生态砌块技术在公路边坡防护施工中的应用

赵淑红

(潍坊交安公路工程有限公司,山东 潍坊 261041)

随着我国基础设施建设进程的不断推进,国民经济得到了进一步发展,其中高速公路新路线的开辟有效拉动了区域性联动创新。在此背景下,公路的日常维护以及施工也越来越受到重视,其中的研究热点之一就是公路边坡的施工与防护[1]。目前,我国在公路防护与边坡施工中,一般采用的是单层级建设方式,为了提升公路边坡的防护效果,众多学者针对这一方向进行了研究,并取得了一定的成果。章树平等[2-3]研究了CF网植草喷播生态防护技术和生态型鱼巢砌块护岸技术,这一类生态技术能够实现预期的应用效果,但是对于细节处的边坡处理针对性相对较弱,严重情况下甚至会给边坡防护带来不良影响,产生定向化的建设阻碍。为解决上述问题,对生态砌块技术在公路边坡防护施工中的应用进行研究。对公路的边坡防护进行基础性的测试,同时设定对应的监测装置,构建更为灵活、多变的施工维护形式,在降低整体建设维护成本的同时,提升工程的质量与施工效率[4]。在此基础上应用生态砌块技术,以多维度施工维护的形式代替传统固孔和阻滑埂的设计,在合理的环境下扩大对应的施工维护面积,形成自动化的流水制造结构,为后续相关技术的创新与升级奠定基础[5]。

1 工程概况及施工准备

选定G233克黄线青州临淄界至西环路口段及临朐陈家上庄至辛寨段大中修工程公路作为综合生态砌块技术测试的对象。该公路属于双向4车道公路,两侧边坡常年受到附近泥石流和水土流失等问题的影响,结构框架以及整体的承载情况存在较大的问题。需要进行治理的位置长约150 m,侧面边坡的高度4.5～5.5 m,边坡基础的护坡面积为600 m2,公路边坡的高程值为5.6 m。

首先对需要维护修缮的位置进行标记处理。在维护处理之前,采用专业设备及装置对公路边坡地质、排水情况进行处理。由于边坡的附近以素填土、黏土以及强风化花岗岩为主,地质结构相对复杂。在施工维护的过程中,土壤较难处理,一旦发生泥石流、山体滑坡等问题,会形成不可控的事故。所以,在此基础之上,需要对测定公路区域进行基础性的测试准备:在标定区域位置设定监测装置,并依据点位的布设计算统一的间距、搭建稳定的控制程序、营造稳定安全的监测范围。接下来,将监测节点分别设定在顶层与底端位置,形成全覆盖式的施工监测面,完成对测试环境的搭建及准备。

2 构建公路边坡防护生态砌块的应用方法

2.1 边坡三角单元设定

通常情况下,为提升公路边坡的稳定性与安全性,会在边坡的后侧方构建一个三角模式的支撑架,不仅能够增加边坡实际的应用与承载效果,同时也可以促使结构更加稳定,形成循环式的防护应用体系。所以,以真实的背景作为测定目标,结合边坡的高度及高程值,进行边坡三角单元支撑结构的设定。可以先对基础性的三角支撑指标参数进行设定,如表1所示。

表1 基础性边坡三角单元指标参数

根据表1,完成对基础性边坡三角单元指标参数的设定。随后,在此基础之上对边坡的总面积进行明确,并依据实际的需求及标准,预留三角支撑单元结构的位置,并划定生态砌块的单元面积,进行测定计算,如公式(1)所示

(1)

综合上述指标的参数设定,得到的生态砌块单元面积为1 200 m2,由此设定砌块的应用标准。为确保应用范围,增强边坡的覆盖区域,可以预留一定的生态砌块位置,为后续的维护施工奠定基础环境。在此基础之上,在边坡的侧后方设定单个三角支撑单元结构,与前方的生态砌块位置保持水平,营造更加稳定的防护支撑。

