公路挖方边坡防护形式的优化组合研究

2021-01-08单鸿飞

工程技术研究 2020年22期

单鸿飞

（天津市市政工程设计研究院，天津 300392）

随着我国基础设施投资建设规模的日益扩大，公路工程建设在山区同样取得了较大进展，而在山区修建高速公路以及国道、省道等高等级的公路时不可避免要对其进行开挖，因而产生了大量的挖方边坡。受降雨或人为工程活动影响，挖方边坡可能会失稳破坏从而影响到工程安全，为此人们愈发重视挖方边坡的防护加固技术。通过近些年的研究应用，在我国公路挖方边坡的防护形式逐步趋向于生物防护和工程防护相结合的模式，从单一形式转向多层次、多品类、多功能发展，既达到了治理边坡的目的，又使工程与自然环境融为一体，减少了生态环境的破坏。

1 挖方边坡常见的病害类型及其特征

对挖方边坡的防护工程进行设计时，首先要分析其工程地质条件、潜在失稳模式，并结合稳定性评价研究特定的挖方边坡工程的方案。针对不同隐患的路堑边坡采用不同的防护措施进行加固，统计分析其常见的病害类型，公路路堑边坡常见的病害有滑坡、坍塌、崩塌、错落[1]。从受力方式、边坡的破坏特征及其主要影响因素可以对上述四类病害进行区分，具体的特征及挖方边坡破坏模式如表1所示。

表1 边坡常见病害及其破坏特征

滑坡、坍塌、崩塌、错落等工程病害的发生都会影响原边坡的整体坡度。边坡还存在坡面的病害，其一般规模较小，对原边坡的整体坡度影响很小，通常只是在坡面一定范围内发生，破坏过程一般是从斜坡的表层开始逐步扩展到边坡的风化破碎带、主剪切面、松散堆积体中。如果斜坡高而陡峭，风化的破碎带或重力积聚体较厚，变形量就会很大，从而造成危害，将对高速公路的安全运行造成隐患。常见的坡面病害有坡面冲沟溜塌、剥落、落石、碎落等。20世纪50—60年代，在山区进行公路建设时，为防止落石、危岩等病害修建了大量的棚洞，同时为了防止坡面变形，在挖方边坡上修建了大量的护坡工程。

2 挖方边坡常用的防护措施

挖方边坡的防护手段按照边坡的岩土体性质可分为岩质边坡防护和土质边坡防护，按照防护手段的施工工艺可以分为生态防护和工程防护，边坡防护对工程周围的生态环境和安全性保护意义重大，在美化周边生态环境的同时也可以防止水土流失和边坡失稳破坏。为此，在进行边坡防护时应该确保工程景观和周围生态环境相结合，在最大程度上保证原有的自然状态。

2.1 挖方边坡生态防护措施

生态防护的主要手段是在生产轻质的种植土壤，它的骨料结构较高，且抗冲刷能力强，持水性好，主要是通过当地或外来的植物进行人工修复，并搭配合适的养护手段，最终保护自然环境，使两者搭配协调，这样既保护了生态环境，又维持了边坡安全性。其原理是通过植物根系固定边坡表土体，同时确保茎叶覆盖在边坡体上，以减少降雨时地表水的冲刷侵蚀，保持土壤完整减少水土流失，从而保证边坡处于安全稳定状态，同时达到绿化环境的目的[2]。

开挖段土质边坡应尽可能减缓边坡坡度，在坡顶种植灌木，采用草坪式护坡方式，然后适当点缀多年生根茎花卉或种植低矮灌木等；而开挖段岩质边坡不具备种植植物的条件，为了使植物得以生存，可以用岩石上的土工格栅铺设坚实的材料，用于土壤耕作和植草。攀爬的藤蔓或悬在岩石斜坡上的植物被切割成凹槽。目前，针对岩土边坡的生态护坡工程方法主要有三种：一是林业和园艺方法，例如人工植树、挖沟草种植、藤蔓种植、草皮铺设、植被带护坡等；二是喷洒植被的方法，例如水力喷洒草木种植，有机基质喷洒植被护坡等；三是结合工程与生物学的边坡防护方法，例如采用多种岩土材料进行植被边坡防护，利用工程方法在边坡表面形成各种框架或单元进行植被边坡防护。边坡的生态防护技术如图1所示。

