容易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。路塹邊坡的穩(wěn)定性也受到坡面形狀的影響,凸形邊坡比凹形邊坡更可能發(fā)生滑坡。

        (2)地層巖性。不同的地層巖體由于其礦物組成不同,會(huì)導(dǎo)致其物理性質(zhì)和力學(xué)強(qiáng)度也大不相同。對(duì)于一些巖石,其質(zhì)地堅(jiān)硬,抗剪強(qiáng)度大,抵御雨水侵蝕的能力較強(qiáng),由其形成的邊坡穩(wěn)定性較好。

        (3)路塹邊坡內(nèi)部巖體結(jié)構(gòu)。巖質(zhì)路塹邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)面之間的聯(lián)通程度和發(fā)育程度都會(huì)影響路塹邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí),路塹邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的傾向也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。另外,巖質(zhì)邊坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)面的存在也為地下水的活動(dòng)提供了便利,為路塹邊坡失穩(wěn)提供了條件。

        (4)地質(zhì)構(gòu)造影響。路塹邊坡穩(wěn)定性也受到巖體地質(zhì)構(gòu)造的影響,邊坡內(nèi)部巖體的褶皺往往會(huì)引起邊坡滑塌,具有反向傾斜結(jié)構(gòu)的邊坡穩(wěn)定性較好。另外,巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育會(huì)使巖質(zhì)邊坡的完整性降低,導(dǎo)致邊坡發(fā)生滑坡崩塌等災(zāi)害。

        (5)其他外在因素影響。根據(jù)相關(guān)研究,水以及人類工程活動(dòng)都是路塹邊坡穩(wěn)定性的重要影響因素。含有CO2等氣體的水會(huì)與巖體發(fā)生化學(xué)作用,對(duì)巖體產(chǎn)生侵蝕,降低巖體的抗剪能力。另外,人類不恰當(dāng)?shù)墓こ袒顒?dòng)也會(huì)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。

        3 路基邊坡加固技術(shù)研究

        路基邊坡的加固是指通過(guò)工程手段對(duì)存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的路基邊坡進(jìn)行處理,以提高公路行車安全以及舒適性的方法。路基邊坡的加固類型一般分為輔助加固和主體加固技術(shù)[3]。

        3.1 路基邊坡主體加固技術(shù)

        路基邊坡主體加固技術(shù)是指通過(guò)技術(shù)手段增強(qiáng)路基邊坡主體力學(xué)參數(shù),降低邊坡失穩(wěn)的可能。路基邊坡常用的加固技術(shù)主有以下幾種。

        (1)換填法。換填法是指在實(shí)際工程中將天然地基上部一定范圍內(nèi)的軟弱土置換成為砂、礫石、礦渣等強(qiáng)度較大、壓縮性較小的材料。對(duì)于路堤邊坡來(lái)說(shuō),其穩(wěn)定性受到路堤填料以及原路基強(qiáng)度的影響,采用換填法對(duì)原有軟弱地基進(jìn)行處理,提高了填筑后路堤邊坡的穩(wěn)定性,且換填法施工難度較小,經(jīng)濟(jì)性較高。

        (2)固化劑處理。固化劑處理是指將水泥、粉煤灰、石膏等摻入路基填筑材料,改善路基填料力學(xué)參數(shù)的一種加固技術(shù)。采用固化劑處理的路堤填料進(jìn)行路堤邊坡的修筑,增強(qiáng)了路堤邊坡的抗剪強(qiáng)度以及抵御水損害的能力,降低了路堤邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

        (3)錨固處理。路塹邊坡加固技術(shù)中,錨固處理是指將金屬桿件打入邊坡破碎巖體內(nèi)部,通過(guò)混凝土砂漿將邊坡破碎巖體與內(nèi)部穩(wěn)定巖體粘結(jié)為一體的加固技術(shù)。錨固處理采用金屬桿改善了巖體的抗拉能力差的問(wèn)題,對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育的路塹邊坡具有很好的加固效果[4]。

