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山区公路高边坡防护与加固技术

更新时间:2009-03-28

0 引言

边坡稳定性是公路运营的重要危险源,出现边坡滑坡与坍塌,不仅会影响正常的道路运营,还会造成严重的经济损失与社会影响。

这时,躲在柱子后面的马丁冲了出来,他像一头矫健的猎豹,扑向吉姆。马丁的突袭把丝毫没有防备的吉姆撞倒在地。可马丁毕竟是个孩子,倒在地上的吉姆抓起了马丁,把他狠狠地摔在了一边,然后站起身,捡起掉在地上的箱子继续向前跑。可是刚迈出第一步,另一只脚就又被马丁死死地抱住了。吉姆怎么挣脱也没办法甩开马丁。这时,在后面的萌萌也追了上来,她和其他游客一起制服了吉姆。

本文首先分析山区公路高边坡的特点,指出引起高边坡失稳的主要因素;其次,提出了边坡失稳的防护技术,包括生态防护和工程技术防护等手段;最后提出边坡失稳的加固技术,主要对预应力锚索加固和锚杆加固两种常用技术进行分析,并对其设计要点和施工技术进行总结。

人与人之间的沟通和交流是以尊重为前提的,老师对学生的尊重是一种教育力量,学生只有感到被尊重,才愿意去接纳老师。

1 山区高边坡特点及滑坡影响因素分析

1.1 山区高边坡特点分析

山区地形地貌复杂多变,公路工程的建设往往要面临大量的填方和挖方问题,高填方和高挖方自然形成高边坡,其稳定性问题成为施工和运营阶段的关键因素。

生态防护主要通过一些生态的技术手段加强边坡的稳定性。生态防护一方面加强了道路的美观性建设,净化道路环境,另一方面利用绿化植被防止边坡破坏、水土流失等问题,同时还可以降低噪声污染、保护生物多样性等。

地下水是岩土结构需要考虑的重要参数之一,因为地下水会影响到岩土的有效力学参数,随着地下水位的变化,岩土的剪切力和法向力也在发生着变化,最薄弱的岩土面也在变化。此外,地下水的存在,在冻融循环作用下,会严重削弱结构的抗力,容易引发初始开裂问题。

1.2 边坡失稳影响因素分析

喷头砰的一声打开。热水自上而下喷在叶晓晓的身上,点点水珠滚过身体犹如夏雨倾洒在荷叶上,水滴从脸上落下,滑过脖子,溜过胸前,自上而下,淋湿了白皙的脚踝。

(1)地质构造

边坡失稳包含了诸多影响因素:内在的因素涵盖地质构造、岩土特性、地下水分布等;外在的因素的包含边坡堆载、雨水冲刷、施工爆破等方面。

工业和信息化部、财政部联合制定的 《智能制造发展规划 (2016-2020年)》指出在传统制造业推广应用数字化技术、系统集成技术、智能制造装备,推进自动化、信息化的发展机制,建设云制造和服务平台[1]。

地质构造特点是边坡稳定的重要内在因素,处于地震带或者震动区域的高边坡,其失稳的风险大大增加,在地震作用的惯性力下,边坡的失稳往往是瞬间和毁灭性的。此外,岩土的风化情况及岩层分布特点也是边坡失稳的关键,例如顺坡向层状岩层容易产生剪切型破坏,碎裂散状岩层则易形成滑动型破坏。

在项目策划阶段,基建管理部门要认真仔细研究农业主管部门发布的各项申报指南,并争取列入相关行业发展规划。为避免出现项目规划申报时间短来不及精心编报项目内容的情况,申报单位可以在日常工作中提前准备项目需求,编列单位自己的项目规划库。在项目前提策划过程中形成的成果是下一步项目立项申报的重要基础,为了保证项目内容的科学性,应组织专家对其进行审核和确认。

边坡的稳定从力学角度来讲是抗力和荷载效应两方面因素相互博弈的结果,而影响抗力的最重要因素就是岩土特性,岩土特性决定了其抵抗强度,包括粘聚力和重度系数等关键参数。此外岩土是否存在风化也影响其力学特性,因此需要全面掌握高边坡岩土特征。

(3)地下水分布

无论是填方还是挖方高边坡,受到施工干扰后就不同于其原有的自然状态,边坡就有滑塌的风险,其风险程度与地质环境和外部环境相关。由于山区环境与平原地区不同,边坡的稳定性问题也不一样。常见的山区边坡病害包含了滑塌、泥石流、局部坍塌沉陷、落石等,其中滑塌是最常发生的,影响也极其恶劣,原因是在挖方或填方过程中没有足够重视并设定有效的防护和加固方案。

