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            公路邊坡常見支護方法簡介

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            作者:付超

            目前,我國山區高速公路建設迅猛發展。在高等級公路的修建中,出現大量的深挖路塹與高填路堤邊坡,其防護問題非常突出。為了滿足安全可靠和經濟合理雙重目標,對高邊坡病害特征的深入分析和對其治理工程方案的慎重選擇顯得十分重要。

            公路邊坡沿公路分布的范圍廣,對自然環境的破壞范圍大,如果在防護的同時,能夠注意保護環境和創造環境,采用適當的綠化防護方法來進行,則會使公路具有安全、舒適、美觀、與環境相協調等特點,也將會產生可觀的經濟效益、社會效益和生態效益。

            邊坡設計應遵循“安全綠色、水土保持、恢復自然、環保之路”的設計原則。

            對公路邊坡進行防護,必須考慮以下問題:①邊坡穩定:保護路基邊坡表面免受雨水沖刷,減緩溫差與溫度變化的影響,防止和延緩軟巖土表面的風化、破碎、剝蝕演變過程,從而保護路基的整體穩定性。②環境保護:使工程對環境的擾亂程度減少到最小,并謀求人工構造物與自然環境相協調。③綜合效應:綜合防光,防眩,防煙,誘導司機視線,改善景觀等目的進行邊坡綠化防護,充分發揮防護工程的綜合效益。

            1工程防護

            1.1 抹面與捶面[1]

            1.1.1適用條件:

            ①對各種易于風化的軟巖層(如泥質砂巖、頁巖、千枚巖、泥質板巖等)邊坡,當巖層風化不甚嚴重時;

            ②所防護的邊坡,本身必須是穩定的,但其坡面形狀、陡度及平順性不受限制;

            ③所防護的邊坡,必須是干燥、無地下水的巖質邊坡。

            1.1.2構造要求:

            ①抹面厚度一般為5~7cm,捶面厚度為10~15cm,一般為等厚截面。

            ②抹面與捶面工程的周邊與未防護坡面銜接處,應嚴格封閉。如在其邊坡頂部做截水溝,溝底與溝邊也要做抹面或捶面防護。

            ③大面積抹面或捶面時,每隔5~10m應設伸縮縫。

            1.2 灌漿與勾縫[1]

            灌漿適用于石質堅硬、不易風化、巖層內部節理發育,但裂縫寬度較小的巖質路塹邊坡。

            勾縫適用于石質較堅硬、不易風化、張開節理不甚發育,且節理縫較大較深的巖石路塹邊坡上。

            1.3水泥土護坡

            1.3.1適用條件:

            ①適用于粉土、粉砂、粉質粘土、粘土等填方邊坡。

            ②易受洪水浸淹的路基填方邊坡。

            ③可用于鹽漬土地區。

            1.3.2構造要求:水泥土護坡厚度一般為10~20cm。水泥摻量一般為8%~15%,具體摻量施工時根據現場試驗確定。

            1.4 護面墻[1]

            1.4.1適用條件:

            ①多用于易風化的云母巖、綠泥片巖、千枚巖及其它風化嚴重的軟質巖層和較破碎的巖石地段,以防止繼續風化;

            ②所防護的邊坡本身必須是穩固的;

            ③護面墻有實體護面墻、孔窗式護面墻、拱式護面墻和肋式護面墻。實體護面墻適用于一般土質及碎石邊坡;空窗式護面墻用于邊坡緩于1:0.75,孔窗內可采用捶面(坡面干燥時)或干砌片石;拱式護面墻用于邊坡下部巖層較完整,而需要防護上部邊坡者或通過個別軟弱地段時,邊坡巖層較完整且坡度較陡時采用肋式護面墻。

            1.4.2構造要求:

            1)實體護面墻

            ①厚度視墻高而定,一般采用0.4~0.6m,底寬一般等于頂寬加H/10~H/20;單級護墻的高度一般不超過15m,多級護墻的總高度一般不超過30m。

            ②沿墻身長度每隔10m設置一道2cm的伸縮縫,縫內用瀝青麻筋填塞。在泄水孔后用碎石和砂做成反濾層,以排除墻后排水。

            ③修筑護面墻前,對所有的邊坡清除風化層至新鮮巖層,對風化迅速的巖質(如云母巖、綠泥片巖等)邊坡,清挖出新鮮巖面后,應立即修筑護面墻。

            ④頂部應用原土夯填,以免水流沖刷。

            2)孔窗式護面墻

            孔窗式護面墻的窗孔通常為半圓拱形,高2.5~3.5m,寬2~3m,半徑1~1.5m。其基礎、厚度、伸縮縫等與實體護面墻相同,窗孔內視具體情況,采用干砌片石、植草或捶面。