        (4)抗滑樁加固??够瑯妒侵复┻^(guò)邊坡滑體深入滑床的結(jié)構(gòu)物。工程中,抗滑樁通過(guò)抵抗滑坡體的滑動(dòng),防止邊坡的滑動(dòng)失穩(wěn),在路塹邊坡加固中應(yīng)用廣泛[5]。

        (5)格構(gòu)加固。格構(gòu)加固是指將錨桿或錨索與格構(gòu)梁結(jié)合形成加固技術(shù)。格構(gòu)加固通過(guò)格構(gòu)梁與錨桿將邊坡松動(dòng)巖體的下滑力分散傳遞到巖體內(nèi)部,錨桿與錨索還可以增強(qiáng)巖體的抗剪強(qiáng)度。在坡度較大、有落石風(fēng)險(xiǎn)的路塹邊坡的加固中應(yīng)用較為廣泛[6]。

        (6)生態(tài)加固。邊坡生態(tài)加固是指在邊坡上種植植被并與巖土技術(shù)相結(jié)合形成的一種邊坡加固技術(shù)。采用生態(tài)加固技術(shù)對(duì)路塹邊坡進(jìn)行加固有助于節(jié)約水資源、減緩水土流失,還可以提高行車舒適性,具有良好的綜合效益[7]。

        3.2 路基邊坡輔助加固技術(shù)

        當(dāng)路堤邊坡高度較高且可能受到道路排水沖刷時(shí),如果不設(shè)置邊坡輔助加固設(shè)施,邊坡在水流的沖刷下很容易發(fā)生破壞。常用的路基邊坡輔助加固設(shè)施主要有截水溝和坡內(nèi)排水溝。

        截水溝是指在邊坡上部設(shè)置的防止地表徑流進(jìn)入坡體的邊坡加固輔助設(shè)施,對(duì)于可能受到水流沖刷的路堤邊坡,應(yīng)當(dāng)在道路邊緣設(shè)置截水溝,防止路堤邊坡的沖刷破壞。

        坡內(nèi)排水溝是指在邊坡內(nèi)設(shè)置的排水溝,破內(nèi)排水溝能夠?qū)⒙访鎻搅骰蚪厮疁蠀R集的水流快速排出坡體,防止邊坡產(chǎn)生破壞。

        4 工程實(shí)例研究

        4.1 項(xiàng)目概況

        該路塹邊坡坡高20 m,坡度為1∶1.5。地質(zhì)調(diào)查表明,該處邊坡地層主要由風(fēng)化砂巖組成,由于受到降雨侵蝕的影響,該邊坡出現(xiàn)了局部掉落碎石現(xiàn)象,并有滑坡風(fēng)險(xiǎn)。因此需要對(duì)該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和加固,以保證該路段的安全運(yùn)行。綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本,加固效果,該治理工程采用抗滑樁對(duì)邊坡進(jìn)行加固,抗滑樁樁徑0.8 m,距離坡腳20 m,樁間距為5 m沿邊坡水平方向等間距布置。

        4.2 數(shù)值模擬

        通過(guò)Abaqus建立有限元模型對(duì)上述工程進(jìn)行分析計(jì)算。模型寬度為60 m,左側(cè)高度為15 m,右側(cè)高度為35 m。模型左右兩側(cè)約束條件為水平約束,底部約束條件為垂直約束。

        (1)抗滑樁加固機(jī)理研究

        對(duì)采用抗滑樁加固的邊坡進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,得到邊坡位移和等效塑性應(yīng)變。

        可以看出,抗滑樁設(shè)置后,與未加固前相比,路基內(nèi)部的位移生了變化,抗滑樁下方位移較大,邊坡下滑力大幅度減小。路基的等效塑性應(yīng)變?cè)诳够瑯兜淖饔梅植几泳鶆颉B坊w處于安全狀態(tài),表明設(shè)置抗滑樁可以顯著提高路塹邊坡的整體穩(wěn)定性。

        (2)抗滑樁加固設(shè)計(jì)優(yōu)化

        在樁的其他參數(shù)不變的情況下,對(duì)不同長(zhǎng)度的抗滑樁加固情況進(jìn)行了模擬。通過(guò)計(jì)算不同長(zhǎng)度抗滑樁加固時(shí)邊坡穩(wěn)定系數(shù)、邊坡最大位移的值評(píng)價(jià)抗滑樁的加固效果,對(duì)實(shí)際工程中抗滑樁的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

