|
0. 引 言 我國地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，公路影響范圍內(nèi)的斜坡防護工程規(guī)模大、難度高。隨著公路建設(shè)的不斷推進，作為公路工程的重要組成部分，公路路基斜坡的病害合理預(yù)防、有效處治和養(yǎng)護，顯得越來越重要，越來越迫切。作為公路建設(shè)的參與者，筆者覺得有必要對公路斜坡防護工程的現(xiàn)狀及動態(tài)進行必要的梳理，以期能為國內(nèi)公路斜坡防護工程的安全、經(jīng)濟、環(huán)保性設(shè)置，為公路工程的合理化建設(shè)和正常運營提供有效借鑒。1.公路邊坡病害類型 公路斜坡病害按“從淺到深，從小到大”，通?？梢苑譃槠旅娌『?、邊坡病害、坡體與山體病害三大類，見圖1、圖2。 坡面病害一般是指直接暴露于大氣影響下的斜坡體表層，在降雨沖刷、風化剝落、淺層溜滑、危巖、掉塊等現(xiàn)象，其病害深度一般為1～2m。如土質(zhì)或類土質(zhì)斜坡的坡面易發(fā)生坡面沖刷，而泥巖等軟巖斜坡則易發(fā)生風化剝落，硬巖或較硬巖斜坡人工開挖不良時易發(fā)生危巖、掉塊等，這是四川省公路病害中分布最為廣泛的一種路基病害形式。邊坡病害一般是指在巖土體性質(zhì)較差的斜坡體現(xiàn)有坡高、坡率情況下不能保持穩(wěn)定而產(chǎn)生的淺層滑塌、崩塌等病害現(xiàn)象。其病害范圍多發(fā)生在松弛帶以內(nèi)的某一級邊坡，厚度一般小于10m，規(guī)模相對較小。坡體和山體病害是指發(fā)生在自重應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力共同作用下的斜坡變形，其病害范圍多從坡腳至山頂或山體某個寬大平臺后部的一定位置范圍內(nèi)的大規(guī)模坡體變形，如高邊坡整體變形或山體滑坡。這種坡體變形往往會造成地貌單元發(fā)生大的變化，一般需采取較大的工程代價方能對其進行有效治理。
圖1 公路斜坡病害類型示意圖 
這三種公路工程斜坡變形是相互影響、相互關(guān)聯(lián)的。如在坡面的沖刷作用長期不加限制，隨著坡面沖溝的不斷加深，逐漸會演化為邊坡變形。邊坡變形的不斷發(fā)展，則會造成相鄰邊坡變形的逐漸貫通而發(fā)展為坡體變形。當坡體變形累積至一定程度時，就會誘發(fā)山體的變形。反過來，山體變形后造成坡體結(jié)構(gòu)松散，甚至解體，也就促進坡面、邊坡變形的進一步發(fā)展。2.公路斜坡防護工程主要類型 2.1、坡面工程防護 坡面防護工程主要起到降低雨滴擊濺侵蝕、減小地表水沖刷和坡面溫差、調(diào)節(jié)坡面巖土體濕度、控制水土流失等多種效果，能有效防止風化剝落、落石掉塊、坡面沖刷和淺層溜滑等多種坡面病害。目前我國主要采用以生態(tài)綠色防護為主，圬工工程為輔，特殊地段采用柔性防護的防治原則。坡面的綠化能起到保護環(huán)境、減少環(huán)境污染、美化路容的效果，使公路工程達到與自然的和諧。因此，對于我國大部分氣候適宜的地區(qū)，綠化防護是最為常見的坡面防護工程措施。 綠化防護在我國主要應(yīng)用藤類植物防護、噴混植生防護、三維網(wǎng)植草防護、噴播植草防護，以及與坡面圬工骨架組合后進行綜合防護幾種類型。其他如鋪草皮防護、土工格室植草防護、植生袋防護、六棱磚防護等坡面防護措施，由于工程造價、施工便捷性等因素影響而較少采用。綠化防護的植物一般選用根系發(fā)達、莖矮多葉，對環(huán)境適應(yīng)能力強的草種和灌木種子，以起到立體的坡面防護效果和提高植物的成活率。 