            3)拱式護面墻

            拱跨較小時(2~3m),拱圈可采用10#水泥砂漿砌片石,拱高視邊坡下面完整巖層高度而定,拱跨較大時,可采用砼拱圈。

            1.5 噴漿或噴射混凝土防護[1]

            1.5.1適用條件:

            ①適用于巖性較差、強度較底、易風化或堅硬巖層風化破碎、節理發育、其表層風化剝落的巖質邊坡;

            ②當巖質邊坡因風化剝落和節理切割而導致大面積碎落,以及局部小型坍塌、落石時,可采用局部加固處理后,進行大面積噴漿(噴射混凝土)。

            ③對于上部巖層風化破碎下部巖層堅硬完整的高大路塹邊坡;

            ④不能承受山體壓力,邊坡須是穩定的。

            1.5.2構造要求:

            ①噴漿厚度不宜小于1.5~2cm,噴射混凝土的厚度以3~5cm為宜。

            ②為防止坡面水的沖刷,沿噴漿(噴射混凝土)坡面頂緣外側設置一條小型截水溝。

            ③漿體兩側鑿槽嵌入巖層內。

            1.6 噴錨防護[2]

            1.6.1適用條件:

            凡易于噴漿(噴射混凝土)防護的巖質邊坡,當巖層風化破碎嚴重、節理發育,在破碎巖層較厚的情況下,如果繼續風化,將導致墜石或小型崩塌,從而影響整個邊坡的穩定性。它具有較高的強度,較好的抗裂性能,能使坡面內一定深度內的破碎巖層得以加強,并能承受少量的破碎體所產生的側壓力。

            1.6.2構造要求:

            ①為防止坡面水的沖刷,沿噴漿(噴射混凝土)坡面頂緣外側設置一條小型截水溝。

            ②錨固深度視邊坡巖層的破碎程度及破碎層的厚度而定,用1:3的水泥沙漿固結。

            ③噴漿厚度不小于3cm,噴射混凝土的厚度不小于5cm。

            ④錨桿的類型有樹脂錨桿、全長砂漿錨桿、塑料錨桿、水泥錨桿和縫管錨桿。

            ⑤提高錨桿承載力的措施主要有延長錨固段長度、二次壓漿、采用端頭擴大或多段擴大頭錨桿、重復高壓灌漿和改變錨桿傳力特征的剪力或壓力型錨桿。其中二次壓漿和重復高壓灌漿比較實用有效。

            1.7 土釘墻[3]

            土釘墻是一種較新式的結構物,它主要由“釘”(即錨桿)、混凝土面板(掛網噴射混凝土)、錨板組成。

            1.7.1作用機理

            通過規則排列的錨桿(“釘”)、面板、錨板將邊坡一定范圍內的土體進行原位加固,形成一種復合結構式的墻——土釘墻,墻后土壓力由土釘墻承擔。

            1.7.2適用條件

            主要適用于風化破碎較嚴重的巖石邊坡,也可用于粉土、礫石和砂土邊坡。承受土壓力一般,其最大優點是從上往下逐層開挖土石方并及時對邊坡進行封閉加固,能有效減少邊坡因開挖臨空而帶來的英里釋放,使邊坡保持原來的穩定結構,避免坍塌。

            1.7.3構造要求:

            施工程序為:成孔-清孔-置筋-注漿-噴射第一層細石混凝土-裝掛鋼絲網-噴射第二層細石混凝土;

            第一層細石混凝土厚7~10cm,第二層細石混凝土厚8cm。

            1.8 預應力錨索梁[4]

            預應力錨索梁是最近幾年發展起來的一種新型加固措施。結構分為錨索和錨梁兩部分。

            1.8.1作用機理

            把破碎松散巖層組合連接成整體,并錨固在地層深部穩固的巖體上,通過施加預應力,使錨索長度范圍內的軟弱巖體(層)擠壓密實,提高巖層層面間的正壓力和摩阻力,阻止開裂松散巖體位移,從而達到加固邊坡的目的。這種方法的最大特點是:可保持既有坡面狀態下深入坡體內部進行大范圍加固;預先主動對邊坡松散巖層施加正壓力,起到擠密鎖固作用;同時,錨索孔高壓注漿,漿液充填裂隙和孔隙,又可提高破碎巖體的強度和整體性;結構簡單、工期短、造價低廉。

