路基边坡养护技术研究.pdf
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1、总651期2023年第21期(7月 下)0 引言我国部分高速公路工程建成时间较早,经过多年运营后,其路基边坡病害日益加重,对行车安全构成一定威胁。常见的路基边坡坡体结构包括块状体、基座式、层状式等坡体结构,受雨水冲刷、长期风化等外界因素影响,易出现落石、崩塌、倾倒、滑坡等病害,影响公路正常通行。因此,需针对路基边坡可能发生的病害采取养护,最大程度避免病害发生。1 工程概况某公路工程设计速度为80 km/h,在K2+960路段设路基高边坡,宽为 89.2 m,高为 28 m,深为 48 m,坡比为11.5。高边坡为土质路堑,工程所在地常年降水量较大,高边坡受雨水冲刷影响易发生滑坡。路基边坡设有单
2、排抗滑桩,抗滑桩为混凝土灌注桩,桩径1.5m,桩长26 m,桩间距6 m。公路建成通车多年后,抗滑桩出现明显裂缝,存在断裂、滑坡病害风险,需采取有效的养护措施,达到加固抗滑桩的目的。在K12+100路段设路基高边坡,边坡较陡,分布节理裂缝发育的岩石坡面,受持续风化的影响,易出现崩塌病害,需采用高边坡锚杆防护技术进行养护。在K50+350路段设路基高边坡,边坡表面有多个体积较大的岩石,受外力作用易发生落石病害,需采用SNS柔性防护网进行养护。2 路基边坡病害的养护技术2.1 抗滑桩养护技术本工程对K2+960路段的路基高边坡进行抗滑桩养护,利用有限元分析软件分析已建抗滑桩的受力情况,制定养护方案
3、。2.1.1 抗滑桩破坏因素1)桩体间距。抗滑桩之间的距离过大,减弱土拱效应,使桩与桩之间的土被挤出。2)桩身嵌埋深度。抗滑桩嵌入岩土体深度未达到桩体锚固力的要求,在边坡结构发生变化的情况下造成抗滑桩被推倒1。3)桩顶约束强度。抗滑桩布置不合理,滑坡体可能会越过桩顶滑落到路面。4)桩体直径。抗滑桩直径过小,导致桩体最大弯矩处发生拉断现象,当发生滑坡时无法阻挡土体滑动。2.1.2 抗滑桩有限元受力分析在路基边坡加固中,为避免因抗滑桩从裂缝处断裂发生滑坡病害,需采用ABAQUS有限元分析软件模拟路基边坡抗滑桩的受力情况,预测引起边坡病害的原因,为制定边坡病害养护方案提供依据。1)参数设定。在有限元
4、分析软件中输入路基边坡几何尺寸,采用M-C屈服准则和CPE4划分网格,划分技术采用Sweep,形成Quad四边形,共有1 664个节点,1 575个单元。在边界条件Boundary Condition中设置U1=U2=0,表示底部约束竖向位移与水平位移,左右两侧水平位移设置为UI=0。利用reduce对强度折减进行分析,预测滑坡水平位移和强度折减系数等因素影响下的抗滑桩极限安全系数。2)抗滑桩桩径受力分析。本工程采用混凝土灌注桩作为抗滑桩,桩间距为6 m,桩长为28 m,设桩径分别为 1.0、1.5、2.0、2.5 m 时,材料计算参数为=24kN/m,E=1.21010Pa,v=0.20,建