综上所述,我国农业机械技术的发展起步较晚,在国际市场中的竞争优势有限,这说明我国农机技术有相当的发展空间,有众多的前沿发展实例可参考,这有利于我国农机技术的发展和飞跃,也能够辅助我国农机技术在未来追赶国际进度,在国际市场上占据份额,为祖国出口创汇。

(4)边坡的堆载

(4)蜂窝网格植草护坡类似于工程防护手段,通过在修整好的边坡上铺设六边形框砖形成网格,在内部填种植土。该技术手段可以在预制厂批量生产,边坡防护效果好,能够保证草皮的生长。

(5)雨水冲刷

挖方和填方的高边坡,其表面植被受到破坏,如果边坡没有设置有效的雨水排泄路径,则在雨水冲刷作用下很容易导致表面岩土流失,导致雨水渗入边坡内部,引起滑塌失效风险。

(6)施工爆破

岩石区域的山区公路修建,往往需要借助爆破的手段进行挖方,施工爆破会引起周边岩土层的强烈震动,很容易形成内部破碎面,再加上挖方改变了原有的边坡形状,很容易出现边坡失稳问题。

(2)岩土特性

2 高边坡的防护技术与要点

2.1 高边坡的防护原则

边坡一般存在失稳的风险,采用防护技术可降低风险的存在。如在防护仍然不能解决边坡失稳问题时,就需要采用加固方法对边坡稳定性进行主动加固,确保施工和运营中不会发生滑塌。

作为建筑功能完整实现的重要前提,建筑防水向来受到业界的重点关注。窗户、砖墙之间的缝隙、厨卫间等属于传统建筑容易出现渗漏的部位,但采用PC构件、灌浆连接(或节点现浇)工艺的预制装配式建筑却基本不会在这类部位出现渗漏,其渗漏一般源于外墙存在的大量拼接缝,这使得预制装配式建筑外墙防水密封向来受到业界的重点关注。空腔防水、材料防水属于最为常见的两种预制装配式建筑外墙防水密封方法,前者采用现浇混凝土或密封条形成二次密封,后者则通过嵌填密封材料处理接缝迎水面。但受到多方面因素影响,空腔防水很容易因空腔堵塞或墙板精度偏差而失效,密封胶存在的不足也会直接影响接缝迎水面处理效果[1]。

边坡的防护需要充分考虑经济因素,因此以就地取材为主,充分利用建造区域内的施工材料,减少建造成本。同时,边坡防护应该制定科学有效的方案,该方案应结合边坡特性调研及岩土考察来建立,相关的工艺、工法和材料等都需要斟酌。考虑到引发边坡失稳包含内部和外部双重因素,边坡稳定要进行内外因同时治理,内因如地下水发达、地质构造差、岩土特性差等应进行岩土本身的防护及地下水疏导。涉及到外部堆载、雨水冲刷和施工爆破等则要进行施工交通管制选择适宜方案。

2.2 生态防护技术

(1)地表反射率、归一化积雪指数、水体指数、湿度指数、纹理特征、昼夜地表温度植被指数等分类特征再结合研究区域的地形参数特征得到理想的分类结果,适合作为甘肃省土壤分类的分类特征。

式中,N为研究区域评价单元总数;xi,xj为空间栅格单元i,j的生境质量或其变化量;x为研究区域栅格单元生境质量的均值;Wij为邻接空间权重矩阵(i=1,2,3,…,n;m=1,2,3,…,m),栅格单元相邻时,取值为1,不相邻时,取值为0;Moran’s I取值在0-1之间。

生态防护的基本机理是通过植被涵水原理进行固定土壤,从而稳定边坡,其护破的基本原理是利用植物深根进行岩土锚固,利用浅根进行加筋作用,降低坡体的孔隙水压力,同时具有控制土粒流失、降雨截流、削弱雨水溅蚀的目的。从环境效应来看可恢复因道路建设而引起的生态环境破坏,可降低道路上车辆噪声、光等污染,同时可以促进有机污染物的降解并净化空气。常见的生态防护技术包括人工种草护坡、平铺草皮护坡、直接喷草护坡、蜂窝网格植草护坡等手段,如图1所示。

  

图1 常用的边坡生态防护措施Fig.1 Common slope ecological protection measures

(1)人工种草护坡是通过人工在边坡破面简单播撒草种的方式进行的,主要适用于边坡高度不大、坡度较缓的情况,适用于草类生长的土质路堑和路堤,这种方法对于岩石边坡的加固效果往往并不好。该方法施工简单、造价低,且存在草种被雨水冲走的可能,草种种活率较低。

