高速公路路基边坡开裂滑移的加固处理技术

孙 伟

(朔州高速公路管理有限公司,山西 朔州 036900)

高速公路路基边坡的开裂、滑移现象频发,对高速公路运营的安全性与通行车辆的舒适性,造成了不良影响,给目前的高速公路路基维护与管理,带来了严峻的挑战[1]。因此,如何能够解决高速公路路基边坡常见病害,避免病害现象威胁到通行车辆的行车安全,研究出一种可靠的加固处理技术,成为了目前高速交通部门与道路施工单位等组织机构重点研究的课题[2]。基于上述背景,从锚固处理、生态加固处理以及抗滑桩加固处理等方面入手,研究了一种高速公路路基边坡开裂滑移的加固处理技术,希望可以有效提升高速公路路基边坡的稳固程度,保证高速公路在运营过程中的安全性与稳定性。

1 项目概况

G55大新高速公路,是山西省南北纵向的主要高速通道,自2003年开始运营以来,随着交通量的增加和公路路基龄期的增长,路面、路基边坡等部分的病害逐渐显现出来,集中表现为路面开裂、路基边坡开裂与滑移。其中,路基边坡的开裂与滑移,严重影响了高速公路的安全、稳定运营。

为了得出高速公路路基发生开裂、滑移病害的深层原因,需要对该区域的整体情况进行调研。研究区域的气象条件如表1所示。

表1 研究区域气象条件指标值

研究区域的降雨量比较充沛,对路基边坡整体结构的稳定性造成了较大的威胁。该路段大部分路基边坡的土质组成属于中性膨胀土,边坡整体的力学性质、承载性能均一般。该高速公路路段的路基边坡呈现小鸭头形状,主要病害是开裂和滑移错位。原因如下:首先,土方开挖形成的临空面导致应力集中,随着龄期增长引发边坡卸荷失稳[4]。其次,长期反复的车辆荷载产生滑移趋势和推力,导致开裂和滑移。此外,水也是重要原因之一,不良的水理性质使得土层易形成软弱结构面,逐渐发育裂隙。最终,地下水活动、雨水浸泡、风化等协同作用导致大面积开裂和滑移。

经过分析,研究区域的高速公路路基边坡存在大面积的开裂和滑移病害。为此,设计一种协同处理的治理策略,包括锚固技术和生态加固技术,以有效修复和治理节理裂隙和坡体滑移,同时提升整体公路的环境景观,避免单一化加固施工的长期不稳定和强度降低。

2 加固处理技术的应用

2.1 施工准备

在开始施工之前,本次研究采取了一系列准备工作,旨在为后续的加固处理提供良好的施工环境和条件。首先,考虑到所选路段的路基边坡呈现小鸭头形状,设计一种新型的截排水沟,其形状与小鸭头形状相似,能够适应边坡的轮廓,与传统的直线或规则形状的截排水沟相比,这种新型的截排水沟具有更加柔性的线条和适应地形变化的布局,以便更好地收集和处理地表水。通过这种特殊设计,能够更有效地将地表水引入沟中,并避免对施工过程产生不利影响[3]。其次,为了进一步增强路基边坡的稳定性,采用预应力锚索技术。这种技术能够将锚索深深地植入边坡内部,对可能发生滑移的区域提供额外的支撑和稳定。通过这种措施,能够有效地增强路基边坡的抗滑移能力,并降低二次失稳的风险。此外,还实施了一系列环保和可持续性的措施。例如,尽可能地使用可再生和环保的材料,以减少对环境的影响。同时,采用生态加固技术,通过在边坡上种植植被来进一步增强其稳定性并改善周边环境。

2.2 锚固处理技术

为了有效应对G55大新高速公路路基边坡的开裂和滑移问题,采用一种改进的锚固处理技术,主要通过在路基边坡中安装预制的金属杆件,以增强其抗拉能力和稳定性。

具体来说,首先根据边坡的长度预制相应的金属杆件作为备用。然后,使用专业的钻孔机在路基边坡的坡口和坡脚部分进行钻孔,按照每5 m的距离钻孔,保证钻孔位置均匀且平行对应,孔径略小于杆件直径。接下来,利用锚头,将预制好的金属杆件打入路基边坡土表面打好的钻孔中,这一步骤需要精确的操作,以确保金属杆件与边坡土体的紧密结合[5]。完成后,金属杆件将形成一个稳定的支撑结构,有效地改善边坡土层的抗拉能力。为了进一步加固金属杆件与路基边坡的结合,采用特定的混凝土砂浆进行浇筑。这种混凝土砂浆具有优异的性能,其具体的性能指标如表2所示。