            1.8.2適用條件

            裂隙和斷層發育、防緩邊坡工作量巨大的高陡邊坡。

            3.構造要求:

            ①錨梁:錨梁為鋼筋混凝土梁,采用C30混凝土澆注,它不僅為預應力錨索提供反力裝置,而且也對邊坡巖土有著框箍和壓緊作用。

            ②錨梁的施工順序為:防線挖槽—綁扎鋼筋—支模—澆注混凝土。

            ③錨梁與錨索交叉部位預留塑料套管,便于錨索從中間穿過;在錨頭部位預埋承壓鋼板,并與錨梁澆注成整體。

            ④預應力錨索施工程序為:放點鉆孔—編制鋼絞線—注漿—張拉鎖定。

            ⑤可與噴射混凝土或框格護坡相結合。

            2植物防護

            2.1 種草

            2.1.1適用條件

            邊坡穩定、坡面沖刷輕微的路堤或路塹邊坡,一般要求邊坡坡度不陡于1:1,邊坡坡面水徑流速度不超過0.6m/s,長期浸水邊坡不適用。

            2.1.2種植方式

            根據施工方法不同,有以下幾種方式:

            1)種子撒播法:適用于邊坡土質較軟,厚度在25mm以下的沙性土,23mm以下的粘性土,以及邊坡緩于1:1的情況。

            2)噴播法:適用于礫間有砂的礫質土,或厚度在25mm以下的砂質土,厚度在23mm以下的粘性土、亞粘土土坡,或當厚度在25mm以上的硬質土時,在常降暴雨地區,則與鋪席工程并用。

            3)客土噴播法[5]:客土噴播技術是一種改善邊坡植生環境,促進植物生長,從而在普通條件下無法綠化或綠化效果差的邊坡上實現立體綠化、恢復自然植被的新技術。客土噴播法具有廣泛的適應性,土質或巖質邊坡都適用。

            4)點穴、挖溝法 

            方法:點穴法是在邊坡上用鉆具挖掘直徑5~8cm、深10~15cm的洞,每平方米約8~12個,將固體肥料等防入,用土、砂等將洞埋住后,再種種子。挖溝法是在邊坡大致按水平間隔50cm左右,挖掘10~15cm深的溝,放入肥料后,撒播種子。

            適用于:公路兩側的綠化用地立地條件較差的情況,如硬質土或花崗巖風化砂土挖方邊坡。     

            2.2 鋪草皮

            2.2.1適用條件

            各種土質邊坡,特別是坡面沖刷比較嚴重、邊坡較陡(可達60°),徑流速度達0.6m/s時。

            2.2.2鋪草皮的方式

            平鋪、水平疊鋪、垂直坡面或與坡面成一半破腳的傾斜疊置,以及采用片石等鋪砌成方格或拱形邊框、方格內鋪草皮等。

            2.3 植樹

            適用于:各種土質邊坡和風化極嚴重的巖石邊坡,邊坡坡度不陡于1:1.5,在路基邊坡和漫水河灘上種植植物,對于加固路基與防護河岸收到良好的效果。可以降低水流速,種在河灘上可促使泥沙淤積,防止水流直接沖刷路堤。植樹最好與植草相結合。高等級公路邊坡上嚴禁種喬木。

            3 柔性支護

            3.1 三維植被網[6]

            三維植被網又稱防侵蝕網,以熱塑樹脂為原料。結構分為上下兩層,上層為一個經雙面拉伸的高模量基礎層,強度足以防止植被網的變形,并能有效防止水土流失,下層是一層彈性的、規則的、凹凸不平的網包組成。

            3.1.1作用機理:

            三維植被網是由多層塑料凹凸網和高強度平網復合而成的立體網結構。面層外觀凹凸不平。材質疏松柔韌,留有90%以上的空間可填充土壤及沙粒,將草籽及表層土壤牢牢護在立體網中間。

            3.1.2特點

            固土效果極好。實驗證明:在草皮形成之前,當坡度為45度時,三維植被網的固土阻滯率高達97.5%。即使坡面角達到90°時,三維植被網仍可保留阻滯住60%的土壤。

            抗沖刷能力強。三維網墊及植物根系可起到淺層加筋的作用,這種復合體系具有及強的抗沖刷能力,能夠達到有效防護邊坡的目的。

            網墊原材料采用聚乙烯,無毒且化學性質穩定可靠,埋在地下壽命可達50年以上,即使暴露在陽光下壽命也長達10多年。

            草種采用混合草種,生長成坪快;抗逆性強、耐貧瘠、耐粗放式管理等。

            3.1.3適用條件

            設計穩定的土質和巖質邊坡,特別是土質貧瘠的邊坡和土石混填的邊坡可以起到固土防沖并改善植草質量的良好效果。

            3.2 鋼繩網主動防護[9]

