老集高速公路邊坡防護(hù)的多樣性工程實(shí)踐

老集高速公路邊坡防護(hù)的多樣性工程實(shí)踐 作者：張聞達(dá) 摘要： 在內(nèi)蒙古老集高速公路邊坡防護(hù)工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，針對(duì)邊坡破壞的機(jī)理、形式，闡述了邊坡防護(hù)的多樣性、重要性。 隨著公路等級(jí)和高等級(jí)公路服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，路基邊坡防護(hù)日漸引起公路部門的高度重視。由于高速公路線形標(biāo)準(zhǔn)高，路基高填深挖現(xiàn)象普遍，路基邊坡安全顯得至關(guān)重要。而路塹與路基構(gòu)成上部空間圍合關(guān)系，對(duì)行車視線影響較大，同時(shí)影響行車舒適和交通安全，故公路路塹邊坡景觀的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)路域邊坡景觀的影響尤為突出。邊坡綜合防護(hù)設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，其主要目的是保 護(hù)路基邊坡表面免受雨水沖刷，防止和延緩巖土表面的風(fēng)化、破碎、剝蝕，保護(hù)路基的整體穩(wěn)定，誘導(dǎo)司機(jī)視線，改善景觀。 1 路基邊坡穩(wěn)定影響因素 路基是公路的主要組成部分，路基邊坡質(zhì)量好壞直接影響到路基穩(wěn)定和使用質(zhì)量。邊坡本身的穩(wěn)定性不夠，隨著時(shí)間的推移，邊坡發(fā)生徐變變形而最終失穩(wěn)，形成整體或局部滑坡破壞。另一方面，因邊坡坡面常年暴露于自然環(huán)境中，承受自然條件影響，其中水的沖刷滲入作用尤為明顯。由于水流對(duì)邊坡侵蝕、浸潤(rùn)，使邊坡土體顆粒間抗剪能力減小而導(dǎo)致邊坡土體失穩(wěn)。巖土的成因類型、組成成分、巖土結(jié) 構(gòu)和強(qiáng)度等是決定邊坡穩(wěn)定性的重要因素。由堅(jiān)硬、礦物穩(wěn)定、抗風(fēng)化性好、強(qiáng)度較高的巖土構(gòu)成的邊坡，其穩(wěn)定性一般較好，反之較差。此外，巖體的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面性狀及其與坡面的關(guān)系也是巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定的控制因素。水的滲入使土體質(zhì)量增大，巖土因被軟化而抗剪強(qiáng)度降低，并使孔隙水壓力升高；地下水的滲流將對(duì)巖體產(chǎn)生動(dòng)水力，水位升高將產(chǎn)生浮托力；地表水對(duì)岸坡的侵蝕使其失去側(cè)向或底部支撐等，這些都對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。 風(fēng)化作用使巖土體裂隙增多、擴(kuò)大，透水性增加，抗剪強(qiáng)度降低。地形地貌也有比較重要影響，臨空面的存在以及邊坡高度 、坡度等都是直接與邊坡穩(wěn)定有關(guān)的因素。此外，地震使邊坡巖土體的剪應(yīng)力增大、抗剪強(qiáng)度降低。需要指出，開挖邊坡使坡體內(nèi)巖土的初始應(yīng)力狀態(tài)改變，坡腳附近出現(xiàn)剪應(yīng)力集中帶，坡頂和坡面一些部位可能出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)；在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，開挖邊坡使巖土中殘余構(gòu)造應(yīng)力釋放，可直接引起邊坡變形破壞。邊坡穩(wěn)定的人為因素也不可忽視，邊坡不合理設(shè)計(jì)、開挖或加載，大量施工用水的滲入及爆破擾動(dòng)等都能造成邊坡失穩(wěn)。 2 邊坡沖刷作用 坡面沖刷過(guò)程包括降雨濺蝕和徑流沖刷引起土顆粒分離、泥沙轉(zhuǎn)移和沉積三大過(guò)程。