表2 锚固处理技术应用混凝土砂浆的性能

通过浇筑混凝土砂浆,将金属杆件与路基边坡牢固地连接在一起,形成一个混合加固的结构。这项改进的锚固处理技术具有多个优点:首先,它能够显著提高路基边坡的抗滑移能力,有效地阻止开裂和滑移的发展。其次,金属杆件的加持作用可以改善边坡土层的抗拉性能,减少节理裂隙的发育。此外,该技术还具有施工简便、成本适中的特点,适用于各种类似的路基边坡加固工程。

2.3 生态加固处理技术

在锚固处理技术的基础上,为了进一步增强路基边坡的稳定性和耐久性,并防止降雨、地下水等因素对边坡土体的侵蚀与干扰,设计一种新型的生态加固处理方案。该方案采用生态工程技术和生物措施,以实现边坡的稳固和生态环境的改善。

首先,应用高强度钢筋材料,采用铰接方式与土石料混合连接,制作成加筋格宾笼挡墙。这种挡墙具有较高的承载能力和稳定性,能够有效地支撑和稳固边坡。在拼装过程中,应特别注重保证钢筋骨架节点之间的抗拉强度基本一致,以确保整体结构的稳定性。

其次,将这种“钢筋-土石”复合而成的挡墙构件置于经过锚固处理的边坡坡体外侧。这样既可以起到支撑稳定的作用,又能够减少降雨、地下水等因素对边坡坡体结构的侵蚀与干扰。同时,为后续植被基材的发育与生长奠定了可靠、安全的环境基础。

接下来,根据研究区域的地理环境与气候条件,选择适合的乔木、藤本植物和草本植物等多种植物相结合的混合植物,作为路基边坡生态防护技术的治理基材。通过分区、分段的种植模式,将混合植物基材以液压喷播的方式喷射在固定好的加筋格宾笼挡墙上。在种植好的前15 d,覆盖无纺布并进行每日一次的浇水养护,以保证混合植物的快速、有效生长。

随着植物的生长,其根系能够有效地防止边坡受雨水冲刷的影响,降低水渗流对边坡土层稳定性的损害程度,从而显著提高路基边坡的稳定性。此外,植物还能够吸附通行车辆与自然环境带来的空气污染杂质,提高区域整体的生态质量。同时,生态加固处理技术的应用还可以起到美化高速公路岸坡景观的效果。

综上所述,生态加固处理技术不仅具有提高边坡稳定性和耐久性的作用,还能改善区域生态环境、减少污染和提高景观质量。这种技术具有边坡稳固与美化环境双重治理效果,是一种新型的、能够得到广泛应用前景的加固处理技术。

2.4 抗滑桩加固处理技术

在面对高速公路路基边坡开裂滑移的问题时,抗滑桩加固处理技术是一种有效的应对策略,该技术以抗滑桩为基础,通过在路基边坡中打入抗滑桩,以增强边坡的稳定性。

首先,根据本次所研究公路的地质条件和路基边坡的形状,来确定抗滑桩的位置和深度。研究公路的路基边坡的高度为15 m,边坡的坡度为1∶1.5,一般来说,抗滑桩的深度通常为边坡高度的1～1.5倍,故选择抗滑桩的深度为20 m。抗滑桩需要被打入到边坡的稳定层或岩层中,以确保其能够有效地抵抗滑移。

其次,考虑到地质条件、边坡高度以及经济性与施工难度等因素,采用C30钢筋混凝土结构、截面尺寸为1 m×1 m的抗滑桩矩形截面,以直桩形式,桩身垂直于地面,能够有效抵抗滑坡力。这种材料具有较高的抗压强度和耐久性,能够有效抵抗滑坡力,保证边坡的稳定性。在边坡沿线每隔5 m布设一根抗滑桩,既保证边坡的整体稳定性,还能避免资源浪费。对抗滑桩的强度和刚度进行充分考虑,以确保其在承受滑移荷载的同时不会发生变形或破坏。采用专业的设备和人员进行抗滑桩的施工。在边坡上钻孔,将预先制作好的抗滑桩打入到钻孔中。在打入过程中,需要注意控制抗滑桩的垂直度和稳定性,以确保其能够有效地抵抗滑移。