(2)平铺草皮护坡通过人工手段在边坡铺设天然草皮,该方法适用于草皮来源容易、边坡坡度不高且较缓的土质或风化岩质边坡,是设计应用较多的传统破面防护手段。该施工方法简单且工程造价低,但后期管理养护中较为困难,因为草皮容易被雨水冲刷,成活率较低,工程质量较难保证。

(3)直接喷草则是在边坡面上构筑稳定结构层,将草种和肥料等喷洒到稳定结构层上,这主要适用于土坡在45°范围内的边坡加固,通常采取机械化作业,施工技术含量高且速度快。但这种生态防护手段长期效果较难保证,特别是坡率大的边坡。

高边坡自身的稳定性风险一直存在,如果边坡上进行堆载,则无形中会加快边坡沿着滑动面的失效,当达到临界状态时会导致突发性的边坡滑塌。例如深圳光明顶滑坡事故,就是因为边坡上的堆载长期效应引起的。

2.2 工程防护技术

工程防护则是通过工程技术手段,采用框架梁、喷浆、坡面护槽等混凝土或者浆砌块石进行坡面加固措施。其根本原理是在边坡的表面采取工程措施,加强牢固工程措施与坡面的摩擦力,从而起到稳定边坡的作用,这种防护技术可以适用于任意土质边坡和岩质边坡。常用的边坡边框有六边形、预制块型和石拱型,这些形状一方面是起到稳定边坡的作用,另一方面增强边坡的美观效果。

应当注意的是,完全的工程防护会使边坡上的岩土容易被风化和水土流失,导致边坡工程防护达不到应有的工程效果,因此和生态防护技术配合使用,既能达到美观环境的效果,又避免了生态防护手段对边坡防护力度不足的问题。实际施工中,生态防护和工程防护两种技术手段也是综合使用。

3 高边坡加固技术

防护措施是一种被动方法,主要是在一定程度上避免外部因素对边坡稳定的影响,但是其防护加固程度有限,对于边坡稳定性问题很大的区段是不可行的,因此需要采用主动加固技术,从根本上解决高边坡失稳的问题。常用的边坡主动加固技术有预应力锚索加固和预应力锚杆加固,这两种方法在公路边坡加固中应用最多,其它的还有化学加固方法和水泥土搅拌桩加固等手段。这里重点分析预应力锚索加固和预应力锚杆加固的施工技术与要点。

  

图2 预应力锚索或锚杆的加固示意图Fig.2 Prestressed anchor or anchor reinforcement diagram

预应力锚杆和预应力锚索的加固机理是相同的,通过预应力的施加使得边坡与锚固的稳定岩层形成整体,共同变形与受力,从而提高其稳定性。图2中锚杆或锚索穿过滑动面一侧连接坡面的稳定岩层,在预应力施加作用下滑动面被挤压,使得外部滑动体在滑动面上有很大的法向内力,直接增大了抗滑动摩擦力,因此边坡的稳定性能够得到保证。

为了充分发挥预应力施加效应,一般在坡面配合采用挡土板或者框架梁等措施,使得预应力均匀地传递到坡面上面,一方面可以避免预应力的集中效应,另一方面则使得整个坡面更好地与稳定岩层共同变形,如图3所示。

根据故障原语描述[12],在低电压SRAM中注入写破坏耦合故障和读破坏耦合故障,仿真结果分别如图9、图10所示,写破坏耦合故障和读破坏耦合故障也能被March-Like算法检测出,而不能被March C+算法检测。

  

图3 预应力配合坡面加固措施Fig.3 Prestressed with slope reinforcement measures

4 结论

山区公路的地形复杂,其边坡稳定性问题一直是设计与施工考虑的重点与难点。本文分析了山区公路高边坡的特点,指出影响其稳定的因素包括内在的岩土特性、地质条件、地下水分布等和外在的坡面堆载、雨水冲刷和施工爆破等,在对这些影响因素的掌握下提出了高边坡的生态防护措施和工程防护措施,同时给出了高边坡加固措施,从不同要求和层面对高边坡稳定问题进行施工处理,保障山区公路高边坡的安全性。

参考文献:

[1]施文杰,丁跃.山区高速公路路线设计中的问题与对策[J].建筑知识,2016,10:020.

[2]杨栋.基于运行安全的山区高速公路路线设计[J].黑龙江交通科技,2017(6):21-22.

[3]邹武坤,张雪梅.复杂地形条件下山区高速公路路线设计要点[J].华东公路,2017(3):42-43.

[4]赵春.山区高速公路路线设计中常见问题[J].交通世界,2016(32):16-17.

[5]严石磊.山区高速公路路线设计与生态资源保护[J].黑龙江交通科技,2016,39(1):21-22.

 
陈丽俏
《交通节能与环保》 2018年第02期
《交通节能与环保》2018年第02期文献

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