吴婷婷

(长沙市望城区城市发展集团有限公司，湖南 长沙 410200)

1 引 言

进入“十四五”开局之年，公路的建设由城市向自然地质条件较差的山区沿伸。路堑边坡的修建改变了岩土体原有应力状态，降低了边坡的稳定性，在山区地表水的影响下，坡面容易产生径流，导致坡面岩土遭到冲刷，造成边坡失稳，还会威胁人们的生命财产安全。路堤边坡填筑完成后，在重力以及车辆荷载的长期作用下，会出现路基整体沉降以及局部沉降的现象；在水的影响下，路堤边坡稳定性也会降低，出现路基滑动或者边坡滑塌。因此对路基边坡稳定性影响因素以及加固技术进行研究，依托实际工程，对现有的路基边坡加固技术提出优化变得十分重要[1,2]。

2 路基边坡病害及其影响因素

2.1 路堤边坡

在道路修建过程中，路堤边坡的病害主要有路堤整体沉降、路堤边坡的失稳。路堤边坡病害主要有以下几个影响因素。

(1)道路所在的地区地质条件较差，原基础强度较低。特别是在泥沼、黄土地区填筑路堤，如果填筑前未对原基础采取相关措施进行加固处理，在路堤填筑完成后，原路基在填料重力的作用下产生较大的沉降。

(2)水文气候环境。在自然条件较差的地区修建道路时，路堤稳定性会受到水文气候环境的影响。在年降雨量较大、冻土等地区修建的路堤会产生不均匀沉降的现象。

(3)路堤填料质量。路堤填料的质量也会很大程度上影响路堤的稳定性，路堤填料中的有机质土、黄土、膨胀性土等劣质土的含量过高会导致路堤在雨水作用下产生局部沉降。

(4)路堤施工质量。路堤边坡的稳定性很大程度上取决于路堤的施工质量。在路堤施工中，填料压实度不足、排水不通畅都会造成路堤边坡的病害。

2.2 路堑边坡

路堑边坡是指道路修建过程中挖方形成的边坡，在自然环境等因素的影响下边坡内部岩体抗剪强度降低，路堑边坡常出现滑坡等病害。路堑边坡病害主要有以下几个影响因素。

(1)路堑边坡的几何形态。路堑边坡几何形态是指边坡高度、边坡坡度。路堑边坡的几何形态对边坡稳定性的影响很大，当路堑边坡的高度和坡度较大时，容易出现边坡失稳现象。路堑边坡的稳定性也受到坡面形状的影响，凸形边坡比凹形边坡更可能发生滑坡。

(2)地层岩性。不同的地层岩体由于其矿物组成不同，会导致其物理性质和力学强度也大不相同。对于一些岩石，其质地坚硬，抗剪强度大，抵御雨水侵蚀的能力较强，由其形成的边坡稳定性较好。

(3)路堑边坡内部岩体结构。岩质路堑边坡内部结构面之间的联通程度和发育程度都会影响路堑边坡的稳定性。同时，路堑边坡内部结构面的倾向也会对边坡稳定性产生影响。另外，岩质边坡内部结构面的存在也为地下水的活动提供了便利，为路堑边坡失稳提供了条件。

(4)地质构造影响。路堑边坡稳定性也受到岩体地质构造的影响，边坡内部岩体的褶皱往往会引起边坡滑塌，具有反向倾斜结构的边坡稳定性较好。另外，岩体节理裂隙的发育会使岩质边坡的完整性降低，导致边坡发生滑坡崩塌等灾害。

(5)其他外在因素影响。根据相关研究，水以及人类工程活动都是路堑边坡稳定性的重要影响因素。含有CO2等气体的水会与岩体发生化学作用，对岩体产生侵蚀，降低岩体的抗剪能力。另外，人类不恰当的工程活动也会对边坡稳定性产生不良影响。

3 路基边坡加固技术研究

路基边坡的加固是指通过工程手段对存在失稳风险的路基边坡进行处理，以提高公路行车安全以及舒适性的方法。路基边坡的加固类型一般分为辅助加固和主体加固技术[3]。

3.1 路基边坡主体加固技术

路基边坡主体加固技术是指通过技术手段增强路基边坡主体力学参数，降低边坡失稳的可能。路基边坡常用的加固技术主有以下几种。

(1)换填法。换填法是指在实际工程中将天然地基上部一定范围内的软弱土置换成为砂、砾石、矿渣等强度较大、压缩性较小的材料。对于路堤边坡来说，其稳定性受到路堤填料以及原路基强度的影响，采用换填法对原有软弱地基进行处理，提高了填筑后路堤边坡的稳定性，且换填法施工难度较小，经济性较高。

(2)固化剂处理。固化剂处理是指将水泥、粉煤灰、石膏等掺入路基填筑材料，改善路基填料力学参数的一种加固技术。采用固化剂处理的路堤填料进行路堤边坡的修筑，增强了路堤边坡的抗剪强度以及抵御水损害的能力，降低了路堤边坡失稳的风险。

(3)锚固处理。路堑边坡加固技术中，锚固处理是指将金属杆件打入边坡破碎岩体内部，通过混凝土砂浆将边坡破碎岩体与内部稳定岩体粘结为一体的加固技术。锚固处理采用金属杆改善了岩体的抗拉能力差的问题，对于节理裂隙发育的路堑边坡具有很好的加固效果[4]。

