杨冬
中国市政工程西南设计研究总院有限公司 四川成都 610000
摘要：深路堑石质边坡是常见的路基形式，与土质边坡相比具有自身显著的特点。采用挂钢丝网喷混凝土并结合植入锚杆的方式是主要的深路堑石质边坡防护方式，该方法由于强度和工作性的特殊性，对混凝土、钢筋的原材料质量和规格、配合比设计以及钢丝网工艺等方面要求很高。岩体表面不能直接种植植物进行景观设计，为了改变工程防护产生的单调视觉，利用坡面稳定的凸起部分砌筑砌体进行微景观设计，并在坡顶布置蓄水池和灌溉系统对微景观植物引入水源。
关键词：深路堑；石质边坡；喷锚防护；微景观；生态公路
0 引言
稳定坚实的路基是公路正常运营、发挥自身作用的关键。公路沿线范围由于线形标准的需要会出现大量的填方路堤、挖方路堑以及填挖结合的情况，当路线进入山区时，深路堑便无法避免，并且会经常遇到石质边坡的情况。相对于填方路堤，这类石质挖方路堑边坡在以合理的坡度开挖后或设置支挡结构后通常自身稳定性较好，不会发生大规模崩塌，但被开挖的岩面遭到自然风化，零碎的落石时常发生，如果落石进入路面便会引发严重的交通拥堵和造成交通事故，对于未设置路灯的公路路段更应该引起重视[1]。因此，通常需要进行专门的防护，石质路堑边坡防护的主要目的是通过圬工的方法对长期经受自然界风化剥蚀的路堑边坡进行清理与防护，以稳固边坡，降低雨季及汛期时的风险，防止边坡松散石块在水的侵蚀和冲刷下发生落石、崩塌，甚至滚入路面范围，从而影响公路的通畅和行人安全。
公路边坡沿路线分布的范围广，对自然环境的破坏范围大，如果在防护的同时，能够注意保护环境和创造环境，采用适当的绿化防护方法来进行，则会使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点，也将会产生可观的经济效益、社会效益和生态效益。边坡设计应尽可能遵循“安全绿色、水土保持、恢复自然、环保之路”的设计原则[2]。
1 深路堑石质边坡特点分析
深路堑石质边坡通常整体稳定性良好，坡脚处距离路侧边沟设置有一定的护坡道。但由于路堑高度较大，边坡坡度较陡，边坡底部原简易喷浆防护材料逐渐劣化，路基大部分暴露在自然环境下，在长期经受雨水和阳光的干湿循环作用下，岩体物理力学性质发生变化，导致表面层强度衰减、松散和剥蚀。根据以往养护资料，在雨季来临暴雨时，由于表面特征，降落在岩石表面的水会以更快的速度冲刷岩体，发生过表层岩石落石甚至崩塌的风险，对交通的连续性造成了严重的干扰和不良的社会影响[3]。
由于石质边坡无法和土质边坡一样在坡面种植绿色植物，所以坡面常常呈现出灰暗的效果，当车辆驶过路堑与桥梁的过渡部位时会出现明显的视觉差，桥面四周自然风光旖旎，视觉畅通，但高陡的深路堑边坡色泽单调，与周边景观极不协调，对驾驶员视觉和心理产生较大冲击，影响驾驶安全。
2 方案比选
为了保证边坡的稳定，除做好路基排水工作外，更重要的是结合当地水文、地质及材料供应等情况，采取有效措施，对边坡进行必要的防护，保护边坡表面免遭雨水冲刷，减缓干湿循环的影响。同时，需要利用边坡特殊地形进行景观设计，一定程度上兼顾协调自然、缓解驾驶员疲劳的作用，体现出“生态公路”的建设理念[4]。
喷射混凝土防护是目前针对石质边坡应用较多的防护形式，根据材料的不同分为喷射素混凝土法和锚杆喷射混凝土法[5]。前者适用于表层易松散的风化岩面，直接将高强度水泥砂浆喷射在岩面上，使坡面易松散的颗粒得以稳固，而后者适用于部分岩石土易产生崩塌的地段，利用钻孔灌浆植入锚杆，将可能产生滑动的岩体固定在山体上，通过锚杆的抗拉、抗剪作用约束不稳定岩体的滑动，同时在锚头上加挂钢丝网，最后喷射混凝土，将松散的岩石固定为一个整体，这种方法可以适应更加恶劣的自然环境以达到彻底根治局部崩塌的目的[6]。
在方案比选时应结合边坡的坡度、高度和雨季时雨水在边坡的径流速度以及路域环境特点，尽量采用强度高、稳定性好以及耐冲刷的挂钢丝网喷射混凝土并植入锚杆的方法进行防护设计[7]。同时可以充分利用边坡坡面起伏的特点，在稳定的凸面平台上通过回填部分种植土进行微景观设计，并在坡顶布设蓄水池，收集自然雨水灌溉景观植物。
3 喷锚防护设计
