典型公路路基与边坡预加固技术研究

邓兴伟

摘要 随着成渝经济圈的基础建设和经济水平的快速发展，公路的建设里程也不断增多。在公路设计施工过程中，各类边坡稳定度不足问题日益频发，导致公路建设中出现许多相关技术问题。文章对路基病害及边坡预加固技术进行了研究，通过优化预加固技术适宜性选择，结合工程实例进行分析。结果表明，路基和边坡预加固技术对路基的保护至关重要，采用板肋式锚杆挡土墙，稳定性系数Kms为1.65，各方向位移处于?1.0～26.7 mm的范围内，即该方案能够有效减少公路路基与防护边坡的损坏。

关键词 公路路基；边坡预加固技术；板肋式锚杆挡土墙；位移监测

中图分类号 U416.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0135-03

0 引言

路基是公路施工建设过程中最重要的一部分，路基的工程质量直接关系到公路的整体施工质量和建设周期，对工程造价也会产生较大影响，从而影响到公路的使用寿命[1]。此外，公路路基边坡防护的好坏，也是延长公路通行寿命的关键要素之一[2]。因此，在公路路基设计和施工过程中，综合多方面的相关影响因素，预先考虑路基的边坡防护预加固技术，可以大幅度降低后期公路维护过程中产生的费用，最大限度地消除公路使用中的安全隐患，从而达到既延长公路寿命，又降低公路运营成本的目的。

在公路设计和施工过程中，容易受到不同环境和人为因素的影响，会导致公路的路基与边坡产生不同程度的病害[3]。在公路病害治理中，一般是紧盯发现的问题并逐项处理，进而消除病害。此类传统的治理模式一般称为被动处治，治理过程中很容易形成灾害－治理－更严重灾害的恶性循环模式，也更容易导致不必要的资金耗费[4]。因此，预加固技术作为一种全新的治理模式就显得更加符合现代公路建设的需求。预加固技术一般是指经过测量与勘测，以及现场试验，然后结合公路建设项目的实际施工情况，计算病害的岩土结构，进而提前做出对相关病害的防治。该文结合实际项目情况，通过研究路基的位移变化，分析了预加固技术形式及其适宜性，为公路路基与边坡预加固技术的进一步深化应用奠定了理论基础。

1 公路路基与边坡预加固技术

1.1 公路路基病害类型与边坡防护形式

目前，公路路基的病害种类较多，导致病害的防治也存在更大困难。公路路基被干扰后，原始地质环境受到破坏，路基与边坡构成的内部应力状态发生改变，加上外界自然条件及人类活动等因素影响，与内部共同作用使路基与边坡进一步发生变化。随着变化的累积和时间的推移，路基可能发生下沉、开裂、滑动和垮塌等危险，边坡可能发生崩塌、坍塌、滑坡和错落等破坏形式。

公路路基边坡防护设计过程中，需要考虑各种对边坡防护产生影响的因素，采取一系列的預防措施，保证边坡防护的稳固性。边坡防护有两种较为常见的形式：一是工程防护，比如石砌护坡、挡土墙防护和锚杆挂网防护等；二是植被防护，比如披草皮防护和自然形成植被防护等。

1.2 边坡预加固技术

1.2.1 边坡类型及加固方法

依据边坡内外结构特点来划分，常见的边坡形式一般可分为3种。其中，松散堆积体边坡滑坡类型主要是由碎块石夹杂黏性土、碎裂岩体等构成，滑动面形状一般为圆弧形。一般情况下，松散堆积体处于相对稳定状态，当边坡的边缘发生被挖掘时会形成较大的架空空间，此时边坡有可能出现下滑情况。另外，顺层岩质边坡滑坡类型的岩层方向与边坡坡向相吻合，这类边坡变形遭到破坏的原因通常与前缘临空状况有密切关联，地下流水对这类滑坡受作用显著。此外，切层岩质边坡滑坡自稳性差，稳定性与地下水紧密相关，其变形经常造成崩塌或蠕滑拉裂型滑坡。

