随着西部大开发战略的部署以及全面建设小康社会的推动,山区公路的改扩建逐渐增多,形成了大量的高陡边坡,由于地质环境较为复杂,增大了高陡边坡的防护难度,若按公路路基防护一般方法,将产生巨大的工程成本,因此如何充分保证边坡的自身稳定和生态环保,同时又节约边坡的防护和加固成本,已经成为山区公路建设中亟待解决的关键技术问题。路云[1]在对高边坡的稳定植被护坡进行了系统的分析后,得出其合理性以及经济性。朱虹宇[2]提出对岩质边坡的稳定分析和生态护坡。本文提出山区公路高陡边坡低成本防护技术,其核心理念是以生态植被护坡为主,以综合治理为原则,贯以边坡整体与局部相协调的加固方式,多方面多层次比较出最优方案,从而可以较大的降低边坡防护和加固成本。
在对高陡边坡进行防护时,首先要弄清楚边坡的一般类型及破坏机理,从而制定针对性强的防护方案。
根据不同的标准,边坡可分成不同的类型,本文为了让分类简单明了易于区分,按照道路两侧边坡的组成物质,将边坡分为以下几种形式:土质边坡、土岩混合边坡、硬岩边坡、泥页岩边坡、强风化花岗岩边坡等。
考虑到山区公路的高挖方及其气候特征,山区公路高边坡发生失稳破坏一般有三种主要因素[3]:第一,水的侵蚀作用,减小了岩土体的抗剪强度,从而让边坡发生局部或者整体的失稳;第二为岩体断层面的数量和性质,由于地质构造产生的天然不稳定因素;第三,蠕动和流动,路堑挖方后形成的高边坡由于其具有较大自重,可能在短期内这些岩质边坡不会发生失稳,但是随着时间的推移边坡强度会不断的降低。
在山区道路建设中,经过大量的工程实践,常用到土钉支护、预应力锚固、抗滑桩以及挡土墙技术等。这些方法各有优缺点,在边坡治理过程中应采用综合治理的原则。
高边坡低成本防护注重自然生态防护,对局部以及整体加固相结合,综合各类高边坡护坡方法,达到防护效果并且具有优越的经济性。通过现场的勘察以及通过有限元模拟计算,得出整体边坡以及局部边坡失稳破坏模式及加固效果。
下面根据前述边坡分类,提出各类边坡的低成本防护方案。
土质边坡是全部由土体组成的边坡,土体边坡的坡率一般较小,传统防护方案主要采用植被护坡或者格构和植被相结合。通过不同植被的组合构成物种的多样性,通过灌乔木以及草皮减小边坡径流,达到减小雨水的侵蚀作用,同时植被的根系在保持水土的同时起到锚固作用[4]。
对于土质边坡,为保证坡脚的稳定,同时为节约造价,可在坡脚用编织袋装混有草籽的耕植土码放1m高形成护脚以替代浆砌片石护脚墙。对于需设置挡墙的土质边坡,可根据地质条件,采用竹笼装填块石沿垂直于路线方向码放,形成挡墙墙体,达到道路边坡稳定防护要求。
对于整体性较好而局部垮塌的土质边坡,可在坡体设置木桩或竹桩以增加边坡的稳定性和抗冲蚀能力。木桩或者竹桩不仅起到抗滑效果,而且其取材方便,在挖方时就可以把山上木材和竹子囤积起来作为抗滑建筑材料,从而实现了就地取材,提高经济效益,降低成本。
土石混合边坡主要是风化的岩石以及土构成,其特点是各类矿物丰富,易于植被的生长,而且易于锚固达到整体防护要求。但工程结构性差,地质情况复杂,按照设计坡率切坡后稳定性将会出现较大改变甚至会发生坍塌。传统的防护加固一般采用锚索框架梁对坡体全面锚固防护,这种整体的加固方式会极大的增加防护成本。