挂网喷射砼防护采用标号C20及以上的强度，喷砼厚度为8cm，钢丝网采用直径为2mm的镀锌钢丝。为了边坡坡面能被完整的覆盖，适应坡面凹凸变化，尽量将钢丝网细分并贴合紧密，同时也要考虑施工的方便和规格的统一。设计将钢丝网划分为若干个边长为2m×2m的正方形，各个正方形布置18道纵横垂直的镀锌钢丝形成方格网，正方形边缘用直径为8mm的HPB300钢筋框架连接固定，形成整体。钢丝网的交点用隔点式焊接或满扎，钢丝网与锚杆连接时，采用焊接固定。喷射混凝土的材料应有严格要求，根据泵送工艺的要求，混凝土必须同时具备强度高、稳定性好、流动性强的特点，水灰比0.4，砂率45%～55%。配合比应满足：水泥：砂、骨料质量之比为1：2：2～1：2：3，水泥应采用普通硅酸盐水泥，骨料的最大公称粒径应≤10mm，塌落度控制在7～13cm，砂子采用机制中粗砂，细度模数＞2.5，应具备良好的级配，在喷射混凝土前应对坡面风化严重以及松散部分进行彻底清理，尽量保持表面的粗造，以确保足够的黏结力。喷射混凝土分三次进行，初喷厚度约为10mm，待形成一定强度后进行挂钢丝网，待用高压风、水清除表面的浮皮及松渣后，进行第二层喷射，覆盖钢丝网，第三次喷至设计80mm。
为了加固松散岩体，防止钢丝网滑落，每块面积为4m2的正方形钢丝网由一根直径为16mm、长度为2m的锚杆固定，每20m2设置增设一根直径为22mm的加强锚杆，锚杆均采用HRB400热轧带肋钢筋。挂网锚杆钻孔2.2m（孔径5cm），植入岩质边坡2m深，加强锚杆钻孔3.2m（孔径5cm），植入岩质边坡3m深，并在钻孔空隙部分浇灌M20水泥砂浆封闭稳固，增强抗拔力。由于深路堑通常防护方面较大，为了适应圬工结构的热胀冷缩，防止胀缩受到约束后聚集内应力形成不规则裂缝，防护面纵横向每隔10m设置一道伸缩缝，喷射混凝土之前用2cm厚×8cm宽木板填塞，喷完混凝土后，将木板抽出，以便在此薄弱处伸缩释放温度应力。
图1：预制钢丝网和锚杆设计图
4 微景观设计
石质边坡设计以微景观为设计理念，以边坡坡面凸起部分为景观选取地点，为了避免景观设计仍然采用单调的现浇混凝土材料，微景观池部分可采用M30普通混凝土砖进行砌体结构设计。微景观池背靠坡面，四周采用30cm高、厚度12cm的砌体包围，内填充适宜于植物生长的种植土，景观植物选择当地易于生长的灌木。微景观的选取地点要求岩体凸出明显、整体稳固，并根据错落有致、层次分明的原则选取。
为了解决植物灌溉问题，根据当地的降雨强度、频率以及微景观点的位置，在坡顶每隔20~50m布设一处边长为2m×2m的砌体蓄水池，蓄水池内侧利用M15的水泥砂浆进行抹面，厚度3cm，积天然雨水以供灌溉。每处蓄水池布置两处出水口接灌溉系统的主管，为了适应破面崎岖不平的特点，灌溉管采用可弯折、抗晒、抗腐蚀的橡胶滴灌管。灌溉主管内径8mm，壁厚3cm，主管根据实际景观位置在不同的位置接出1分4或1分2的分流接头，分流后支管内径4mm，壁厚2cm，支管末端通过滴灌喷头对植物根系进行灌溉。为了流入微景观池的水在被植物根系吸收后能顺利排出，防止积水过多，在池壁设置直径为2cm的PVC管。
图2：坡面微景观砌体结构设计
6 结语
当公路建设由平原向山区延伸，由于地形地貌、筑路环境，水文地质条件的复杂多变，公路设计中遇到了越来越多的边坡防护问题。针对石质边坡和土质边坡材料构成、灾害发生机理等方面发的差异性，工程上多采用挂钢丝网结合喷射混凝土的方法进行防护，并利用岩质边坡质地坚硬的特点钻孔植入锚杆以固定钢丝网，使得防护层与岩面紧密结合，防止防护整块脱落。公路与自然融为一体是现在进行建设的新思想，单纯的圬工防护会造成景观的单调，使得驾驶员易疲劳，采用适当的景观绿化进行点缀，则会使公路更加具有层次感，达到与自然相互呼应的效果。
参考文献：
[1] JTG D30—2015，公路路基设计规范[S].
[2] 黄晓明.路基路面工程[M]. 第二版.北京：人民交通出版社，2015.
[3] 梁志勇.山区高速公路高填斜坡路堤稳定性研究[J]. 公路工程，2012（6）：85-88.
[4] 陈开圣，方琴，熊岚.路基边坡稳定性评价方法研究[J]. 路基工程，2009（25）：26-27.
[5] 龙绍一，龙曙东.高速公路粉质黏土边坡稳定性数值分析[J]. 湖南交通科技，2012（2）：31-34.
[6] 周桂云.基于强度折减的边坡稳定安全系数有限元迭代解法[J]. 水利水电科技进展，2010，（3）：58-61，94.
[7] 刘明.斜坡路基稳定性分析及处置方案[J]. 公路工程，2013，（5）：180-183，229.
论文作者:杨冬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/10
标签：防护论文; 混凝土论文; 景观论文; 路基论文; 钢丝网论文; 公路论文; 锚杆论文; 《防护工程》2018年第11期论文;