在以上各种滑坡类型中，松散堆积体边坡滑坡主要运用的加固方法有特殊加固法和直接加固法，或者两者叠加使用。结合对工程实际情况和边坡地质条件的分析，该文发现有三种最可行的加固处置方案，即锚索和锚杆与注浆相叠加的方案、抗滑桩方案以及抗滑桩与锚索、锚杆相叠加的方案。顺层岩质边坡滑坡加固方法应采用直接加固法。通过计算分析后发现不稳定的边坡可分为两种加固方案：一是预应力锚索结合的坡面防护和部分重力式支挡结构方案；二是锚杆、锚索相结合的坡面防护和部分重力式支挡方案。切层岩质边坡滑坡根据实际地质环境条件，可采用锚杆和挂网喷射砂浆相叠加方案以及锚杆加预应力锚索叠加坡面防护方案两种方案进行加固处理。

1.2.2 边坡加固技术设计原则

在边坡工程设计时，必须进行相关的设计验算。首先，设计时需要对支护结构强度进行计算，包括锚杆抗拉，立柱、挡板的抗折、抗压等均应满足相应规范要求。其次，当边坡位于滑坡地段或有滑动危险时，应核算边坡工程支护结构整体的稳定性。此外，在设计锚杆挡墙时，需对挡墙和立柱基础的地基承载力进行核算。最后，如果对边坡的变形要求很高时，应对边坡的移动形变程度进行分析。

1.3 边坡预加固技术的适宜性

根据预加固技术适宜性评价结果，结合工程实际，该文将预加固技术适宜性分为完全适宜、适宜、较适宜、不完全适宜和不适宜五个等级。其中，完全适宜的情况表示采用的预加固技术经济状况好，对路基和边坡的变形起到了有效的约束作用，减轻了路基和边坡的病害，对公路周围环境非常友好，通行状况和安全性不受到影响。而适宜的情况是表示采用的预加固技术工程效益较好，对路基和边坡的变形起到了较好的约束作用，可以适当减轻路基和边坡病害，对公路周围环境友好，通行状况和安全性影响较小。此外，较适宜的情况表示采用的预加固技术工程效益一般，对路基和边坡的变形能起到约束作用，对公路周围环境较友好，对通行状况和安全性有较小影响。对于不完全适宜的情况，则说明采用的预加固技术工程效益较差，对路基和边坡的变形有部分约束作用，但效果不理想，需增加其他预加固手段才能实现治理目标。最后，不适宜的情况是说明采用的预加固技术工程效益差，对约束路基和边坡的变形无效，需采取其他工程手段才能达到预加固目标。

2 预加固技术在工程中的应用

2.1 工程概况

重庆市某公路工程项目地处山区，查阅滑坡所在区的勘测资料，发现这儿属溶蚀侵蚀地貌，地势总体北高南低，其中K32500段边坡在施工过程中已通过结构加固，但实际效果不理想，加上连日降雨，在雨水冲刷作用下，边坡出现失衡状况。现场勘察发现，滑坡在目前仍处于迟缓变形中，滑坡区位于河谷地带，土层多为疏松砂土、人工填土、砂砾黏土等。

2.2 边坡稳定性计算

根据该路段边坡破坏种类，将工程实际和实验室试验相结合来确定适当的计算数据，对边坡进行稳定性计算，计算结果见表1。结果表明，该段边坡稳定性较低，尤其在雨量集中的情况下边坡的安全系数会进一步减小，使得边坡在雨季更易出现病害，因此需采取适当的加固措施。

2.3 边坡加固设计

2.3.1 方案比对

结合边坡现状，从安全性、便捷性、工程量等方面考虑，计划选择板肋式锚杆挡土墙（方案1）和锚杆格子梁（方案2）两种方式中的一种，两种方案比对见表2。

方案1：采用板肋式锚杆挡土墙对边坡进行加固，开挖土堆与其他加固方式比，工程量小，在造价上优势明显。

方案2：锚杆格子梁施工技术成熟，但需开挖较多土堆，导致工程成本提高，对边坡有较大的干扰。

从表2可以看出：板肋式锚杆挡土墙与锚杆格子梁比，在施工效率和投资上有较大优势。经过对两种加固方案的比较，确定采用板肋式锚杆挡土墙进行边坡预加固。方案1断面示意图见图1。