图1 边坡的生态防护技术

2.2 挖方边坡工程防护措施

挖方边坡的工程防护措施很多，如图2所示。无论是采用何种形式，其目的都是减少水土流失，对于不同类型的边坡所适用的工程防护措施有所不同。挖方边坡较陡峭或者为风化严重的岩质边坡时，通常采用混凝土骨架坡面防护，即现场浇筑混凝土作为骨架，并且在骨架交汇的框格处布设固定桩或者锚索、锚固钢筋等。现场石料匮乏时可以采用混凝土预制块进行坡面防护。现浇混凝土坡面防护适用于软岩、风化、较破碎的岩质边坡和坡面侵蚀严重的土质边坡，且边坡坡度较为平缓。

图2 边坡的工程防护技术

3 挖方边坡的防护组合形式

在实际工程中，每一个特定的边坡都有多种防护方案，而每一个方案同时包括了多种防护措施，边坡防护措施同样适用于多种类的挖方边坡，通常依据边坡类型及破坏模式选择合适的防护组合。可见，挖方边坡和防护组合是存在多种对应关系的，为此在实际工程中设计人员需要遵照两个原则进行设计。一是要对症下药，即根据病害的性质和原因采取适当的防护工程措施；二是要量体裁衣，根据边坡的规模和稳定性量身定制防护组合形式，从而达到保证边坡安全稳定的目的[4]。

3.1 钢筋混凝土框架内部植草护坡

（1）防护原理及其适用性。采用钢筋混凝土框架对挖方边坡进行防护时有两种选择，一是使用现浇模板在现场进行浇筑，二是在厂房预制钢筋混凝土框架，框架安装完毕后在内部回填客土。将土体固定框架内部，然后在框架中种草，以达到护坡和绿化的目的。与浆砌片石相比，钢筋混凝土的强度更强，且对边坡的防护效果更好。一般来说，这种方法可以应用于各种边坡，但由于成本高昂，因此往往仅用于高陡峭岩石边坡和土壤稳定性差、绿化较浅的地方。

（2）固土方法。采用钢筋混凝土框架内部植草护坡时，固定于框架内部的客土是相当重要的，不同的工程适用的固土方法不同，常用的有：①在框架内填筑空心六棱砖，并在空洞处回填土体，植草种树，主要适用于坡率小于1∶1的低矮边坡，也可以用在坡率为1∶0.3的岩质边坡，高度一般不大于10m，保证施工安全。②土工格室固土植草护坡，土工格室安装在框架内，用于固定土壤和种植草坡。③在框架内回填加筋土，然后通过直喷法或挂网喷播草种，并在框架内植草护坡。

3.2 预应力锚索框架梁植被护坡

（1）防护原理及其适用性。高陡的岩质边坡稳定性较差，此时单纯地使用锚杆并不能把钢筋混凝土框架梁固定在边坡坡面，预应力锚索适用于此类高陡岩质边坡，此时边坡的坡体稳定性和钢筋混凝土框架均得到了加固，之后再在框架里植草护坡[3]。

（2）施工注意事项。预应力锚索框架梁的施工工艺较为复杂，在进行框架梁和锚索支座浇筑时，必须严格按照混凝土浇筑施工方法以确保质量。当采用预制的框架梁时，需要保障反力支座和节点之间连接牢固，并且预制框架梁需要和坡面紧贴；当喷播的草种和基材较厚时，要确保喷播均匀，保证草籽分布均匀；通常要在喷播2d后进行养护，养护时所浇水分应该均匀且缓慢地泼洒在坡面种植处，不能使用高压射流来冲击坡面[4]。

3.3 预应力锚索地梁植草护坡

存在一些高陡岩土体边坡，其浅层岩土体稳定性较好，破坏模式通常为深层失稳破坏，对于这类边坡而言，不需要固定浅层，可以去掉框架只采用地梁，以此减少工程材料的浪费。地梁采用预应力锚索固定在边坡上，稳定性好的边坡也可采用锚杆固定。当浅层边坡稳定性较差时，地梁间可采用水力喷射或厚基料喷射，地梁间可用浆砌片石形成框架，框架内采用植被防护。