公路高边坡加固技术研究

刘智国

摘 要：本文通过利用理论分析和数值模拟技术对某高速公路高边坡加固技术进行研究。分析了边坡失稳机理以及影响因素，通过三种工况的比选得出了最佳的支护方案。主要结论为：当采用方案2的支护方式时，最大位移为4.6 mm，这说明当采用抗滑桩支护对于限制边坡滑体滑动由良好的效果，且最大位移始终发生在第一级边坡处。当采用方案3进行边坡支护时，最大位移为2.4 mm;随着降雨时间的持续，边坡的安全稳定系数迅速减小，所以在施工刚完成时候应严防降雨入渗。

关键词：高边坡;加固技术;理论分析;数值模拟

1 绪论

高速公路具有流量大，快速，服务功能强等优点，日益成为人们生活中必不可少的基础设施。在公路长期运营过程当中，由于受到车辆荷载、自重影响、养护不当等原因，公路路基与边坡易造成不同程度的破坏，影响公路的正常使用，同时也给国家和社会造成严重的经济损失[1-2]。随着经济的发展，越来越多的公路需要穿越丘陵与山区，复杂的地势给公路修建带来极大的技术难题。高速公路高边坡的开挖常造成不良地质灾害，因而引发经济损失甚至人员伤亡。由此，对高速公路高边坡进行加固技术进行深入研究，提出有效解决办法，具有重大的经济效益和工程价值。

2 边坡稳定性机理

对边坡变形有严格标准的工程，需要对边坡的变形量进行控制，以防止边坡失稳，从未避免引发一系列事故。对边坡变形标准要求较低时，应避免边坡出现快速滑落的现象，边坡按照岩土体的变形机理可分为岩质边坡和土质斜坡。岩质边坡的破坏主要有以下几种：1）滑移-压致拉裂，即在滑坡体平缓的结构面产生的蠕变滑移。（2）滑移-拉裂，即滑坡体沿下扶软弱面向坡体前方移动。（3）滑移-弯曲，由于前面滑移面没有临空，使得坡体下滑受阻，进而使坡脚承受压应力，导致其弯曲。

边坡在形成的过程当中，其内部原有的应力状态发生了该百年，导致应力的重新分布，为了适应这种變化，边坡出现了不同形式和不同程度的变形与破坏，只是其演变的内部因素，而自然条件的变化和人类的活动的外在因素会引发其内部变化。边坡的岩形、高度以及边坡的倾斜程度都会直接影响边坡的稳定。如土质边坡一般会由边坡上大块土体的整体下滑到导致滑坡，而岩质边坡是由范围小而数量多的碎块脱落导致崩塌现象。主要原因有：

（1）地质构造。包括边坡所在区域褶皱、断层以及节理等的发育程度。构造复杂的地区，断层较多、裂隙发育，滑坡和崩塌现象时常出现。

（2）气候。气候对于滑坡的产生有很大的影响，如恶劣的天气以及气候变化。夏天雨水较多的地区易发生山滑坡。

（3）地下水。水的浮力会影响水面以下的透水边坡，降低其有效重力。同时，边坡在水的冲击下会产生临空面导致边坡发生破坏。

（4）边坡形态。一般情况下，坡度越缓，坡高越小，稳定性也越好。

3 数值模拟研究

本文以山西某地高速公路修建为工程背景，对路堤高边坡填筑过程中的稳定性进行分析。该线路全场45.96 km，设计时速80 km/h，路基宽度24.5 m。

3.1 模型的建立

模型大小的确立对数值模拟软件的计算十分重要，当模型尺寸较小时，精度难以满足要求，当模型尺寸过大时，计算量会增大，费时费力。根据研究目标的实际情况，将模型大小建立为100×6×60 m（长×宽×高）。在z=0平面上将x、y、z三个方向进行固定，在x=0以及x=100两个平面上进行x方向的固定;模型在y=0以及y=6平面进行y方向上的固定;其余均为临空的自由边界。本构模型采用库伦-摩尔模型，土体参数见表1。模型示意图见图1。

3.2 工况模拟

方案1：未做防护。提出此方案主要是为了和其他的方案进行对比，从而更好的体现支护效果的好坏。模型图如图2（a）所示。

方案2：第一、二、三级抗滑桩。在每级边坡的坡脚设置一排抗滑桩，其短边与边坡的滑动方向相垂直，共设置三排。抗滑桩的尺寸为2.4×2 m，第一排长13 m，间距5 m，锚固长度5 m，共34根;第二排桩长20 m，间距5 m，锚固长度6 m，共38根;第三排长27 m，间距5 m，锚固长度7 m，共42根。模型图如图2（b）所示。

方案3：第一级锚杆，第二、三级锚索。第一级采用三排锚杆，采用3×3 m的间距进行布置，第二级采用三行锚索，采用2×3 m的间距进行布置，第三级采用两排锚索，同样采用2×3 m的间距进行布置，锚杆锚索的倾角为20°。模型图如图2（c）所示。

边坡的数值模拟分析所得位移变化趋势如图3（a）、（b）、（c）所示。由图3可知，在未做任何支护时，边坡坡角处最大位移达到了6.4 mm，而做了支护的其他两种方案，坡脚位移均有所减小。由图2（b）可知，当采用方案2的支护方式时，最大位移为4.6 mm，这说明当采用抗滑桩支护对于限制边坡滑体滑动由良好的效果，且最大位移始终发生在第一级边坡处。当采用方案3进行边坡支护时，最大位移为2.4 mm。

为分析降雨对改边坡的安全系数的影响，绘制安全系数随降雨时间的变化图如图4所示。由图中4可知，随着降雨时间的持续，边坡的安全稳定系数迅速减小。降雨持续一天时，稳定系数将减小2.69%，连续降雨两天后，稳定系数减小6.18%，降雨持续三天，稳定系数将减小9.86%，降雨四天后，稳定系数相比无降雨时可降低12.1%。计算可得，施工后边坡安全稳定系数为1.12，则如果在施工后发生连续降雨，如降雨可持续四天，边坡安全系数为0.889<1.3，为欠稳定边坡，滑坡的危险陡增，因此在施工刚完成时候应严防降雨入渗，若发生连续降雨，需要采取相应的措施，如排水和边坡覆盖等措施。

4 结论

本文以某高速公路高边坡为研究对象，对其加固技术进行了理论分析和数值模拟研究工作，主要结论为：

（1）边坡在形成的过程当中，其内部原有的应力状态发生了改变，导致应力的重新分布，为了适应这种变化，边坡出现了不同形式和不同程度的变形与破坏，只是其演变的内部因素，而自然条件的变化和人类的活动的外在因素会引发其内部变化。

（2）当采用方案2的支护方式时，最大位移为4.6 mm，这说明当采用抗滑桩支护对于限制边坡滑体滑动由良好的效果，且最大位移始终发生在第一级边坡处。当采用方案3进行边坡支护时，最大位移为2.4 mm。

（3）随着降雨时间的持续，边坡的安全稳定系数迅速减小，所以在施工刚完成时候应严防降雨入渗，若发生连续降雨，需要采取相应的措施，如排水和边坡覆盖等措施。

参考文献：

[1]李原宝，徐剑.某高速公路复杂地质路堑高边坡防护工程设计[J].工程与建设，2019，33（2）：199-201.

[2]黄良启，常晋沙.某高速公路高边坡滑坡加固抗滑桩施工技术[J].工程建设，2019，51（3）：60-64.