1）藤類植物防護主要應(yīng)用于邊坡完整度、抗風化和沖刷能力較好的堅硬巖、較硬巖、較軟巖等各種坡率的公路邊坡，一般采用“上垂下爬”式藤類植物布設(shè)進行綠化防護，以縮短藤類植物覆蓋坡面的時間。2）噴混植生防護主要應(yīng)用于坡率1：0.5（含）～1：0.75（含）的巖質(zhì)邊坡坡面綠化防護。主要是通過在邊坡淺表層錨固金屬網(wǎng)后，運用噴播機械將含有種植土、植物種子、保水劑等客土混合物噴射到邊坡坡面，形成厚10~20cm土壤復(fù)合體而起到對公路邊坡坡面防護的目的，但工程造價相對高。3）三維網(wǎng)植草防護主要應(yīng)用于坡率不大于1：1的各類土質(zhì)、類土質(zhì)和軟巖、極軟巖坡面防護，當邊坡上具有框架等將坡面分割為塊狀的圬工工程時，可應(yīng)用于坡率不大于1：0.75的邊坡坡面防護。其主要通過在邊坡淺表層錨固高強塑料三維網(wǎng)后，采用噴播機械以一定的壓力將混合好的客土噴射到坡面上，再在其上噴射根系發(fā)達植物的種子達到坡面防護的目的，具有工程造價較低，施工快捷方便的特點。4）噴播植草防護主要應(yīng)用于坡率不大于1：1.25的各類土質(zhì)或類土質(zhì)坡面防護，當邊坡上具有框架、骨架等將坡面分割為塊狀的圬工工程時，可應(yīng)用于坡率不大于1：1的邊坡坡面防護。其主要采用機械化施工，將草籽、灌木種子、肥料、營養(yǎng)土和水等按一定比例充分混合后攪拌形成漿液，采用噴射機均勻地噴射到邊坡坡面后實現(xiàn)對坡面防護。具有施工速度快，工程投資低的特點。 5）綜合防護主要應(yīng)用于坡面匯水面積較大，為防止形成坡面徑流而采用圬工骨架、網(wǎng)格或框架對坡面進行有效分塊后進行植物防護的工程措施。此時骨架主要起到分割坡面和對坡表起到一定支護的作用，防止坡面發(fā)生淺表層溜滑。2.1.2、坡面圬工防護工程 圬工防護工程是我國公路系統(tǒng)使用最早的防護工程措施之一，曾大面積在公路邊坡坡面防護中應(yīng)用。近年來雖然隨著綠化防護和環(huán)保的要求，在高速公路、一級公路等高等級公路坡面邊坡防護中大幅萎縮，但在二級公路及其以下公路等級較低的公路邊坡坡面防護工程中仍有著較為廣泛的應(yīng)用。目前圬工材料中漿砌片（塊）石比重逐漸降低，混凝土材料比重逐漸上升。坡面圬工防護目前應(yīng)用最多的是主動防護的護坡工程和被動防護的攔石墻工程。護坡工程主要應(yīng)用于易風化、坡面多有落石掉塊的巖質(zhì)邊坡和易于沖刷的土質(zhì)、類土質(zhì)挖方邊坡，如漿砌片石或砼護坡、護面墻與掛網(wǎng)噴砼；當坡面防護面積過大采用原位主動防護性價比較低時，則往往在斜坡的某一位置設(shè)置攔石墻對坡面落石進行防護。柔性防護分主動與被動兩類，主要應(yīng)用坡面落石防護。主動防護主要為采用主動網(wǎng)對坡面落石進行原位防護；被動防護主要應(yīng)用于坡面裸露面積過大且工程原位施工難度偏大時，多在斜坡的合適部位設(shè)置被動網(wǎng)、簾式網(wǎng)、鋼格柵，或在線路路基部位設(shè)置柔性明洞、輕型鋼架棚洞對坡面落石進行攔截。這在5.12汶川地震和4.20蘆山地震后的公路坡面落石防護中，起到了良好的防護效果。2.2、邊坡防護工程 邊坡防護工程主要指某一級邊坡由于高度偏大或坡率過陡而不滿足相應(yīng)巖土體的內(nèi)在物理力學性質(zhì)，或在降雨、地震等外在因素的影響下，造成邊坡發(fā)生滑塌、崩塌等病害。