        圖1為不同長(zhǎng)度抗滑樁加固時(shí)邊坡最大位移規(guī)律圖。當(dāng)邊坡未進(jìn)行抗滑樁加固時(shí),邊坡最大位移為8.254 cm。當(dāng)抗滑樁長(zhǎng)度為22 m時(shí),邊坡最大位移量為5.443 cm,比未進(jìn)行加固的邊坡減小了36.15%的位移量。當(dāng)抗滑樁長(zhǎng)度為24 m時(shí),邊坡最大位移量為4.223 cm,減小了22.41%的位移量。當(dāng)抗滑樁長(zhǎng)度為26 m時(shí),邊坡最大位移量為3.321 cm, 減小了21.36%的位移量。當(dāng)抗滑樁長(zhǎng)度為28 m時(shí),邊坡最大位移量為2.761 cm,邊坡減小了16.86%的位移量。當(dāng)抗滑樁長(zhǎng)度為30 m時(shí),邊坡最大位移量為2.621 cm,邊坡減小了5.07%的位移量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,抗滑樁對(duì)邊坡最大位移具有良好的控制效果。當(dāng)抗滑樁長(zhǎng)度為28 m時(shí),隨著樁長(zhǎng)增加,邊坡最大位移減小幅度逐漸下降。因此,抗滑樁長(zhǎng)度為28 m時(shí),抗滑樁對(duì)路塹邊坡的位移控制效果最好。

        圖1 邊坡最大位移隨變化規(guī)律

        圖2為不同長(zhǎng)度的抗滑樁對(duì)邊坡穩(wěn)定系數(shù)影響規(guī)律圖。從圖2可知,邊坡穩(wěn)定系數(shù)會(huì)隨著抗滑樁長(zhǎng)度的增加而增加,但是該曲線的斜率隨著樁長(zhǎng)增加逐漸減小,當(dāng)樁長(zhǎng)超為28 m時(shí),曲線趨于平緩。這表明,如果此時(shí)單純?cè)黾涌够瑯堕L(zhǎng)度,邊坡穩(wěn)定系數(shù)不會(huì)有特別大的提高。

        圖2 邊坡穩(wěn)定系數(shù)變化規(guī)律

        綜上所述,通過(guò)對(duì)不同長(zhǎng)度抗滑樁加固下的邊坡最大位移量控制以及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià),將抗滑樁長(zhǎng)度設(shè)置為28 m的加固效果最好。

        5 結(jié) 論

        路基邊坡的穩(wěn)定對(duì)公路后期運(yùn)營(yíng)的安全十分重要。通過(guò)對(duì)影響路基邊坡穩(wěn)定性的因素以及常用加固措施進(jìn)行了研究。主要得到以下結(jié)論。

        (1)在路基邊坡穩(wěn)定性影響因素中,路堤邊坡的穩(wěn)定性受到路基填料質(zhì)量以及路基施工質(zhì)量影響;路塹邊坡穩(wěn)定性受到邊坡幾何形態(tài)、地質(zhì)條件的影響較大。路基邊坡的加固技術(shù)根據(jù)加固機(jī)理不同可以分為邊坡主體加固技術(shù)和邊坡輔助加固技術(shù)。

        (2)采用抗滑樁對(duì)邊坡進(jìn)行處理后,抗滑樁下部邊坡位移減小,邊坡下滑力減小??够瑯兑彩沟寐穳q邊坡內(nèi)部等效塑性應(yīng)變的分布更加均勻,增強(qiáng)了邊坡的穩(wěn)定性。

        (3)通過(guò)對(duì)不同長(zhǎng)度抗滑樁的加固效果計(jì)算得出,增加樁長(zhǎng)可以減小路塹邊坡最大位移量,提高邊坡穩(wěn)定系數(shù)。但是當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò)28 m時(shí),抗滑樁對(duì)邊坡的加固效果呈下降趨勢(shì),在實(shí)際工程中考慮到施工成本應(yīng)當(dāng)對(duì)抗滑樁長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化。

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