            通過錨桿和支撐繩以固定方式將鋼繩網蓋在坡面上。

            作用機理為通過固定在錨桿或支撐繩上并施以一定預張拉的鋼繩網,以及在用作風化剝落、溜塌或坍落防護中抑制細小顆粒、灑落或土體流失時鋪以金屬網或土工格柵,對整個邊坡形成連續支撐。其預張拉作業使系統緊貼坡面形成了局部巖坡或土體移動或發生細小位移后將其裹縛于原位附近的預應力,從而實現其主動防護的功能。其系統作用原理類似噴錨支護等層面防護體系。然其柔性特征能使系統將局部體中下滑力向四周均勻傳遞以充分發揮整個系統的防護能力,從而使系統能承受較大的下滑力,同時它與三維植被網一樣與植物配套實現植物防護,使植物根系的固土作用與坡面防護系統結為一體,實現最佳邊坡防護和環保。

            3.3鋼繩網被動防護

            該方法是一種能攔截和堆存落石的柔性攔石網,由鋼繩網、固定系統、減壓環和鋼柱四部分組成。

            3.3.1.適用條件

            巖體交互發育、坡面整體性差,有巖崩可能的高路塹邊坡。

            3.3.2作用機理

            當落石沖擊攔石網時,其沖擊力通過網的柔性得以首先消散,并將剩余荷載從沖擊點向繩網系統周邊逐級加載,最終傳到錨固基巖和地層,且由錨桿及其基礎承受的最終剩余荷載以達很小的程度。              

            4綜合防護

            4.1巖質邊坡綠化噴播技術[8]

            綠化噴播技術,其核心是在巖質坡面營造一個既能讓植物生長發育而種植基質又不被沖刷的多孔穩定結構。它利用特制噴混機械將土壤、肥料、有機質、保水材料、植物種子、水泥等混合干料加水后噴射到巖面上,由于水泥的粘結作用,上述混合物可在巖石表面形成一層具有連續空隙的硬化體。一定程度的硬化使種植免遭沖蝕,而空隙內填有種子、土壤、保水材料等,空隙既是種植基質的填充空間,又是植物根系的生長空間。

            4.1.1適用條件

            不僅適用于所有開挖后的巖體邊坡,而且對于巖堆、軟巖、碎裂巖、散體巖、極酸性土巖以及擋土墻、護面墻、混凝土結構邊坡等不宜綠化的惡劣環境。

             4.1.2施工方法

            修整邊坡

            在高速公路邊坡支護工程中,坡面比較平整,一般只需清除表面雜物即可。如有非常凹凸的地方須進行處理。

            錨桿、掛網

            先在坡面上打孔,然后將機編網開卷鋪掛在坡面上,再用錨桿或錨釘固定。對于坡度較小(>1:1)、巖體結構穩定的邊坡,或已做拱架的陡坡,可不掛網,面向巖面直接噴射混合好的材料。

            噴混

            材料按比例混合后利用特制噴混機械將混合物加水及PH緩沖劑后噴射到巖面上。噴射分兩次進行,首先噴射不含種子的混合料,噴射厚度7~8cm,緊接著第二次噴射含有種子的混合料,噴射厚度2~3cm。噴射混合材料平均厚度10cm,變幅為3~15cm。

            覆蓋

            可在噴射后覆蓋無紡布、草簾、遮蔭網、稻草等保濕及防止雨水沖刷。

            養護

            噴播后如未下雨則需每天澆水保持土壤濕潤。一般7天左右發芽,一個月成坪,兩個月覆蓋率達90%以上,成坪后可逐漸減少澆水次數。

            4.2框格護坡

            4.2.1適用條件:

            風化較嚴重的巖質邊坡和坡面穩定的較高土質邊坡。

            4.2.2框格形式選擇

            框格護坡可選用菱形框格、六邊形框格、主從式框格等

            3.構造要求:

            ①框格內植草,通常采用借土噴播法或植草皮等方法。

                 框格形式主要有正方形、菱形、拱形、主肋加斜向橫肋或波浪形橫肋以及幾種幾何圖形組合等形式,框格及橫肋寬0.4~0.6m,主肋寬一般1m左右,框格間距2.5~3.5m。

                    應根據情況設置固定樁或錨固筋固定。

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