邊坡防護工程通過對各級不能達穩(wěn)定休止角的邊坡，依據(jù)地質(zhì)條件、開挖坡率合理設(shè)置加固工程而起到穩(wěn)定邊坡的作用。目前四川省主要采用放緩邊坡坡率、結(jié)合坡面綠色防護的錨桿工程和以擋墻、掛網(wǎng)噴錨等為主的原位工程加固措施。對于高陡峽谷區(qū)等特殊地段，當原位治理工程防護性價偏低時，常采用剛性棚洞或剛性明洞等被動防護的工程進行處治。當坡率過陡造成邊坡沿最大剪應(yīng)力面和不利結(jié)構(gòu)面發(fā)生變形時，通過不同巖土體性質(zhì)的綜合內(nèi)摩擦角放緩邊坡坡率是提高邊坡的自身穩(wěn)定性的最常用工程措施。該工程措施簡單易行，見效快，但會增加相應(yīng)的坡面防護工程和建設(shè)用地，甚至造成整個公路斜坡高度的快速增加。因此，主要應(yīng)用于地形平緩地段或工程應(yīng)急搶險。2.2.2、邊坡錨固防護工程 對于欠穩(wěn)定邊坡的原位加固，結(jié)合綠色防護的理念，多采用以全粘接錨桿為主的框架或微型樁為主的工程防護措施。錨桿框架防護工程主要應(yīng)用于路塹邊坡或部分路堤邊坡的病害處治。錨桿長度在土質(zhì)或類土質(zhì)邊坡中以圓弧搜索法的潛在滑面為依據(jù)，在巖質(zhì)邊坡中以不利結(jié)構(gòu)面的組合為依據(jù)，結(jié)合鋼筋的出廠長度和施工的方便性等因素進行綜合設(shè)置。微型樁防護工程主要應(yīng)用于受地形條件限制，無法在路基外側(cè)的高陡自然邊坡上搭建腳手架進行邊坡加固工程施做時，在路肩外側(cè)部位設(shè)置豎向微型樁對影響公路的欠穩(wěn)定體進行隔離加固，以達到保護公路的目的，而不會對整個欠穩(wěn)定邊坡進行加固。為提高微型樁的整體性受力效果，通常樁頂設(shè)置框架或面板進行聯(lián)接。一般情況下，微型樁的長度宜不大于20m，防止樁體的長細比過大而影響工程防護效果。膨脹土、煤系等性質(zhì)較差的邊坡，在邊坡含水量較高時，常結(jié)合排水工程采用擋墻工程進行“固腳”；對于二元結(jié)構(gòu)邊坡，為有效限制上部的覆蓋層沿土巖界面發(fā)生滑移，常利用土巖界面處設(shè)置的邊坡平臺采用擋墻對上部堆積體邊坡進行支擋。擋墻的設(shè)置多采用剛性圬工擋墻或柔性格賓擋墻，具體形式根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件和材料的來源與施工的方便性確定。稍密～密實的堆積層邊坡和結(jié)構(gòu)面發(fā)育而存在潛在失穩(wěn)的巖質(zhì)邊坡，或開挖質(zhì)量較差造成巖體結(jié)構(gòu)面進一步貫通而可能發(fā)生崩塌的巖質(zhì)邊坡，當環(huán)保要求較低或工程應(yīng)急搶險時，常采用掛網(wǎng)噴錨進行防護，必要時結(jié)合錨桿工程對邊坡的穩(wěn)定性進行有效提高。對于目前我國很多省份公路邊坡防護中廣泛采用的坡腳矮擋墻或護面墻工程，正在逐漸由易于綠化的防護工程替代，有效提高了綠色公路的品質(zhì)，使路容更加美觀。近年來，隨著錨固工程技術(shù)的進步和公路向復(fù)雜山區(qū)的不斷延伸，邊坡?lián)鯄Ψ雷o工程中的錨桿擋墻或錨索擋墻等輕型工程結(jié)構(gòu)逐漸開始應(yīng)用，且比重不斷得到提高。其主要應(yīng)用于大截面抗滑擋墻施工不利于邊坡安全，或邊坡下滑力較大難以采用抗滑擋墻進行支擋時，采用厚約30cm的鋼筋砼面板或截面為30~50cm的肋板作為錨桿或錨索的反力結(jié)構(gòu)，利用錨桿或錨索的錨固力對欠穩(wěn)定邊坡進行加固。