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摘要:随着我国经济的快速发展,高速公路建设迅速。锥坡(conicalslope)指的是为保护路基锥坡不受冲刷,在桥涵与路基相接处修筑的锥形护坡,又称锥体护坡。在采用埋置式、桩式、柱式桥台或桥台布置不能完全挡土时,为保护桥台路基的稳定,防止冲刷,应在两侧设置锥坡。横桥方向的坡度应与路基锥坡一致,顺桥向坡度应根据高度、土质情况,结合淹水情况来决定。常见的桥台锥坡病害如锥体塌陷、溜坡裂缝、局部脱落等。这种局部病害的出现,当雨水大量进入锥体后,往往导致整个锥体的破坏,使桥台台身、耳背墙裸露在外,当路基受到的车辆的冲击时,由于没有了锥坡来平衡一部分压力,台身裂缝、耳背墙断裂的情况时有发生。
关键词:桥台锥坡;锥坡放样;稳定性;三维有限元模拟;综合防护
引言
近年来,我国公路建设发展迅速,国家将发展公路交通基本建设作为拉动内需促进经济稳定发展的国策,公路建设对国民经济增长起到了巨大的推动作用,提高了人们的生活质量,但同时对生态环境也造成了一些负面的影响:①公路建设引起岩(土)体移动、变形,增加边坡的不稳定性,诱发边坡失稳;②由于植被和表土损失,易引起坡面土壤侵蚀,水土流失,山体坍滑,河流阻塞,水污染等人为灾害。桥台锥坡是公路边坡在桥台处的延伸,各种边坡治理防护措施在桥台锥坡中也可加以利用,但桥台锥坡又有不同与公路边坡之处,桥台锥坡属于不规则部分椭圆锥或圆锥体,在稳定治理、防护措施和稳定分析方法上都无法直接照搬边坡治理的成功经验,国内外对路基边坡的稳定治理、防护及理论分析方面都有大量的研究,在实际的工程中也积累了许多成功的经验,但对作为路基延伸部分的桥台锥坡稳定防护治理研究不多。
1桥台锥坡
1.1桥台锥坡概述
锥坡指的是为保护台后路基锥坡不受冲刷,在桥涵与路基相接处修筑的锥形护坡,又称锥体护坡,在采用埋置式、桩式、柱式桥台或桥台布置不能完全挡土时,为保护桥台路基的稳定,防止冲刷,应在两侧设置锥坡。横桥方向的坡度应与路基锥坡一致,顺桥向坡度应根据锥坡高度、土质,结合淹水情况和铺砌与否来决定。
1.2桥台锥坡研究的目的及意义
在我国现代化建设的进程中,交通基础建设近年来飞速发展。在现实的公路桥梁建设中,桥台锥坡存在诸多弊病,常见的如锥体塌陷、溜坡裂缝、局部脱落等等。这种局部病害的出现,当雨水大量进入锥体后,往往导致整个锥体的破坏,使桥台台身、耳背墙裸露在外,当路基受到的车辆的冲击时,由于没有了锥坡来平衡一部分压力,台身裂缝、耳背墙断裂的情况时有发生。
2土质锥坡设计及其稳定性研究的现状
随着桥梁设计水平和施工技术的提高,桥梁在公路路线设计中的控制作用越来越小,斜交桥梁在路线中大量出现,因此斜交桥台锥坡病害防治工作越来越引起工程技术人员的关注。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前,人们对锥坡病害的防治研究已从各个方面展开,主要是从设计、施工、填料上进行各种探索,以期找到最优方法。设计上提出锥坡基础采用圆形、椭圆形曲线;施工测设放样上有支距法、纵横等分圆、双点双距图解法、双圆锥投影图解法、切线上测距放样法等等;锥坡材料多用透水性好的砂砾,或为施工方便就地取材,对填料提高压实度,表面加以防水料,以防渗水。植草防护既美观又环保,也是一种很有潜力的锥坡稳定防护方法。
目前土质锥坡的稳定分析主要是从选择合理稳定的锥坡型式和准确的理论分析模型,从而找出最危险的滑裂面以及容易发生局部失稳位置。选定的分析模型应该能够真实反映锥坡滑动的可能性或稳定安全度;最危险滑裂面则应该是符合实际滑动情况的不带任何假定的空间面。
3桥台锥坡设计施工方法的改进
3.1锥坡的设计原则