5、立抗滑桩有限元模型。选取不同的计算区域,形成单元网络,利用有限元分析软件生成2.0 m桩径下滑坡的PEMAG与位移图、桩径的应力和位移合力图、不同桩径的弯矩图以及28m桩长下不同桩径的边坡安全系数图。根据模型图可知,随着抗滑桩桩径的增加,其桩身弯矩剪力也会随之增加,滑坡安全系数随之增大;在桩径不断增加的情况下,间距随之减小,其防护效果与挡土墙的防护效果相似,边坡稳定系数趋于稳定。当抗滑桩极限安全系数接近于路基边坡安全系数时,收稿日期:2023-05-12作者简介:刘杰(1982),男,高级工程师,从事公路施工及日常养护工作。路基边坡养护技术研究刘杰(唐山市交通运输局公路管理站,河北 唐山 06
6、3000)摘要:以某公路工程为依托,分析路基边坡病害的养护技术。研究结果表明,路基边坡常见病害为滑坡、崩塌和落石,通过采用抗滑桩技术、高边坡锚杆防护技术以及SNS柔性防护网技术,能够实现对边坡的养护,提高路基边坡稳定性。关键词:路基边坡;边坡养护;抗滑桩中图分类号:U416.1文献标识码:B94交通世界TRANSPOWORLD即表明可能发生边坡滑坡病害。为避免病害发生,需在养护工程中适当增加抗滑桩的桩径2。3)抗滑桩嵌入深度分析。设桩径为2.0 m,间距为6.0 m,桩位距离坡趾的水平距离和坡面线水平投影长度的比值k为0.4,采用有限元分析软件中模式搜索法确定滑动面的具体位置,在坡面位置下方1
7、2 m。模拟抗滑桩嵌入稳定硬质土层的深度,分别为6、8、10 m,观察抗滑桩在桩顶自由且桩体受到剪力、弯矩作用下的横向位移变化,分析抗滑桩的受力机理,计算滑坡稳定系数。抗滑桩的最大弯矩出现在受滑坡推力作用与滑动破坏面保持一定距离的土层深部,当桩体嵌入土层达到一定深度后,最大弯矩为10 000 kNm,在达到一定深度后继续增加嵌入土层深度,最大弯矩并不会明显增大。但对滑动面以下的剪力而言,嵌入土层深度越高,剪力会明显增大。由此验证,不适合采用无限制增加桩体嵌入土层深度来加固路基边坡。当抗滑桩嵌入土层深度增加时,桩体横向位移会随之减小,当嵌入土层达到一定深度后,桩体水平位移变化不明显。根据相关技术
8、规范规定,抗滑桩嵌固到土层中的深度为滑体厚度的0.51.0倍。在路基边坡病害预防中,可对嵌入土层深度不足的抗滑桩适当加大嵌固深度,延缓桩体破坏,避免发生滑坡。4)抗滑桩不同桩位布设分析。利用有限元分析软件模拟抗滑桩布设位置,k取值0.1、0.3、0.6,抗滑桩的桩间距为6.0 m,桩径为2.0 m,桩长28 m,借助模型计算出不同桩顶约束和桩位设置条件下的滑坡稳定安全系数。根据有限元分析软件生成的滑坡等效塑性区二维图可知,当k为0.1时,桩后土体会越过桩顶,引发土体滑动,但桩体不发生水平位移;当k为1.0时,桩后土体还是会从桩顶滑落;当k为0.3时,抗滑桩周围土体形成塑性区,可防止土体从桩顶滑
9、落。由此表明,抗滑桩桩顶布设过高或过低,都可能发生土体滑坡,出现局部失稳。根据模型分析结果显示,抗滑桩预防滑坡效果最为明显的合理布设区间为k在0.350.55之间。最优的布桩位置能够对边坡治理产生显著影响,在抗滑桩养护中,要考虑施工场地、附加荷载等影响因素,合理确定抗滑桩布设位置。本工程已建抗滑桩,无法对抗滑桩的桩位重新布设,现有的养护方法只能通过减小滑坡推力以避免发生土体滑坡,具体方法包括刷坡、削坡、挂网、种植植被。5)抗滑桩不同桩顶约束分析。利用有限元分析软件模拟抗滑桩桩顶的约束条件,在不同约束条件下,抗滑桩桩体产生横向位移3。采用Combine函数功能设定各项参数,桩径2.0 m,桩间距
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