此外,为了进一步提高抗滑桩加固处理技术的效果,在抗滑桩的周围设置挡土墙,以防止边坡土体的流失和滑移。在前述2.3小节中提及的生态加固处理技术中,设置了植被覆盖层,也能够在一定程度上保护抗滑桩不受外界环境的影响。

总之,抗滑桩加固处理技术是一种有效的应对高速公路路基边坡开裂滑移问题的策略。通过设计和施工抗滑桩,可以增强边坡的稳定性并防止滑移的发生。同时,采取一些辅助措施可以提高该技术的效果和耐久性,使其在高速公路建设中发挥更大的作用。

3 施工效果分析

3.1 路基边坡稳定性对比分析

为检测本研究设计的高速公路路基边坡开裂滑移加固处理技术的可行性与应用效果,应用圆弧滑动法,计算加固处理施工前后,高速公路路基边坡的稳定安全系数,进行对比分析。在高速公路研究区域内,随机选取10处路基边坡测点,结合实际的边坡土层力学参数,在CEOSTUDIO程序中,应用Bishop计算公式,分别计算加固处理施工前后,路基边坡测点的边坡稳定安全系数,计算公式表示为

(1)

式中:A为路基边坡稳定安全系数;μ为路基边坡的抗滑力矩,N·m;λ表示路基边坡的滑动力矩,N·m。其中,μ、λ均由圆弧滑动法计算得出,与土层的物理力学性质有关。记录并统计上述计算结果,绘制折线图,进行对比分析,结果如图1所示。

图1 加固处理施工前后路基边坡测点的稳定性对比图

由图1可知,对于随机的10处高速公路路基边坡测点,加固处理施工后的边坡稳定安全系数,均高于加固处理施工前,且均大于实际工程的最低标准1.25,表明经过加固处理施工后,所选测点的路基边坡均处于稳定状态。为进一步保证加固处理施工的应用效果,考虑暴雨天气、地震条件,分别计算加固处理施工后路基边坡测点的边坡稳定安全系数,结果如图2所示。

图2 不同条件下路基边坡测点的稳定性分析

由图2可知,对于随机的10处高速公路路基边坡测点,在暴雨天气,以及地震条件下,边坡稳定安全系数较正常工况下有所降低,但仍然大于实际工程的最低标准1.25,具有优越的加固修复效果。

3.2 路基土体力学性质改善效果分析

为了更全面地评估加固处理技术的实际效果,本研究设计实验来测试路基土体力学性质的改善情况,关注土壤的抗剪强度、压缩模量和渗透系数,以此反映出土体的稳定性、承载能力和对水的敏感性。在实验路段,选择具有代表性的土壤样本,并在加固处理前、后分别进行了测试。为了更准确地模拟实际情况,土壤样本取自0.5、1、1.5 m这三个不同深度以及边坡顶部、中部和底部这三个不同位置,对于每种加固处理技术,均进行了相应的实验。统计相应数据结果后,汇总为表3。

表3 路基土体力学性质改善效果结果统计

根据表3中的数据结果进行分析,通过对比不同加固处理技术在改善路基土体力学性质方面的效果,可以得出以下结论:抗滑桩加固处理技术在增强土壤抗剪强度、提高土壤承载能力和降低土壤渗透性方面的效果最为显著;生态加固处理技术在降低土壤渗透性方面表现出较好的效果,同时还有助于提高土壤的抗剪强度和承载能力;锚固处理技术在增强土壤抗剪强度和提高土壤承载能力方面有一定效果,但在降低土壤渗透性方面的效果相对较弱。

结合以上结果可知,综合运用这三种加固处理技术能够更好地实现对高速公路路基边坡开裂滑移的加固处理,能够使得已经发生开裂、滑移病害的边坡趋于稳定、牢固状态,具有可行性,为有关施工单位,提供了可靠的理论参考与技术支持。

4 结束语

高速公路的施工质量与养护管理水平,是保证交通产业结构可持续发展的关键环节。针对现阶段高速公路路基边坡开裂、滑坡等病害现象频发的问题,以延长高速公路使用寿命,保证行车安全与舒适度为目的,研究设计了一种路基边坡的加固处理技术,结果显示,经过加固处理,10处高速公路路基边坡在正常工况、暴雨和地震条件下的稳定安全系数均超过1.25的最低标准,表现出良好的加固修复效果。同时,土壤的抗剪强度平均提高了25%,压缩模量平均增加了15%,渗透系数平均降低了30%,有效改善了路基土体力学性质。