濺蝕作用主要表現(xiàn)在三方面： 雨滴直接沖擊土體表面，使土粒分散、破壞、遷移，土體結(jié)構(gòu)遭破壞，為后續(xù)的徑流搬運(yùn)提供了豐富的松散顆粒； 雨滴直接沖擊徑流，引起徑流紊動(dòng)，增加徑流的動(dòng)能，可使徑流挾砂能力大大提高； 雨滴長(zhǎng)時(shí)間的擊濺，會(huì)產(chǎn)生大量泥漿細(xì)粒物填塞土體孔隙，從而降低土體的滲透性，雨滴落地后轉(zhuǎn)化為徑流，增大了濺蝕與坡面徑流聯(lián)合侵蝕作用，加劇了坡面沖刷。 在降雨過(guò)程中，當(dāng)降雨強(qiáng)度超過(guò)土壤地表入滲強(qiáng)度后，坡面開始產(chǎn)生徑流。徑流的作用之一就是對(duì)坡面上被雨滴濺擊或水流分離出來(lái)的孤立土粒進(jìn)行搬運(yùn)。由于徑流 水流相對(duì)集中，摩阻力減小，坡度大，重力作用明顯，流速較大，水流的攜沙能力明顯增強(qiáng)，一些大的土粒土塊都有可能攜帶下去而不易沉積。 3 老集高速公路邊坡防護(hù)工程實(shí)踐 老集高速公路起于蒙冀分界的老爺廟，終于內(nèi)蒙古烏蘭察布市集寧區(qū)南。該地區(qū)屬典型的大陸性氣候。氣候干燥，風(fēng)天較多，降水量少且集中于 6、 7、 8三個(gè)月。暴雨多，蒸發(fā)量大，晝夜溫差大，屬季節(jié)性冰凍地區(qū)。路線范圍內(nèi)地形較為平緩。路線主要分布在波狀丘陵、玄武巖臺(tái)地及山間盆地、溝谷洼地之上，沿線主要地層為陸相碎屑巖、玄武巖及第四紀(jì)砂土、粉土等，含水 量小，密實(shí)度較好。地下水位較低，一般埋深 5 10 m。根據(jù)上述氣候、水文、地質(zhì)情況，老集高速公路采用了多種邊坡防護(hù)形式。 護(hù)面墻。 挖方路塹的邊坡防護(hù)方案主要是漿砌片石護(hù)面墻。該方案能防止巖土風(fēng)化，防止水分滲入，所需材料是片石、砂漿，易做到就地取材，工程造價(jià)低，方便施工。在公路防護(hù)中大量采用。 植被防護(hù)。 公路建設(shè)不可避免地要對(duì)道路通過(guò)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)為改變地形地貌、破壞植物群落、降低生物多樣性、影響局部氣候、增加水土流失的危險(xiǎn)性等，如 不實(shí)施保護(hù)措施，不僅公路自身的 設(shè)施安全和行車安全得不到保障，還將對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不利影響。因此，路域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與重建，將成為今后公路工程中不可缺少的重要內(nèi)容。植物防護(hù)已逐漸成為未來(lái)公路防護(hù)發(fā)展的主要方向和指導(dǎo)思想。植被防護(hù)是隨著時(shí)代的進(jìn)步而產(chǎn)生的一種防護(hù)形式，采用植被防護(hù)是保護(hù)公路環(huán)境的最佳方案。利用植被根系與土的緊密結(jié)合，使地表層土壤形成不同深度的、牢固的穩(wěn)定層，極大地減緩了坡面徑流水對(duì)邊坡的沖刷，對(duì)邊坡具有很強(qiáng)的加固作用。同時(shí)可降低公路對(duì)自然環(huán)境的破壞，使公路與大自然和諧的融合在一起。老集高速公路 K274+140-K292+980段挖方較多，挖方邊坡以土質(zhì)為主，在邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用的主要護(hù)坡方案是：邊坡下一定高度內(nèi)仍然做護(hù)面墻，其上剩余部分采用植草防護(hù)。技術(shù)要點(diǎn)是先在坡面錨固金屬網(wǎng)，然后噴附基質(zhì)。選擇的草種是適合本地區(qū)生長(zhǎng)的蒙古冰草、無(wú)芒雀麥、紫花苜蓿、草木樨、檸條。這些草種大都有地下莖，根系發(fā)達(dá) (人土深度 1 5 m)，耐干旱，生長(zhǎng)迅速，蔓延力強(qiáng)，能與土壤牢固結(jié)合，有效保持水土，護(hù)坡效果突出。