2.2 边坡分层反包处理

完成三角支撑单元结构的设定之后,根据边坡的实际施工维护需求,进行边坡分层反包处理。所谓边坡分层反包,实际上是一种动态化的边坡防护体系,与传统的处理形式相对比,更加灵活、多变,可以尽量避免出现维护施工误差,同时增加公路防护的针对性。

可以先对边坡进行区段划分,每一个区段需要设置检测装置,并进行固定阀的安装。需要注意的是,固定阀必须保持相同的间距,对后续的分层反包处理会产生影响。可以先计算出固定阀的间距,如公式(2)所示。

(2)

根据上述对固定阀间距的计算,其结果为0.4 m,将其设为边坡的垂直距离。随后,利用钢筋或者钢绳,将三角单元与固定阀门进行关联,具体如图1所示。

图1 边坡分层反包固定阀的设置

在图1基础上,确定边坡的分层反包方向,与预留的生态砌块位置形成对等,逐步稳定边坡状态,并对钢丝绳进行方向分包处理,与后侧方的三角单元保持水平一致,实现边坡分层反包处理。

2.3 土工格栅互联搭接

完成上述的边坡分层反包处理后,边坡的防护施工基本环境已经完成。接下来,综合生态砌块技术,进行土工格栅的互联搭接。土工格栅一般是被应用在阻挡水土流失或者泥石流等灾害的公路、坡段之上,虽然可以起到一定的作用,但是土工格栅的面积有限,相对应获得的效果也是十分有限。为解决上述问题,需要与土工格栅互联搭接,对公路边坡的结构进行调整。为此,可以对不同坡段进行基础设计,具体如表2所示。

表2 不同坡段基础设计

根据表2完成对不同坡段基础的设计。在此基础之上,进行土工格栅的分层级设定与相邻处理。在这部分需要注意的是,边坡后侧方设定的三角单元虽然可以起到一定的支撑、过渡作用,但是在实际应用的过程中,会使土工格栅的针对性减弱,后续生态砌块的施工也会导致生态袋与砌块之间的缝隙加大,支撑受到限制。为避免上述问题,需要对土工格栅的结构进行设计,如图2所示。

图2 土工格栅设计结构

根据图2,完成对土工格栅结构的设计与调整。在此基础之上,将土工格栅单层进行合理设置。可以使用钢筋或者钢丝绳进行连接,提升土工格栅的稳定系数,减小生态边坡的外露坡度角。

2.4 排水联结扣砌筑及固土

土工格栅互联搭接表明边坡的防护基础搭建完成,但是要想增强稳固性和安全性,还需要对排水系统进行重置,完成排水联结扣砌筑及固土处理。首先,在生态砌块位置设置关联接口,根据公路边坡的实际需求及标准,选定使用生态袋或者植被,测定此时生态砌块四个层级的抗拉强度,如表3所示。

表3 各层级生态砌块抗拉强度分析表

利用专业设备,测定出该区域生态砌块的应用范围,使生态袋或者植被与边坡后侧方设置的三角单元形成关联。此时,边坡上方布设的土工格栅承压情况较为不稳定,再加上公路内部结构的变动,容易出现下沉、坍塌等问题。所以,需要在排水管道内部进行联结扣的砌筑,并与上层的边坡防护结构固定阀门形成搭接,进一步增加生态袋或者格栅内部植物的紧密度,使其紧扣成一体,更好地防止土体滑坡,加快边缘、邻近植物的循环生长,扩大边坡的防护面积。随后,在此基础之上,还需要进行生态砌块的固土处理,在生态袋或者植物底端进行土壤的铺设,与周围的石块、砂石形成关联,巩固整体的砌筑质量及效果,以此来形成固土的处理水平。在这部分需要注意的是,该工程的边缘其实并不稳定,公路的边坡防护与设定也是动态化的,所以固土的环节也是动态化的,可以根据情况随时调整。

