关于对高速公路边坡防护治理的研究

2022-06-30张军州

低碳世界 2022年4期

张军州

［广东省核工业地质局辐射环境监测中心（广东核力工程勘察院），广东广州 510800］

0 引言

在高速公路建设过程中，受地形地貌、地层岩性等因素的影响，经常出现高填方、深路堑路段。为提升高速公路路基、路面结构的稳定性和安全性，确保车辆的通行质量，需要对高速公路边坡进行防护与治理，以防止滑坡、坍塌等病害的发生。这一过程中，要结合高速公路的地质、岩层、岩土性质等情况，采取合理、可行的防护治理措施，在确保边坡安全性和稳定性的基础上，加强对环境的保护。

1 高速公路边坡病害原因与防护治理的作用

1.1 病害原因分析

导致高速公路边坡失稳破坏的原因主要有自然、人为两种因素，尤其在一些丘陵山区地带，边坡失稳问题时有发生。总体而言，出现边坡病害的原因主要集中在以下两个方面：①对于边坡防护措施的应用缺乏合理性。现阶段，在开展高速公路高边坡防护工作时，主要采用的方式是护面墙、挡土墙以及截水排水工程。在具体设计、施工期间，所使用的材料、技术过于简单，使得防护工程与措施无法发挥作用。例如，所使用的砌筑材料强度达不到要求，或者是采用的挡土墙结构不合理，都将导致边坡病害的发生。②高速公路的边坡设计不合理[1]。随着国内交通事业的迅猛发展，我国高速公路的建设里程快速增长，建设速度越来越快。部分设计人员没有对深路堑、高填方边坡的设计引起重视，设计过程中，没有针对现场的实际地形地势、岩土状况做出分析，如此一来便导致边坡设计缺乏合理性。此外，一些设计人员在开展设计工作时，过分关注路堑边坡自身的施工问题，仅仅从边坡的高度、坡度、宽度等方面做出分析，没有考虑实际的排水、气候、环境等因素，因而导致边坡设计不合理，甚至会破坏周围的生态环境。

1.2 防护治理的重要作用与意义

边坡是高速公路的重要组成部分，无论是路堤还是路堑结构，其填筑、开挖过程受到现场地形地势、岩石性质以及土质状况等诸多因素的影响，且高速公路设计过程中，容易出现高填方或深挖路堑结构。因此做好边坡防护治理具有重要的意义：首先，边坡的稳定效果对于高速公路的安全指数有着重要的影响。一旦路堑、路堤边坡存在安全隐患，势必会降低边坡的稳定性，甚至会影响车辆的通行安全。通过做好边坡防护，能够有效防止崩塌、土体滑动、石块坠落等问题的发生，进而确保车辆的通行安全。其次，边坡工程施工期间，涉及大量土石开挖、填筑工程，进而对附近的环境造成破坏，引发水土失衡等问题。通过做好边坡防护治理，尽量减少工程建设期间对周围环境的破坏，这对于促进生态环境保护工作有着极为重要的意义[2]。

2 高速公路边坡防护治理要点与技术分析

2.1 挡土墙技术

当前，边坡防护治理工作中常见的挡土墙类型主要有重力式、悬臂式、扶壁式等形式。①重力式挡土墙防护（图1）主要依靠墙体自身重力平衡土压力，进而提高边坡的稳定性。在适用性方面，重力式挡土墙主要适用于一些小型的挖、填方边坡，能够有效避免边坡滑动问题。此外，在一些非饱和土路基地段或土质边坡路段，也可以使用重力式挡土墙进行防护。②悬臂式挡墙的主要结构包括力臂、趾板、踵板等部分。相比于重力式挡土墙，悬臂式挡土墙主要采用钢筋混凝土结构，因此，在受力方面得到了显著的改善，能够抵抗土体的倾覆、滑移作用。在高速公路的一些高填方边坡地段，这一结构形式有着广泛的应用。此外，在一些软弱的边坡中，也会用到悬臂式挡土墙防护技术[3]。③扶壁式挡土墙的结构类型主要由立板、趾板、踵板、扶壁等部分组成，属于钢筋混凝土结构的一种。由于扶壁式挡土墙在断面形式、尺寸大小方面相比其他挡土墙有了较多的改善，因而能够有效抵抗土体的倾覆、滑移作用。如果边坡采用高填方施工形式，且填方高度在6~12 m，可采用扶壁式挡土墙结构进行防护。除此之外，在一些非饱和土、软弱土地段，也可采用该类型的防护措施。