這種輕型支擋結(jié)構(gòu)，特別適用于既有擋墻病害的加固，以及地形地貌高陡、地震烈度高的地區(qū)。其能有效利用既有擋墻，減少工程報廢而提高了工程的環(huán)保性，工程施工便捷，對邊坡的穩(wěn)定性影響很小，能有效的適應(yīng)地形地貌和提高工程的抗震性能，這是今后邊坡防護工程的一個重要發(fā)展方向。2.2.4、邊坡剛性棚洞或明洞防護工程 高大的人工邊坡或自然斜坡中存在多級的邊坡變形時，采用原位主動防護往往會形成較大的工程規(guī)?；蜉^大的施工難度，故常在線路路基處設(shè)置剛性棚洞或明洞對邊坡病害進行被動防護。這在高陡峽谷地段公路邊坡病害防治中有著較為廣泛的應(yīng)用。由于其施工方便，安全可靠，大大節(jié)省了工程造價，取得了良好的工程應(yīng)用效果。2.3、坡體和山體防護工程 坡體和山體病害主要分高邊坡和滑坡病害兩類，是公路的建設(shè)、運營中的最大危害之一，甚至造成較大的社會影響和社會財富的浪費，需要調(diào)動較大的人力、物力、財力進行處治，歷來是公路病害防治的重點。坡體和山體工程防護以穩(wěn)定性分析為依據(jù)，而穩(wěn)定性分析遵循“定性分析為基礎(chǔ)，定量分析為手段”的原則。即合理坡體穩(wěn)定性的定性分析是進行定量分析的前提，有效的坡體穩(wěn)定性定量分析，是進行高邊坡和滑坡工程防治的依據(jù)，兩者相輔相存，互相驗證，是坡體和山體穩(wěn)定性分析的兩大支柱。坡體和山體工程處治往往規(guī)模較大，往往需要采用錨桿、錨索、抗滑樁、錨索抗滑樁、微型樁、抗滑擋墻、抗滑棚洞和抗滑明洞、反壓減重等多種措施進行組合加固，必要時進行線路繞避。由于坡體和山體病害的復(fù)雜性，工程處治時需全過程貫徹“動態(tài)設(shè)計，信息化施工”的原則，以求針對性的對病害進行處治。高邊坡是指邊坡高度大于20m的土質(zhì)和類土質(zhì)邊坡（含人工填土），或高度大于30m的巖質(zhì)邊坡。高邊坡是利用地質(zhì)體改造的人工邊坡，其穩(wěn)定性取決于自然斜坡的穩(wěn)定性、地質(zhì)條件和人為改造的程度。高邊坡防治主要采取“預(yù)加固和補償加固”，貫徹“固腳強腰、分級加固”的原則，兼顧坡體的整體穩(wěn)定性和邊坡的局部穩(wěn)定性，盡可能減小工程活動對坡體形成擾動。依據(jù)高邊坡的特點，其防護工程多采用錨桿、錨索、抗滑樁、錨索抗滑樁等多種措施進行組合加固，或采用調(diào)整線路平縱面以減小高邊坡高度的工程處治措施。其主要加固工程組合類型有以下4種，如圖3。對于錨索工程，四川省基本上采用普通拉力型錨索，而對于各種形式的分散型錨索，為確保工程質(zhì)量而甚少使用。需要注意的是在高邊坡防護工程中，由于錨索施工質(zhì)量問題造成錨索工程的占比近年來有所降低，而全粘接錨桿工程應(yīng)用比例逐年有所提升，且錨桿長度越來越長，甚至達到了30m以上，這不符合邊坡工程的“預(yù)加固”原則，也不利于現(xiàn)場施工，這是今后高邊坡防護工程中需要注意和改進的地方。
圖3 高邊坡工程防護示意圖 2.3.2、滑坡防護治工程 滑坡的工程防治貫徹正確識別滑坡，防止漏判、錯判的原則；正確認識滑坡誘發(fā)因子，合理確定防治方案的原則；以防為主，以治為輔，綜合治理的原則；工程措施安全、經(jīng)濟的原則；抓住重點，分期治理的原則；治早、治小的原則；工程措施合理可行的原則；動態(tài)設(shè)計，信息化施工的原則；臨時工程與永久工程相結(jié)合的原則；滿足特定施工要求的原則和環(huán)保的原則。 依據(jù)滑坡的特點，防護工程多采用錨索、抗滑樁、錨索抗滑樁、微型樁、抗滑擋墻等多種加固組合，如圖4，以及采用隧道下穿、橋梁跨越，減重反壓和繞避等多種形式的工程防護措施。