2.5 边坡扎口带及格栅加筋

完成排水联结扣砌筑及固土处理之后,接下来根据边坡的防护程度,对各个土工格栅的边坡扎口带及格栅加筋。所谓格栅加筋,主要是增加实际的防护、紧密度,同时增大边坡的防护面积,进一步提升公路的平衡性与安全性。可以在边坡的顶端与底端分别设定多个承压支点,每一个支点与上方的土工格栅相对,形成单层级的扎口结构。

在此基础之上,在施工中将已装满填充物的生态袋联结放置,利用钢筋进行捆扎,提高抗拉性,逐步形成一种自锁式防护条带,增加边坡格栅的稳定性。具体如图3所示。

图3 边坡扎口带及格栅加筋处理结构

根据图3,完成对边坡扎口带及格栅加筋处理结构的设置。随后,在较陡的回填土边坡位置,将上方的排水联结扣与底部的支撑节点进行连接,同时与分层反包结构保持一致,进一步起到坚固和稳定的作用。在这部分需要注意的是,生态砌块或者生态袋的紧密度必须达到预设的标准,这样才能确保后续的维护与施工效果,同时增加生态可持续性,提升格栅的承压强度。

2.6 生态砌块分层通缝实现边坡维护

实现边坡扎口带及格栅加筋的处理之后,接下来,综合生态砌块技术,设定生态砌块分层通缝实现边坡维护处理。确定生态砌块的处理规格,并预留外扩的空间面积,需要确保单向面积为120.5 g/m2,边坡的横向关联距离为10.55 m,纵向为6.55 m,梯形撕破力为180 N。此时的接缝情况需要进行控制,确保正常的分层通缝不超过10条,刺破力设定为32.55 N,接缝强度为16.55 kN/m。在此基础之上,进行边坡捆扎孔的设置,一般为20个,进行此时变动数值的分析,如表4所示。

表4 边坡防护的变动数值

在表4基础上,对公路边坡存在的分层通缝作出逆向处理,逐步形成一个稳定的防护结构。内置结构虽然可以对边坡的防护结构作出支撑,但效果有限,一旦公路的整体承压超出预设的标准,整体的边坡防护结构便存在倒塌、下沉、结构断裂的危险,对施工人员的人身安全也会形成威胁。所以根据此情况,将边坡的生态砌块通缝分批次进行分层处理,在合理的抗拉强度下,利用联结扣、平衡结构以及防护格栅关联处理,形成一个稳定的循环防护区域。在确保防护质量以及效果的同时,提升防护的层级,缩小通缝的宽度。此时计算出边坡的双向受力抗压强度,如公式(3)所示。

(3)

式中:T为双向受力抗压强度,MPa;Xi为分层偏差,mm;n为根据防护层所在的单元情况而确定的数值;d为变动距离,mm;θ为变动次数,次;b为根据堆叠情况而确定的数值,依据经验确定;ρi为分层断裂强度,MPa。

根据计算所得边坡的双向受力抗压强度为35 MPa,与初始28 MPa的双向受力抗压强度相对比,本次研究的综合生态砌块技术得出的双向受力抗压强度更高,表明在实际施工后,边坡的承载能力增加,抗荷效果提升。

3 结 语

通过对生态砌块技术在公路边坡防护施工中的应用分析及验证,确认与传统的公路边坡维护形式相比,本次综合生态砌块技术的应用,结合实际的施工需要及标准,构建了更为灵活、多变的生态施工结构,可增加边坡维护的灵活性与创新性。过程中还考虑了公路边坡设定的稳定、安全情况,营造更好的维护环境,同时采用增加被覆盖率、土壤增厚和加强边坡支撑关联等措施,强化生态砌块技术的应用效果,在合理的背景之下,提升施工质量及效率,形成了积极循环的边坡施工体系,可为后续的施工执行工作打下良好的基础。