老集高速公路边坡防护的多样性工程实践

老集高速公路边坡防护的多样性工程实践 作者：张闻达 摘要： 在内蒙古老集高速公路边坡防护工程实践的基础上，针对边坡破坏的机理、形式，阐述了边坡防护的多样性、重要性。 随着公路等级和高等级公路服务标准的提高，路基边坡防护日渐引起公路部门的高度重视。由于高速公路线形标准高，路基高填深挖现象普遍，路基边坡安全显得至关重要。而路堑与路基构成上部空间围合关系，对行车视线影响较大，同时影响行车舒适和交通安全，故公路路堑边坡景观的优劣对整个路域边坡景观的影响尤为突出。边坡综合防护设计是公路设计的重要内容之一，其主要目的是保 护路基边坡表面免受雨水冲刷，防止和延缓岩土表面的风化、破碎、剥蚀，保护路基的整体稳定，诱导司机视线，改善景观。 1 路基边坡稳定影响因素 路基是公路的主要组成部分，路基边坡质量好坏直接影响到路基稳定和使用质量。边坡本身的稳定性不够，随着时间的推移，边坡发生徐变变形而最终失稳，形成整体或局部滑坡破坏。另一方面，因边坡坡面常年暴露于自然环境中，承受自然条件影响，其中水的冲刷渗入作用尤为明显。由于水流对边坡侵蚀、浸润，使边坡土体颗粒间抗剪能力减小而导致边坡土体失稳。岩土的成因类型、组成成分、岩土结 构和强度等是决定边坡稳定性的重要因素。由坚硬、矿物稳定、抗风化性好、强度较高的岩土构成的边坡，其稳定性一般较好，反之较差。此外，岩体的结构类型、结构面性状及其与坡面的关系也是岩质边坡稳定的控制因素。水的渗入使土体质量增大，岩土因被软化而抗剪强度降低，并使孔隙水压力升高；地下水的渗流将对岩体产生动水力，水位升高将产生浮托力；地表水对岸坡的侵蚀使其失去侧向或底部支撑等，这些都对边坡稳定不利。 风化作用使岩土体裂隙增多、扩大，透水性增加，抗剪强度降低。地形地貌也有比较重要影响，临空面的存在以及边坡高度 、坡度等都是直接与边坡稳定有关的因素。此外，地震使边坡岩土体的剪应力增大、抗剪强度降低。需要指出，开挖边坡使坡体内岩土的初始应力状态改变，坡脚附近出现剪应力集中带，坡顶和坡面一些部位可能出现拉应力区；在新构造运动强烈地区，开挖边坡使岩土中残余构造应力释放，可直接引起边坡变形破坏。边坡稳定的人为因素也不可忽视，边坡不合理设计、开挖或加载，大量施工用水的渗入及爆破扰动等都能造成边坡失稳。 2 边坡冲刷作用 坡面冲刷过程包括降雨溅蚀和径流冲刷引起土颗粒分离、泥沙转移和沉积三大过程。溅蚀作用主要表现在三方面： 雨滴直接冲击土体表面，使土粒分散、破坏、迁移，土体结构遭破坏，为后续的径流搬运提供了丰富的松散颗粒； 雨滴直接冲击径流，引起径流紊动，增加径流的动能，可使径流挟砂能力大大提高； 雨滴长时间的击溅，会产生大量泥浆细粒物填塞土体孔隙，从而降低土体的渗透性，雨滴落地后转化为径流，增大了溅蚀与坡面径流联合侵蚀作用，加剧了坡面冲刷。 在降雨过程中，当降雨强度超过土壤地表入渗强度后，坡面开始产生径流。径流的作用之一就是对坡面上被雨滴溅击或水流分离出来的孤立土粒进行搬运。由于径流 水流相对集中，摩阻力减小，坡度大，重力作用明显，流速较大，水流的携沙能力明显增强，一些大的土粒土块都有可能携带下去而不易沉积。 3 老集高速公路边坡防护工程实践 老集高速公路起于蒙冀分界的老爷庙，终于内蒙古乌兰察布市集宁区南。该地区属典型的大陆性气候。气候干燥，风天较多，降水量少且集中于 6、 7、 8三个月。暴雨多，蒸发量大，昼夜温差大，属季节性冰冻地区。路线范围内地形较为平缓。路线主要分布在波状丘陵、玄武岩台地及山间盆地、沟谷洼地之上，沿线主要地层为陆相碎屑岩、玄武岩及第四纪砂土、粉土等，含水 量小，密实度较好。地下水位较低，一般埋深 5 10 m。根据上述气候、水文、地质情况，老集高速公路采用了多种边坡防护形式。 护面墙。 挖方路堑的边坡防护方案主要是浆砌片石护面墙。该方案能防止岩土风化，防止水分渗入，所需材料是片石、砂浆，易做到就地取材，工程造价低，方便施工。在公路防护中大量采用。 