(4)抗滑桩加固。抗滑桩是指穿过边坡滑体深入滑床的结构物。工程中，抗滑桩通过抵抗滑坡体的滑动，防止边坡的滑动失稳，在路堑边坡加固中应用广泛[5]。

(5)格构加固。格构加固是指将锚杆或锚索与格构梁结合形成加固技术。格构加固通过格构梁与锚杆将边坡松动岩体的下滑力分散传递到岩体内部，锚杆与锚索还可以增强岩体的抗剪强度。在坡度较大、有落石风险的路堑边坡的加固中应用较为广泛[6]。

(6)生态加固。边坡生态加固是指在边坡上种植植被并与岩土技术相结合形成的一种边坡加固技术。采用生态加固技术对路堑边坡进行加固有助于节约水资源、减缓水土流失，还可以提高行车舒适性，具有良好的综合效益[7]。

3.2 路基边坡辅助加固技术

当路堤边坡高度较高且可能受到道路排水冲刷时，如果不设置边坡辅助加固设施，边坡在水流的冲刷下很容易发生破坏。常用的路基边坡辅助加固设施主要有截水沟和坡内排水沟。

截水沟是指在边坡上部设置的防止地表径流进入坡体的边坡加固辅助设施，对于可能受到水流冲刷的路堤边坡，应当在道路边缘设置截水沟，防止路堤边坡的冲刷破坏。

坡内排水沟是指在边坡内设置的排水沟，破内排水沟能够将路面径流或截水沟汇集的水流快速排出坡体，防止边坡产生破坏。

4 工程实例研究

4.1 项目概况

该路堑边坡坡高20 m，坡度为1∶1.5。地质调查表明，该处边坡地层主要由风化砂岩组成，由于受到降雨侵蚀的影响，该边坡出现了局部掉落碎石现象，并有滑坡风险。因此需要对该边坡进行稳定性评价和加固，以保证该路段的安全运行。综合考虑经济成本，加固效果，该治理工程采用抗滑桩对边坡进行加固，抗滑桩桩径0.8 m，距离坡脚20 m，桩间距为5 m沿边坡水平方向等间距布置。

4.2 数值模拟

通过Abaqus建立有限元模型对上述工程进行分析计算。模型宽度为60 m，左侧高度为15 m，右侧高度为35 m。模型左右两侧约束条件为水平约束，底部约束条件为垂直约束。

(1)抗滑桩加固机理研究

对采用抗滑桩加固的边坡进行了数值计算，得到边坡位移和等效塑性应变。

可以看出，抗滑桩设置后，与未加固前相比，路基内部的位移生了变化，抗滑桩下方位移较大，边坡下滑力大幅度减小。路基的等效塑性应变在抗滑桩的作用分布更加均匀。路基整体处于安全状态，表明设置抗滑桩可以显著提高路堑边坡的整体稳定性。

(2)抗滑桩加固设计优化

在桩的其他参数不变的情况下，对不同长度的抗滑桩加固情况进行了模拟。通过计算不同长度抗滑桩加固时边坡稳定系数、边坡最大位移的值评价抗滑桩的加固效果，对实际工程中抗滑桩的设计进行优化。

图1为不同长度抗滑桩加固时边坡最大位移规律图。当边坡未进行抗滑桩加固时，边坡最大位移为8.254 cm。当抗滑桩长度为22 m时，边坡最大位移量为5.443 cm，比未进行加固的边坡减小了36.15%的位移量。当抗滑桩长度为24 m时，边坡最大位移量为4.223 cm，减小了22.41%的位移量。当抗滑桩长度为26 m时，边坡最大位移量为3.321 cm， 减小了21.36%的位移量。当抗滑桩长度为28 m时，边坡最大位移量为2.761 cm，边坡减小了16.86%的位移量。当抗滑桩长度为30 m时，边坡最大位移量为2.621 cm，边坡减小了5.07%的位移量。根据计算结果，抗滑桩对边坡最大位移具有良好的控制效果。当抗滑桩长度为28 m时，随着桩长增加，边坡最大位移减小幅度逐渐下降。因此，抗滑桩长度为28 m时，抗滑桩对路堑边坡的位移控制效果最好。

图1 边坡最大位移随变化规律

图2为不同长度的抗滑桩对边坡稳定系数影响规律图。从图2可知，边坡稳定系数会随着抗滑桩长度的增加而增加，但是该曲线的斜率随着桩长增加逐渐减小，当桩长超为28 m时，曲线趋于平缓。这表明，如果此时单纯增加抗滑桩长度，边坡稳定系数不会有特别大的提高。

图2 边坡稳定系数变化规律

综上所述，通过对不同长度抗滑桩加固下的边坡最大位移量控制以及边坡稳定性进行评价，将抗滑桩长度设置为28 m的加固效果最好。

5 结 论

路基边坡的稳定对公路后期运营的安全十分重要。通过对影响路基边坡稳定性的因素以及常用加固措施进行了研究。主要得到以下结论。

(1)在路基边坡稳定性影响因素中，路堤边坡的稳定性受到路基填料质量以及路基施工质量影响；路堑边坡稳定性受到边坡几何形态、地质条件的影响较大。路基边坡的加固技术根据加固机理不同可以分为边坡主体加固技术和边坡辅助加固技术。

(2)采用抗滑桩对边坡进行处理后，抗滑桩下部边坡位移减小，边坡下滑力减小。抗滑桩也使得路堑边坡内部等效塑性应变的分布更加均匀，增强了边坡的稳定性。

(3)通过对不同长度抗滑桩的加固效果计算得出，增加桩长可以减小路堑边坡最大位移量，提高边坡稳定系数。但是当桩长超过28 m时，抗滑桩对边坡的加固效果呈下降趋势，在实际工程中考虑到施工成本应当对抗滑桩长度进行优化。