锥坡设计首先要保证其稳定性;其次要使其在平面线型上与路基和台前溜坡顺滑衔接,从而达到稳定和美观的要求。在实际中路基锥坡和台前溜坡多采用不同的坡度,要顺滑连接路基和台前溜坡两种不同的坡度,在数学曲面中,可考虑椭圆锥型的锥坡较为合适。圆形锥坡可视为椭圆锥坡的一种特例,当椭圆的长短半轴相等时也即成为圆形。
3.2锥坡工程量的计算
目前设计人员计算锥坡工程量时,多近似将锥坡视为一个完整椭圆锥体的一部分,那么全桥四个锥坡的体积就相当于一个椭圆锥体的体积。桥梁两端桥台设计标高常不同,即便同一桥台两侧的锥坡高度也常不等,由此近似计算锥坡体积的误差较大,常造成施工方的作业量与设计图上工程量有较大出入。
3.3锥坡的施工放样
传统锥坡施工放样多采用包络图法,即将“斜椭圆”两半轴分成相同等份,再对等分点进行错位连接,这些连接线的交叉段就构成了锥坡底面曲线。这些传统施工方法施工麻烦,要对两半轴进行足够多等分才能保证曲线顺滑;施工放样前还得先对场地进行整平。
4桥台锥坡放样点坐标及其工程量程序的开发
目前,CAD技术已相当成熟,在建筑、水利、航空航天、电子电器、汽车、造船、机械、轻工、纺织等工程设计领域已广泛应用。从上世纪90年代以来,我国的计算机技术发展迅速,在许多领域都进行了专业性很强CAD二次开发工作,也开发出了许许多多很有实用价值的专业软件。现在各行各业的计算机铺助设计、施工中虽都已有相当完善的大型专业商用软件,但由于其通用性、商业性的限制,很难满足每个单位和个人的具体工作要求,这就需要专业人员掌握一定的编程知识,在应用时要根据各自行业的特点,进行不同程度的二次开发,根据工作的特点编出完全符合用户自己要求的专用软件。由于桥梁工程设计中桥台锥坡坐标及工程量手工计算工作量大,数据转换繁琐复杂且速度较慢容易出错。
5锥坡土体的防护问题
锥坡是用来保护桥台和桥台处路基,其设置需考虑的因素是锥坡自身的稳定和美观。桥台锥坡作为桥梁构造物的附属工程,其工程量较小,一般不足以引起研究工作者及建设人员的重视,常常锥坡设计简单,施工随意。因此,锥坡土体的失稳变形破坏发生的频率较高,这样不但使其保护桥台的作用递减,而且影响了路线美观。通过本章对桥台锥坡土体防护问题的分析,希望能提高大家对锥坡的关注度,减少或避免其病害的发生。
5.1桥台土质锥坡的植被防护
植被防护对增强锥坡的稳定性起着重要的作用,植被既能提高抗冲刷力增加坡体的稳定性,又能恢复生态美化周边环境。在土质坡体上宜选用根系发达、保水性能好的草本来保护坡体。植被防护的生态效益、社会效益和经济效益越来越被看好。一方面能减缓地面水流的冲刷,减小径流量和流速;植被发达的根系可以约束土壤颗粒的流失,还能提高坡体的抗剪强度,加之深根的锚固作用,大大提高了坡体稳定性。另外,植被防护还可以起到净化空气、减少污染、改善环境的功效。植被护坡技术比已往的工程防护更经济可行,我国植物资源丰富,适合不同地域、气候、地质条件的植物种类繁多,因此植被防护的前景十分广阔。
5.2桥台土质锥坡的工程防护
锥坡工程防护是指采用各种工程技术手段来保证坡体的安全稳定的防护方法,采取工程技术对土质锥坡进行防护,具有见效快,迅速保证锥坡稳定、维护费用低等优点。
结语
近年来,采用有限元法对土坡进行稳定性分析取得了较大的进展,但由于实际工程情况的复杂性,以及边坡三维稳定性分析过程烦琐复杂,费时费力,使得目前国内外学者用数值法对边坡的三维稳定性分析理论研究工作较少,尤其是像桥台锥坡这种极不规则的三维形体的研究工作更少。
参考文献:
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[3]李国忠,欧阳湖,臧佰君.锥体护坡施工放样方法剖析[J].黑龙江水利科技,2006,(04):24~25.
论文作者:刘治国
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/12
标签:桥台论文; 路基论文; 锥体论文; 防护论文; 土质论文; 稳定论文; 植被论文; 《防护工程》2018年第16期论文;