山区公路路基地震荷载破坏与抗震措施研究

(贵州省贵阳公路管理局 贵州 贵阳 550001)

一、引言

我国是一个多山同时也是一个地震多发的国家，西南地区高山众多，修建于此的公路时常会受到地震的影响与危害。地震通常会对公路的路基、边坡造成巨大的破坏，往往会导致路基塌陷、边坡失稳、路面断裂、路面出现重大裂缝进而导致车辆无法通行等灾害，造成巨大的经济损失。山区公路路基抗震性能和抗震措施的研究主要在《公路工程抗震设计规范》和《公路工程质量检验评定标准》的基础上进行。对公路路基结构进行有效的设计,对路基结构的安全性、抗震性能进行科学的评价和分析。保证路基结构能够有效的应对地震带来的破坏和损害,是提高公路运行的安全性,满足现代化公路建设的需求。

二、地震作用下路基的破坏形式

根据以往的相关资料分析，地震会对路基的边坡、地基、路面、排水系统和支挡结构等造成一定程度的破坏。

在地震荷载作用下，路基结构会发生竖向变形。公路路基的震害以路基主体结构出现沉降为主，扭曲和滑移变形也较多出现。路基震害主要表现为挡墙开裂、塌落、坍塌、支挡结构稳定性降低等。

根据公路路基的不同组成，路基震害可分为路基本体破坏、支挡结构受损和边坡滑塌掩埋三大类。

公路路基在地震作用下会以下形式的破坏：

第一，表现为路基结构本身出现损害，导致结构破坏。

第二，路基结构出现沉降塌陷，或者其结构的地下岩层出现变形和扭曲、挤压导致路基路面出现损害破坏。

第三，路基周围的斜坡半填半挖路基出现破裂、松散的问题。这主要与路基本身地基承载力建设程度不一致，在较大的地震荷载作用下土体出现松散、移动等现象，影响路基的稳定性和正常使用。

第四，填方路基出现隆起变形。这主要是填方路基受到地震波的影响,在地震能量冲击作用下导致路基出现波浪式的起伏,并且产生严重的横向裂缝,导致路基严重受损。

三、公路路基抗震性能分析

公路上路基震害与是否对边坡进行防护、防护类型、边坡岩体类型等因素有很大的关联。根据以往的工程案例，当对边坡进行防护后其变形及裂缝会明显地减少，没有进行支挡的边坡路基在地震能量的作用下易出现崩塌、滑坡。路基边坡破坏与边坡坡度、高度、支挡类型等因素有关。

路基抗震能力的大小主要与下列几个因素有关：地震烈度、地质条件、挡土墙的高度、挡土墙的结构类型、挡土墙的抗震能力。

路基边坡在相关外力及重力的作用下会有向下滑动的趋势，如果边坡土体内部某一滑动面上的滑动力的大小超过抗滑力的大小，路基边坡便会发生滑动。公路填方路基抗震性能研究主要从三个方面进行,分别是填土动力特性、路基结构对地震载荷的响应以及路基边坡的动力稳定性。具体如下。

(一)填土动力响应分析。在地震荷载的作用下，填土将会产生动力响应。由此，路基会产生一定程度的破坏,从而填土的强度、模量、阻尼参数都会发生相关的变化。在进行填土的动力响应分析时需要从填土的位移、应力、应变这几个方面入手。

(二)路基结构对地震载荷的响应。研究土体结构在地震荷载作用下的动力响应主要是研究结构的位移、速度和加速度。大量的研究发现,通过拟静力法、滑块分析法和概率分析进行研究分析,多方面分析路基结构在遇到地震波情景下,公路路基出现的震动载荷强度、震动断面形状以及路基填土特性,在以此基础上,提出路基减震措施。

(三)路基边坡的动力稳定性。路基边坡在受到地震波带来的动力作用情景下,能否保持稳定对于公路路基抗震性能的构建有着非常重要的影响。路基承受较大的动载荷下,其稳定性必然会发生变化。

四、提高路基抗震能力的措施

路基在地震荷载作用下的破坏主要与路基的土体类型、路基的风化程度有关。路基边坡破坏与所处边坡坡度、防护类型及高度、处治措施等因素有关。在工程实际中，可以采取下列措施来提高路基抗震能力的大小。

(一)合理确定路线方案。路线尽量绕避地震断层带、软弱地基或不良地质区，克服不良地质、水文地质较差的地段，最大程度上减少高填深挖路基的使用。尽可能地使路线在抗震设防烈度较低的地方或地质条件较好的地方通过。

(二)选择合适的路基支挡结构。可以多采用钢筋混凝土重力式挡土墙，其抗震能力较其他重力式挡墙强。也可以采用加筋挡土墙、锚杆挡土墙、土钉墙等柔性支挡结构。这些柔性支挡结构对山区路基的抗震也有较好的效果，具有很好的抗震设防工程实际应用价值。路基支挡工程应尽可能避免或减少半填半挖路基。当高速公路经过大于6度烈度区时,挡土墙应进行抗震强度和稳定性验算。在软弱地基土修建挡土墙时,可采取换土、加大基础面积、采用桩基等措施,并要确保施工质量将挡土墙上安装排水管或反滤层等排水设施，对挡土墙结构进行合理且符合规范的配筋均可以在一定程度上提高挡土墙的抗震能力。

(三)加强排水设施的养护工作。水对路基抗震能力的影响往往是十分突出的,是路基病害产生的重要因素。在路表积水和地下水的长期作用下，路堑边沟会出现断裂、淤积、水流下渗等现象。受水浸泡后的软土地基或水稳定性较差的路堑其物理力学指标会大大降低严重的甚至会出现崩塌、断裂、塌陷等现象，严重影响道路的正常使用和道路交通的安全。因此，加强对地表水的排除便显得十分重要，可以设竖井、盲沟引流和排除地表水，定期对地表积水进行检查。排水设施可以保证路基的强度得到保证，在地震荷载作用下不至于产生超出正常范围的巨大破坏。

(四)对软弱地基进行预先加固处理。软土地基在地震荷载作用下易引起沉降或不均匀沉降进而导致路基变形。软弱地基路段在地震波能量的作用下易发生路堤坍塌病害和路基主体与边坡溜坍病害。对于软弱地基可以采取换土法、改良原土壤法。对问题土壤进行加劲处理法、沙垫层法、强夯法、静力排水固结法等进行处理，然后分层回填压实，还应适当加铺土工格栅。