红砂岩公路边坡柔性支护技术研究——以常祁高速公路为例.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2023年 8月Aug 2023第5卷 第8期Vol.5 No.80引言在我国，红砂岩约占陆地总面积的 8.63%，不均匀分布于各省地区，是工程建设特别是公路、铁路建设常遇的特殊岩土体1。红砂岩属易风化软岩，抗风化能力弱，大量红砂岩在开挖后暴露于大气环境，风化程度增加会导致岩石结构形式改变，空隙率增大，进而发生不同程度的破碎崩解，粒径逐渐减小，极易造成路基边坡不稳定，因此在实际工程中需要对红砂岩公路边坡进行加固处理2。本文以湖南省常（宁）-祁（东）高速公路边坡防护为例，研究了红砂岩公路边坡柔性支护技术措施。1概述1.1 试验段选取常祁高速是湖南“七纵九横”高速公路网规划中华容-常宁高速公路的南段，也是茶陵-常宁高速公路的西段，起于祁东县归阳镇，顺接娄衡高速公路，终于常宁市蓬塘乡，接京港澳复线高速公路。高速公路主线全长 32.123 km，双向 4 车道，设计速度 100 km/h。结合前期调研成果，选取常祁高速沿线典型边坡类型进行稳定性分析，具体路段为高陡边坡K0+457K0+580段与K13+500K13+623段、常规边坡K15+365K15+495段、填挖交界边坡K17+240K17+370段和K32+460K32+580段。收稿日期：2023-03-30作者简介：刘奇（1981），男，湖南常德人，本科，高级工程师，研究方向：路基路面工程。红砂岩公路边坡柔性支护技术研究以常祁高速公路为例刘 奇，刘 军，程 毕，易卫锋（湖南路桥建设集团有限责任公司，湖南 长沙 410011）摘 要：红砂岩具有易风化、易崩解的工程特性，为保证红砂岩路基边坡的稳定性，以常（宁）-祁（东）高速公路边坡为研究对象，开展柔性支护技术研究。采用 ABAQUS 软件建立边坡模型，分析常祁高速公路边坡未防护时的边坡稳定性，并结合经济与景观效应，设计公路边坡柔性支护方案，研究常祁高速公路边坡柔性支护前后边坡稳定性的变化。研究结果表明，常规边坡适合采用植生袋柔性防护，高陡边坡适合采用放缓坡比+植生袋柔性防护，填挖交界边坡适合采用加筋挡土墙+灌草植物防护，期望该研究成果可为其他红砂岩公路边坡柔性防护提供技术支撑。关键词：红砂岩；公路边坡；柔性支护；数值模拟中图分类号：U412.1文献标识码：A文章编号：2096-6903(2023)08-0016-03智能建筑与设计施工1.2 气象特征常祁高速所在地区为夏季高温多雨、冬季温和少雨的亚热带气候。试验区内常年均气温 17.9，全年最高气温集中于 6 8 月，月平均最高气温 34.5。全年最低气温集中于 12 2 月，月平均最低气温3.8。年极端气温最高为 41.3（8 月），极端气温最低为-5.9（1 月）。常年均降水量 1 237 mm，月平均最高降水量 194.5 mm，年均相对湿度保持在 76%左右。2常祁高速公路边坡柔性支护方案2.1 公路边坡稳定性基本情况边坡防治措施的采取，应根据边坡稳定性分析和预测、破坏的危险性及风险性的预估确定。正常工况下，根据边坡稳定性分析结果，高速公路边坡分为如表 1 所示的 4 类。设计时边坡应达到稳定状态，对除类边坡外的其余 3 类边坡进行处理3,4。其中，类稳定边坡稳定性好，抗降雨能力强，边坡不会失稳。类基本稳定边坡稳定性较好，抗降雨能力强。在一般降雨或长时间大雨情况下，一般不会失稳，但在长期风化营力作用下，稳定性逐步降低，遇到超常大雨或暴雨可能局部失稳。类欠稳定边坡稳定性较差、抗降雨能力差，在雨季一般降雨条件下不会失稳，但在长时间大雨或暴雨情况下边坡可能失稳。