植被防护。 公路建设不可避免地要对道路通过地区的生态环境产生影响，主要表现为改变地形地貌、破坏植物群落、降低生物多样性、影响局部气候、增加水土流失的危险性等，如 不实施保护措施，不仅公路自身的 设施安全和行车安全得不到保障，还将对周边地区的生态环境带来不利影响。因此，路域生态环境的恢复与重建，将成为今后公路工程中不可缺少的重要内容。植物防护已逐渐成为未来公路防护发展的主要方向和指导思想。植被防护是随着时代的进步而产生的一种防护形式，采用植被防护是保护公路环境的最佳方案。利用植被根系与土的紧密结合，使地表层土壤形成不同深度的、牢固的稳定层，极大地减缓了坡面径流水对边坡的冲刷，对边坡具有很强的加固作用。同时可降低公路对自然环境的破坏，使公路与大自然和谐的融合在一起。老集高速公路 K274+140-K292+980段挖方较多，挖方边坡以土质为主，在边坡稳定的基础上，采用的主要护坡方案是：边坡下一定高度内仍然做护面墙，其上剩余部分采用植草防护。技术要点是先在坡面锚固金属网，然后喷附基质。选择的草种是适合本地区生长的蒙古冰草、无芒雀麦、紫花苜蓿、草木樨、柠条。这些草种大都有地下茎，根系发达 (人土深度 1 5 m)，耐干旱，生长迅速，蔓延力强，能与土壤牢固结合，有效保持水土，护坡效果突出。达到了快速覆盖、牢固边坡、群落稳定、景观优美、无需养护的边坡生态恢复目的。除此以外，植被防护还能有效降低噪音，改善行车环境，使 人仿佛行驶在风景秀丽天然绿色的长廊里，体现以人为本的人文关怀。虽然植物防护的造价较高，但是随着经济的发展，技术水平的提高，其造价会日趋合理；另外随着经济实力的增强，植被防护的造价也会进入可承受的范围。 砼预制六棱空心砖植草。 空心砖本身可以防止坡面水冲刷形成冲沟，减缓水流速度，植草可利用根系与土的结合稳定边坡坡面土体，技术上可行。空心砖预制简单，铺设快，工期缩短。同时改善生态环境，美化路容。即可应用于填方路堤防护，也可用于挖方路堑边坡。如 K316+600 K316+760等段落内的挖方边 坡原设计为护面墙防护，后经过分析比较，认为空心砖植草防护能够达到防护目的，工期短，路容好，采用了该方案防护。此护坡形式应成为公路边坡防护的主要形式之一。 拱形骨架内植草防护。 老集高速公路大部分填方路基边坡采用混凝土预制块拱形骨架防护，其防护功能强，成本低，工期短。随着工程进行，设计不断完善，边坡防护也不断发展、创新。起点处 K273+680-K274+030段挖方路堑设计了拱形窗式护坡即是大胆的尝试和创新。效果十分明显。 锚杆护面墙与挂网喷锚。 K323+800m-K324+800m段边坡岩层出露较为破碎，节理发育，局部出现滑塌。 K323+930K324+110段一级边坡布置 C25钢筋混凝土锚索地梁，二级边坡布置 400 m等厚护面墙，护面墙上布置锚杆，锚杆水平、垂直方向间距 3 m，呈梅花型布置，锚杆长度 9m，倾角 25。三、四级护面墙只设护面墙不设锚杆。 K324+110 K324+190段一级边坡设 400 mm 护面墙配锚杆，二级以上只设护面墙不设锚杆。 K324+190 K324+740段一级边坡设锚索地梁，二级、三级设护面墙配锚杆，四级以上采用挂网喷锚防护。护 面墙后面设锚杆可以使护面墙与山体紧密的结合在一起防止岩体滑塌，虽然其固坡能力不如锚索地梁，但在地质条件允许的条件下更经济。挂网喷锚的锚杆长 5 m锚固在长 9 m的孔中，孔内用水泥砂浆灌注。坡体喷射 C15混凝土。第一次喷 50 mm，待混凝土形成一定强度后挂 8钢筋网，焊接钢筋网与锚杆后再喷 50 mm 混凝土。挂网喷锚可以封闭岩土体表面的节理、裂隙，提高节理裂隙间的粘结力；防止岩面风化、剥落、松动、掉块等的产生；在边坡表面形成整体，与岩体组成 “整体结构 ”共同作用。 矮墙。 在起点处砌筑 1 2 m 矮墙，不再设置护面墙。在矮墙上设置城墙垛口，表面用料石镶面。这样既降低工程造价又可以防止碎落物进人路面，且可引导