達(dá)到了快速覆蓋、牢固邊坡、群落穩(wěn)定、景觀優(yōu)美、無(wú)需養(yǎng)護(hù)的邊坡生態(tài)恢復(fù)目的。除此以外，植被防護(hù)還能有效降低噪音，改善行車環(huán)境，使 人仿佛行駛在風(fēng)景秀麗天然綠色的長(zhǎng)廊里，體現(xiàn)以人為本的人文關(guān)懷。雖然植物防護(hù)的造價(jià)較高，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)水平的提高，其造價(jià)會(huì)日趨合理；另外隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，植被防護(hù)的造價(jià)也會(huì)進(jìn)入可承受的范圍。 砼預(yù)制六棱空心磚植草。 空心磚本身可以防止坡面水沖刷形成沖溝，減緩水流速度，植草可利用根系與土的結(jié)合穩(wěn)定邊坡坡面土體，技術(shù)上可行。空心磚預(yù)制簡(jiǎn)單，鋪設(shè)快，工期縮短。同時(shí)改善生態(tài)環(huán)境，美化路容。即可應(yīng)用于填方路堤防護(hù)，也可用于挖方路塹邊坡。如 K316+600 K316+760等段落內(nèi)的挖方邊 坡原設(shè)計(jì)為護(hù)面墻防護(hù)，后經(jīng)過(guò)分析比較，認(rèn)為空心磚植草防護(hù)能夠達(dá)到防護(hù)目的，工期短，路容好，采用了該方案防護(hù)。此護(hù)坡形式應(yīng)成為公路邊坡防護(hù)的主要形式之一。 拱形骨架內(nèi)植草防護(hù)。 老集高速公路大部分填方路基邊坡采用混凝土預(yù)制塊拱形骨架防護(hù)，其防護(hù)功能強(qiáng)，成本低，工期短。隨著工程進(jìn)行，設(shè)計(jì)不斷完善，邊坡防護(hù)也不斷發(fā)展、創(chuàng)新。起點(diǎn)處 K273+680-K274+030段挖方路塹設(shè)計(jì)了拱形窗式護(hù)坡即是大膽的嘗試和創(chuàng)新。效果十分明顯。 錨桿護(hù)面墻與掛網(wǎng)噴錨。 K323+800m-K324+800m段邊坡巖層出露較為破碎，節(jié)理發(fā)育，局部出現(xiàn)滑塌。 K323+930K324+110段一級(jí)邊坡布置 C25鋼筋混凝土錨索地梁，二級(jí)邊坡布置 400 m等厚護(hù)面墻，護(hù)面墻上布置錨桿，錨桿水平、垂直方向間距 3 m，呈梅花型布置，錨桿長(zhǎng)度 9m，傾角 25。三、四級(jí)護(hù)面墻只設(shè)護(hù)面墻不設(shè)錨桿。 K324+110 K324+190段一級(jí)邊坡設(shè) 400 mm 護(hù)面墻配錨桿，二級(jí)以上只設(shè)護(hù)面墻不設(shè)錨桿。 K324+190 K324+740段一級(jí)邊坡設(shè)錨索地梁，二級(jí)、三級(jí)設(shè)護(hù)面墻配錨桿，四級(jí)以上采用掛網(wǎng)噴錨防護(hù)。護(hù) 面墻后面設(shè)錨桿可以使護(hù)面墻與山體緊密的結(jié)合在一起防止巖體滑塌，雖然其固坡能力不如錨索地梁，但在地質(zhì)條件允許的條件下更經(jīng)濟(jì)。掛網(wǎng)噴錨的錨桿長(zhǎng) 5 m錨固在長(zhǎng) 9 m的孔中，孔內(nèi)用水泥砂漿灌注。坡體噴射 C15混凝土。第一次噴 50 mm，待混凝土形成一定強(qiáng)度后掛 8鋼筋網(wǎng)，焊接鋼筋網(wǎng)與錨桿后再噴 50 mm 混凝土。掛網(wǎng)噴錨可以封閉巖土體表面的節(jié)理、裂隙，提高節(jié)理裂隙間的粘結(jié)力；防止巖面風(fēng)化、剝落、松動(dòng)、掉塊等的產(chǎn)生；在邊坡表面形成整體，與巖體組成 “整體結(jié)構(gòu) ”共同作用。 矮墻。 在起點(diǎn)處砌筑 1 2 m 矮墻，不再設(shè)置護(hù)面墻。在矮墻上設(shè)置城墻垛口，表面用料石鑲面。這樣既降低工程造價(jià)又可以防止碎落物進(jìn)人路面，且可引導(dǎo)