类不稳定的边坡稳定性差、抗降雨能力差，在雨季长时间安全系数1.251.1 1.251 1.1 工况 1 工况 2 工况5 工况 4。工况 3 安全系数最大，其值为 1.445；工况4 安全系数最小，其值为 1.174。在进行边坡防护后，各工况的边坡安全系数均有了明显提升，且排序也变为工况 5 工况 4 工况 1 工况2 工况 3。工况 5 安全系数最大，其值为 2.972；工况刘 奇，刘 军，程 毕，等：红砂岩公路边坡柔性支护技术研究以常祁高速公路为例智能建筑与工程机械 18 第5卷工况编号12345边坡防护方案放缓坡比至 1 1.25+植生袋防护放缓坡比至 1 1.25+植生袋防护植生带防护加筋挡土墙+客土喷播灌草加筋挡土墙+客土喷播灌草表 4 常祁高速公路边坡柔性支护方案表 5 各工况边坡防护后的边坡安全系数表工况编号边坡防护方案原安全系数防护后安全系数稳定性提升幅度/%1放缓坡比至 1 1.25+植生袋防护1.3262.45385.02放缓坡比至 1 1.25+植生袋防护1.2662.23176.23植生袋防护1.4452.16549.94加筋挡土墙+客土喷播灌草1.1632.868146.65加筋挡土墙+客土喷播灌草1.1742.972153.23 安全系数最小，其值为 2.165。各工况边坡安全系数提升幅度由大到小的顺序为：工况 5 工况 4 工况 1 工况 2 工况 3，工况 5 安全系数提升比例最高，为 153.2%。工况 3 安全系数提升比例最低，为 49.9%。其原因为加筋挡土墙是在土体中加入拉筋，利用拉筋和土体的摩擦作用，改善土体的变形条件，提高土体边坡稳定性7。喷播灌草防护主要通过根系与土体间的摩擦作用，将植物根系看作加入土体内的拉筋，与加筋挡土墙作用原理一致8，二者的结合相对于工程防护与植物防护可起到更好的效果。如果仅考虑防护效果，加筋挡土墙+喷播灌草防护对红砂岩边坡的防护效果最好。但如果从多方面考虑选取防护方法，加筋挡土墙虽然施工工艺简单、取材方便、防护效果好，但相对于坡比法、植生袋、喷播灌草而言成本高且不够美观，仅适用于边坡较不稳定的路段。喷播灌草防护属于植物防护的一种，是现阶段高速公路边坡防护中最常用的防护方法，其防护效果好、成本低、可美化环境，可大量运用在高速公路路基边坡防护中。4结束语本文以常祁高速公路为例，综合防护效果、经济、美观等方面考虑，常规边坡适宜采用植生袋柔性防护技术加固。高陡边坡应先放缓坡比，再用植生袋柔性防护技术加固。填挖交界边坡稳定性较差，需增加加固结构，适宜采用加筋挡土墙和灌草植物防护结合。本研究可为其他红砂岩公路边坡柔性防护施工提供技术支撑。参考文献1 王志会.红砂岩路基填筑技术研究D.西安:长安大学,2018.2 胡定,樊忠武,胡毅夫.常吉高速公路红砂岩边坡加固支护方法研究J.湖南交通科技,2016,42(3):10-14.3 周平,李铀,朱长歧,等.高速公路边坡稳定性分类研究J.中南公路工程,2005(1):16-20+24.4 周楷峰,叶军,李博.基于相似性度量的聚类分析在边坡稳定性分级中的应用J.绍兴文理学院学报(自然科学),2018,38(2):65-71.5 杜聪.基于ABAQUS强度折减法的边坡稳定性分析J.交通科学与工程,2018,34(2):31-34+90.6 吕金昕.公路边坡生态防护设计及防护技术分析J.太原城市职业技术学院学报,2020(3):179-181.7 段小健,申梦龙,方存星.山区高速公路高填路基加筋挡土墙施工技术J.交通世界,2022(21):114-116.8 朱琪.灌草混交根系提高高速公路边坡残余抗剪强度研究D.长沙:中南林业科技大学,2018.