图1 重力式挡土墙防护

2.2 预应力锚索技术

高速公路边坡施工期间，将预应力锚索插入到边坡岩土层中，可以起到防护加固的作用。需要注意的是，应当根据锚索的上、下作用顺序，将上层的土压力转移到表层的混凝土框架上，以达到加固治理的目的。在进行预应力的计算与设计时，需要对边坡岩体的实际情况进行分析，合理计算摩阻力、抗滑力以及正压力等参数。边坡施工期间，需要使用预应力锚索加固技术，在此过程中要结合使用的材料，合理确定锚索的刚度、强度等参数。当预应力锚索制作完成之后，施工人员要结合施工进度，将锚索材料完好地放入预先钻好的锚孔之中。并防止出现锚索生锈、锚孔坍塌等问题[4]。在进行锚索的投放期间，应当保证锚索的顺直状态，不能产生弯曲、断裂等各类问题。同时，要防止锚索与孔壁之间出现严重摩擦，以此提高波纹管、钢绞线等材料的受力性能。

2.3 锚杆防护加固技术

采用锚杆防护（图2）加固技术，首先，需要借助锚杆的悬吊作用。锚杆在穿越软弱松动的岩土体之后，将其有效地锚固在相对稳定的岩土上，可以提供一定的拉力作用，防止表层的岩土体发生滑移、塌落。其次，技术的应用还具有挤压加固的作用。锚杆在受力之后，会在附近区域形成压缩区。对锚杆排列方式进行适当的调整与设计，使得相邻的锚杆结构所形成的压缩区具有良好的重叠效果，进而增强边坡的整体性能，提高边坡结构的承载能力。设计施工期间，应重点考虑以下4个方面要素：①合理选择锚杆的长度。可以根据悬吊作用进行锚固长度、加固长度等参数的计算。②在计算锚固长度时，要确保破锚杆结构能够锚入稳定的地层中，计算时可以采用经验法确定[5]。③要确保锚固方式与锚杆直径之间有着良好的适配效果，在设计施工时，还要考虑砂浆与锚杆之间的粘结力。④为增强锚杆的锚固效果，可以进行锚杆拉拔试验。在开展喷射混凝土之前，可以采用锚杆的拉力计、扭力矩扳手等工具，对拉拔力进行测定。其中，检测数量应当按照每30～50 m进行一组测试，或者是每300根锚杆选取一组进行测试。

图2 锚杆防护

2.4 排水工程

高速公路边坡防护工作要做好排水工程。排水工程可细分为两种方式：地表排水工程与地下排水工程。地表排水工程可以有效防止边坡出现滑移、冲沟或坍塌等病害。一般来说，可以通过修建截水沟（图3）、平台沟以及排水边沟等工程排除地表水。同时，也可以修建急流槽、跌水等排水设施来确保排水速度。在一些排水不畅的地段，可以采用截水沟、平台沟等排水措施，还要新建一些护面墙，并采用植草等方式进行坡面保护，避免雨水渗入边坡结构中。需要注意的是，如果发现工程现场存在较多的地表裂缝，或者现场土体较为松散，施工期间要对土体进行夯实，以减少雨水下渗，提高边坡的稳定性。而地下排水工程的目的是及时排除地下水，避免发生滑坡。地下排水主要采用的是泄水管、设置深层透水孔等方式。

图3 截水沟

2.5 植被护坡技术

2.5.1 框架植草护坡技术

在进行土质开挖边坡的防护治理时，可采用框架植草防护技术。框架结构的制作方法有很多，较为常见的是锚杆框架护坡，需要结合现场的实际情况对框架形状做出调整，例如，可以采用正方形、六边形、拱形等形状。施工时，在灌注混凝土之后便可形成框架结构，通过在框架内填充人工改良的土体，并播撒适宜当地气候的草种，以达到护坡的效果。岩质边坡也可以使用框架植草护坡技术，但使用时要保证坡比小于1:0.75。框架植草护坡技术如图4所示。

图4 框架植草护坡技术

2.5.2 生态混凝土技术

生态混凝土技术主要包括3个部分：①多孔混凝土；②适宜的填充材料；③表层土。多孔混凝土主要由粗骨料、水泥以及细骨料等材料混合配制而成。表层土用于植被种植，为提高植被的成活率，需要使用高炉炉渣、硅灰等材料，对土体的酸碱性进行调整[6]。多孔混凝土材料主要起到骨架作用，并将骨架固定在岩面上。填充材料和表层土要具有良好的保水性能，且其中含有较多的肥料和有机质。

2.5.3 厚层基材喷射技术

厚层基材喷射技术主要应用于坡比不超过1:0.3的边坡防护治理工作中，该技术主要由锚杆、固定网提供加固作用，需要结合边坡实际情况，对具体材料做出调整。基材（基质）混合物主要由绿化基材、植壤土组成，同时还要添加一定量的纤维材料。该技术施工工艺相对简单，并且造价成本较低，后期管理工作难度较小，因此，在目前的边坡防护治理工作中应用较为广泛。