2.3.2 结构计算

计算墙背土压力时，需要按照库伦主动土压力的相关计算方法来进行计算，具体计算过程见公式（1）：

式中，Ea——库伦主动土压力；γ——土的重度；H——計算出的土层高度；Ka——库伦主动土压力的系数；m——安全系数，一般取值范围在1.20～1.40之间。

计算锚杆的长度以及截面积时，可按圆柱形水泥压浆锚杆截面积来计算，采用的计算过程见公式（2）（3）：

式中，La——锚固段长度；Lf——锚杆自由端长度；Km——锚固安全系数，此处取值为1.5；Nt——土层锚杆轴向的拉力；dm——锚固段直径的大小，取值为钻头直径的1.2倍；τ——锚固体与土层两者之间剪切强度的大小。

按上述相关方法计算，同时结合该项目的实际情况，分析相关数据后，可以得到锚杆的设计参数见表3：

2.3.3 挡土板设计

挡土板采用标号为C30的预制或现场浇筑钢筋混凝土结构，其中单块挡土板尺寸为长度3.0 m×厚度0.45 m

×高度1.1 m。此外，在一根肋柱上，相邻预制挡土板的间距一般在0.1～0.12 m之间，或者采用现浇挡土板。基底挡土板底部设置强度为C20的混凝土进行基座的找平，其截面大小为1.1 m×1.1 m，埋深要求≥1 m。

2.3.4 稳定性检验

在所选方案中，对稳定性的要求是确定板肋式锚杆挡土墙锚杆总长度的主要因素，因此需要对挡土墙进行稳定性检验。该检验常采用克兰茨法理论分析其稳定性[5]。当系统整体处于平衡状态时，可采用作图法进行相关数据的分析和验证，即根据多边形应用力求出锚杆所能承受的最大拉力Tmax和相对应的水平分力Thmax。在这种情况下，采用锚杆所能承受的最大水平分力Thmax与锚杆的设计轴向水平力N的比值对系统的稳定性系数Kms的大小进行表示。具体见公式（4）：

2.4 加固效果分析

按照板肋式锚杆挡土墙的设计方案，在完成该项目公路路基边坡滑坡加固后，为了进一步分析方案的加固效果，采用了实时监测系统对边坡的位移数据及变形情况进行了9 d的连续监测。其中，Δx表示监测部位的东西方向发生的位移，Δy表示监测部位南北方向发生的位移，Δz则表示监测部位纵向所发生的位移。通过分析图2监测部位不同方向的位移变化情况可知，在东西方向上发生的位移区间为?1.0～26.7 mm，在南北方向上发生的位移区间为?0.8～13.0 mm，而在纵向所发生的位移中，位移的区间为?1.0～18.7 mm。

由此可知，监测部位的位移较大的方向主要集中在东西方向上，其次是纵向位移的变化幅度，而南北方向的位移量变化较小，但检测部位整体的位移量变化位于?1.0～26.7 mm之间，表明完成板肋式锚杆挡土墙施工后，支护结构较为稳定，滑坡治理效果较好。

3 结语

通过公路路基与边坡预加固技术方式及适宜性的分析研究，结合重庆地区某工程边坡加固案例的设计验算以及监测部位的位移数据分析，可以得出以下结论：

（1）公路路基与边坡预加固技术方案能够有效地保护公路路基，确保其稳定性。在进行公路路基设计时，以自然地貌与周边环境为基础，依据工程整体性要求，选择板肋式锚杆挡土墙边坡预加固技术，其稳定性系数Kms约为1.65，能够有效地保障公路路基与边坡的稳定性。

（2）对监测部位不同方向的位移进行分析，板肋式锚杆挡土墙在东西方向上的位移相对较大，在纵向的位移量最小，其位移量变化区间在?1.0～26.7 mm之间，表明该挡土墙可减少对防护边坡的破坏，同时起到很好的边坡加固作用。

参考文献

[1]苟栋元. 典型公路路基与边坡预加固技术研究[D]. 重庆：重庆交通大学， 2014.

[2]赵望胜. 重庆三峡地区易滑地层边坡合理坡形及预加固技术研究[D]. 重庆：重庆交通大学， 2012.

[3]苟栋元， 李海平. 板肋式锚杆挡土墙在岩质路堑边坡预加固中的应用[J]. 公路与汽运， 2013（6）： 4-7.

[4]王震宇， 孟陆波. 山区高速公路岩质高边坡加固设计[J]. 中国水运， 2010（7）： 12-15.

[5]王龙飞. 硬质高陡边坡抗滑桩预加固重力式挡墙公路路基施工研究[C]//2014全国公路养护技术学术年会论文集路面卷， 2015.