從2014年起，四川省人工挖矩形抗滑樁工程逐漸開始向機械成孔圓形樁開始過渡，且占比逐年提高，使四川省的抗滑樁應(yīng)用技術(shù)走在國內(nèi)前列。但由于圓形抗滑樁抗彎能力明顯較矩形抗滑樁弱，故自2017年起，四川省仁沐新高速公路開始應(yīng)用以機械成孔為主的矩形抗滑樁，施做的近千根機械成孔矩形抗滑樁大大提高了抗滑樁的使用性能，取得了良好的工程效果。2.4、排水工程 對公路斜坡而言，巖土體結(jié)構(gòu)的變化是相對緩慢的，而水文地質(zhì)的變化卻是相對快速的。由于降雨、地下水滲流等作用會在短期內(nèi)造成邊坡滲流場發(fā)生變化，當邊坡的應(yīng)力場無法協(xié)調(diào)滲流場的變化時將會導(dǎo)致斜坡的平衡被打破，則最終導(dǎo)致坡面、邊坡、坡體或山體病害的發(fā)生。如每年春融和雨季期間，都是公路斜坡病害的高發(fā)期，就正說明了水對公路斜坡的穩(wěn)定性有著直接的影響。水對邊坡的影響作用主要表現(xiàn)為水對巖土體的軟化、潛蝕，增大巖土體重量，產(chǎn)生動水壓力或靜水壓力。所謂“治坡先治水”，正是水對邊坡影響力的真實寫照。重視地下水和地表水的疏排，是保證公路邊坡穩(wěn)定的重要因素。公路排水工程是一個完整的系統(tǒng)，在工程防治中如果水的作用處理的好，就會大大提高斜坡的自身穩(wěn)定性，大大降低防護工程的規(guī)模。目前四川省公路工程防護中主要采用塹頂截水溝、平臺截水溝、路基邊溝、邊坡急流槽和仰斜排水孔、截水盲溝和滲水盲溝等排水工程措施。1）坡面植物防護工程與公路斜坡的巖土體性質(zhì)、坡率、加固工程的結(jié)合有待進一步加強。以進一步降低坡面防護成本，提高綠化植物的成活率和減小現(xiàn)場施工難度較大。如主要應(yīng)用于巖質(zhì)、陡坡率綠化防護的噴混植生應(yīng)用于土質(zhì)或類土質(zhì)緩坡率邊坡，坡面綠化掛網(wǎng)多懸掛于框架梁面上的不合理現(xiàn)象需進一步改善。2）抗滑樁、擋墻等大圬工防護工程的應(yīng)用比例相對較高，需進一步結(jié)合錨桿、錨索等輕型防護工程的應(yīng)用進行優(yōu)化，以有效提升邊坡防護工程的經(jīng)濟性和環(huán)保性。3）需進一步加強路基排水工程的設(shè)置，加強“治坡先治水”的理念貫徹，以改善工程處治措施偏重于工程支擋或工程加固的現(xiàn)狀。如邊坡滲溝、支撐滲溝、集水井、截水隧洞等排水工程的應(yīng)用偏少，這不但提高了公路斜坡防護工程的成本，也不利于公路斜坡的長期穩(wěn)定。4）公路斜坡的作為巖土工程的重要組成，要求技術(shù)人員應(yīng)具有豐富的工程結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)知識。隨著我國公路向山區(qū)的不斷延伸，對路基專業(yè)人員的技術(shù)要求提出了更高的標準。5）對國內(nèi)外成熟的工程防護技術(shù)引進、消化較慢，技術(shù)創(chuàng)新程度還需進一步提高。如國內(nèi)已廣泛采用土工格柵邊坡綠化、十字梁錨固工程、鋼錨管框架、精軋螺紋鋼預(yù)應(yīng)力錨桿、自嵌式擋墻、內(nèi)錨式錨索抗滑樁、錨索二次注漿、軟式或硬式透水管等技術(shù)的應(yīng)用還近于空白，這是我國公路斜坡防護工程中需要加強應(yīng)用的一個方向。
|