在这类边坡的防护设计中,要运用合理的防护设计方案,兼顾安全性和经济性,不仅保证边坡稳定,而且恢复自然生态、降低投资成本。为了满足边坡的稳定以及植被生长的条件,可采取锚索框架梁防护以满足边坡整体稳定性的要求,对于局部的稳定性则通过锚杆格子梁来保证,从而达到整体防护和局部加固的有机结合。具体实施时,在断面上自上而下,可采用锚索框架梁与锚杆格子梁相间布置;亦可采用大锚索框架梁内嵌套小锚杆格子梁的方案进行布置。通过这种加固方式不仅可以确保边坡的整体与局部稳定,而且有利于防止水土流失,可为植被自然恢复提供条件,经过计算传统全面锚固和本方案经济对比本方案成本优化可达到35%左右。
硬质岩边坡的基本组成一般为石灰岩以及砂岩,其中可能还会包含微风化或者未风化的花岗岩。硬质岩边坡的特点是坡度一般较为陡峭,坡比一般在1:0.75~1:0.3之间,而且坡面全部为硬质岩石植被很难生长。所以对于硬质岩的边坡的防护可采用SNS主动防护网,另外还可以采用边坡整体锚固套以植生袋这种低成本防护。
SNS柔性防护网方案,在经过数值模拟后,拟定采用综合支护的方法,以主动柔性防护为主,去除边坡表面危岩,对于局部潜在崩塌体点锚,再辅以水泥砂浆封堵缝隙达到稳定边坡,节约成本的效果。另一种为在边坡上施以锚固框架梁,其中梁的形式可以根据实际调整,在被梁分出的各个框架内堆放植生袋,其堆放高度一般为0.6m,这样不仅起到很好保护边坡表面岩石不受风化而且也可以美化坡体。
泥页岩的形成主要是来自粘土在各种后生作用下经过物理化学反应,而泥页岩边坡的特点与其岩石性质密不可分的,而其特点就是在雨水和空气等自然环境下极易风化、软化以及崩解等现象出现。泥页岩边坡,坡比一般在1:0.5~1:1.25之间,低成本加固拟采用分区加固,对于坡度较大的边坡采用锚杆框架再套以植生袋的方式;而对于坡度较低小且无较大的深层滑动风险,但是其表面易泥质化则运用格构或挂网喷射厚层有机基材,有利于生态植被恢复,从而节约成本。
在西南山区开山修路时往往遇到大量的花岗岩,由于花岗岩特殊的化学组分,在经历雨水和空气等作用容易发生体积膨胀,进而造成表层剥离岩石主体,形成极不稳定风化层,而且这类风化程度会不断的加深,所以对边坡整体产生极大的破坏。所以在强风化花岗岩边坡防护中,采用整体加固局部补充的思路,则在全部坡体采取锚杆框架梁加固,再辅以植生袋保护表面,或者采取薄层喷护基材。该种方案可以根据实际情况进行灵活搭配处理。
对于山区公路高边坡低成本防护方案的制定,在详细地勘资料的基础上通过有限元等方法进行数值模拟,拟定出以整体和局部为防护基础,再辅以植被护坡达到节约成本的效果,低成本技术不能死板的套方法施工,而是根据现场情况灵活选择各类护坡技术结合起来发挥最大优势,低成本防护技术能够既保证安全,又节约工程造价,对于山区公路的高陡边坡支护具有较大的推广应用价值。
摘要：山区公路建设中不可避免的会出现大量挖填方,从而产生较多的高边坡,高边坡的防护在国内已经有较为成熟的经验,本文侧重山区道路高边坡低成本防护,对于资金欠充足的山区公路边坡防护方案进行探讨,为山区公路设计施工提供可以参考的资料。
关键词：山区公路,高边坡,低成本防护
[1] 路云.路堑高边坡稳定性分析及植物防护措施的研究[D].长安大学,2010.
[2] 朱虹宇.垫邻高速公路岩质高边坡稳定性与生态防护技术研究[D].长安大学,2010.
[3] 夏玉美.公路高边坡防护监控和治理[J].工程技术,2009,(26):49-51.
[4] 岳嘉,潘京,张梦,苗英豪.城市道路高边坡防护与加固技术的研究[J].北京石油化工学院学报,2013,21(1):51-57.
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