山区高速公路高边坡防护削坡减负防护技术及应用研究

李昊轩

摘要：随着社会经济的不断发展，高速公路逐渐蔓延到偏远山区，在道路工程建造中不可避免的遇到深切边坡、高填边坡等不良情况，因此需要采取适宜防护技术提高边坡稳定性。本文简要概述了高速公路常用高边坡防护技术，通过对山区高速公路高边坡变形机理分析明确边坡失衡原因，在此基础上以工程实例分析了山区高速公路高边坡防护技术应用效果，以此提高我国山区高速公路高边坡防护水平与质量。

关键词：高速公路;边坡防护;防护技术;应用效果

引言：

山区高速公路因其用途特点常常受到自然、人为因素的不良影响，若是不采取有效防护手段，极易出现边坡失衡、土方塌陷等问题。导致边坡失衡的原因很多，施工单位需要结合边坡变形机理采取适宜防护手段，以便提高高速公路边坡结构稳定性。

一、高速公路高边坡防护技术简介

1、削坡减负防护技术

在对高速公路进行边坡防护设计的时候需要结合边坡土质特点对工艺流程进行适当调整，以此分担道路结构压力，实现边坡减负目的。削坡减负防护技术是建立在坡面减负的基础上，通过合理削减实现科学分担边坡压力的目的，以此获得较好防护效果。

2、重力挡土加固技术

重力挡土是重要的边坡加固技术，施工区域土质在重力的作用下形成阻挡墙体，有助于维持边坡结构坚固稳定，可谓优秀的边坡加固手段。该项技术主要以土质作为固定工具，因此并不适于大规模加固工程。常用的重力挡土方式分为竖直式、倾斜式、衡量式三大类，施工单位需要结合地质地貌、自然环境特点选择最佳施工方式。

3、土钉墙锚加固技术

该施工方式主要借助锚杆与混凝土实现边坡加固作用，锚杆在喷洒混凝土的作用下提高边坡土质硬度、刚性。在施工建造前需要结合边坡区域特性采取从上至下的逐层建造模式，以此确保整个边坡结构均由“锚杆+混凝土”组成。该施工方式适合于坡面水分少、土石结构强的建筑工程。

4、喷锚支护防护技术

喷锚支护技术与土钉墙锚技术具有异曲同工之妙，都是利用“锚杆+混凝土”配合实现加固作用，二者在工艺流程、适宜区域、边坡类型方面存在显著差异。该施工方式适用于岩质边坡、自然变形、侵蚀滑移等情况，有助于提高整体边坡稳定性。

二、山区高速公路高边坡削坡减负防护技术浅析

1、山区高速公路高边坡变形机理

1.1深切边变形机理

江西山区常见的深切边变形机理分为麻里滑动、拉裂滑动、土体崩塌、圆弧滑动四大类具体情况见图1。麻里滑动是由于开挖施工引起的岩石块体重力下滑，由此导致其于坡体出现裂缝;拉裂滑动是由于边坡开挖引起坡顶出现卸荷，在雨水的冲刷下导致裂缝不断扩大，最终引起滑动问题;坡体被节理面切割为楔体，随着雨水渗入产生拉伸力，由此导致坡体出现土体崩塌;圆弧滑动主要出现于土质边坡区域，边坡在施工挖掘作用下形成凹陷，水体自然而然汇聚在坡脚位置，由此导致边坡抗剪强度降低，引起裂缝问题。

2、山区高速公路高边坡削坡减负防护技术案例分析

2.1工程地质概况

本文以江西省某县山下高速公路的深切边坡为主要研究对象，工程所在地属于丘陵地貌，平均海拔445m，常年受到雨水、河流侵润。由深切边坡地质剖面图（图2）分析可知，坡体由岩石和土壤组成，岩石呈现为坚硬的块状凝灰结构，节理、裂缝表现为轻微发育状态。

2.2高边坡防护方案

为了确保高边坡防护方案设计的合理性，需要借助Ansys软件完成边坡网格划分工作，边坡下部中分化层具有较好力学性能，因此采取5m单元格的划分方式;边坡上部地层选择2m单元格的划分方式。对于边坡开挖区域需要进行网格加密处理，以便更好的分析锚杆支护下的边坡区域应力变化情况。在此基础上利用Mohr-Cullen模型求得边坡承受应力，通过对边坡收敛性的比对分析判断防护方案稳定与否。

本研究利用Cable模块模拟边坡锚杆力学性能，假定锚杆半径为75mm，以3m×3m的间距排布于边坡一/二级区域，与水平面呈20°夹角，最后利用型号C30的水泥完成锚杆灌浆工作。本方案选用的玻璃钢锚杆参数主要由实验测得，具体参数见表1。

2.3方案模拟效果分析

2.3.1边坡剪应力分析

通过分析可知，在进行玻璃钢锚杆防护前，深切边坡呈现为坡脚应力局部汇聚现象;防护后的边坡二级区域应力表现为分布状况，在有效缓解应力集中问题的基础上提高了深切边坡整体穩定性。

2.3.2边坡剪应变分析

通过分析可知，在进行玻璃钢锚杆防护前最大剪应变位于坡脚位置，呈现为“细条状”蔓延状态，凝灰熔岩在高陡地势的影响下会导致坡体向强风化层滑移，易造成高速公路受损。防护后的坡体最大剪应变位于三级平台区域，不仅数值减低，而且在边坡中的延伸距离也明显缩短，有效缓解其对高速公路的不良影响。

2.3.3边坡塑性区分析

在进行玻璃钢锚杆防护前边坡塑性区出现在坡脚及临空面周围，由一/二级区域向着坡体深处呈“条带”形状分布，塑性区以剪切破坏为主，平台区以拉伸破坏为主。防护后的深切边坡基本没有塑性区，由此可知玻璃钢锚杆防护有效增加了围岩强度，同时缓解了边坡塑性状态。

2.3.4玻璃钢锚杆应力分析

通过对锚杆受力云图（图6）分析可知，锚杆在边坡中的应力呈现“两边小、中间大”的情况，位于边坡二级区域的4根锚杆均发挥较好防护作用，其应力明显大于一级区域锚杆应力;位于一级区域的4根锚杆只有上面两根发挥了防护作用，这与底层岩体质量较好相关联。上部锚杆应力较大体现了锚杆对于边坡强度的加固作用，由此证明了玻璃钢锚杆能够有效提高岩层稳定性。

三、结语

高边坡防护中削坡减负防护技术就整个公路设计而言占据重要位置，属于方案设计重点、难点，对于山区及雨水较多地区，宜采用该技术。实际施工过程中施工单位需要结合工程地貌特点、自然环境因素采取适宜防护技术，并通过模拟计算的方式确定防护方案可行与否，切实提高边坡防护水平及高速公路使用寿命，确保我国高速公路工程的可持续发展。

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（作者单位：中铁二十三局集团第六工程有限公司）