高速公路桥梁墩台处边坡病害探讨

2022-09-11

随着国内交通建设日益发达, 高速公路里程与日俱增同时公路桥梁也越来越多, 在高速公路桥梁尤其是软土地基的高速公路桥梁在运营过程中其墩台边坡经常发生系列病害, 其不仅影响了整个桥梁的安全性甚至会导致对其使用寿命的影响。

1 高速公路桥梁墩台边坡稳定性影响因素

1.1 工程地质特征[1]

地层岩性。墩台边坡地层延性及其组合是构成边坡的物质基础, 并决定着其强度和抗风化性能、遇水是否软化以及在相同构造力的作用下其节理裂隙发育程度等直接影响边坡稳定性能关键因素, 若边坡沿线地质中含强度高、抗风化能力强的岩石较多则边坡稳定性能较好, 若含易风化、遇水软化性质的岩层较多则边坡的稳定性能较差, 若边坡岩层为软硬相间的岩层组合则其构成的边坡稳定性往往由于软岩控制而稳定性也较差。

地质构造。桥梁墩台边坡的地质构造决定了岩层的产状, 其节理裂隙的性质和产状以及发育程度、断层破碎带的性质等, 同时该类因素又决定了边坡的岩体结构。若边坡位于区域断裂构造发育带内则其受构造影响较大, 例如软质岩则收构造影响较为严重, 节理裂隙发育呈碎裂岩散裂状而导致边坡稳定性差, 而紫红色厚层砂岩由于其形成年代较近, 受构造影响较小, 并且其节理裂隙发育程度不高, 一般岩层呈整体状或整体块状结构, 该种情况下边坡稳定性较好。

风化程度。岩体历经时间后的风化象征着岩石受改造的程度及其力学属性存在的差异, 其不仅仅破坏了岩体的完整性, 同时也会导致岩石物质成分发生变化而最终导致其物理力学性质改变, 会直接影响岩体的强度及结构特征最终影响墩台边坡稳定性能。

水文地质。岩层相同但含水率不同的边坡其稳定性能也不同, 由于地下水可以软化岩体, 增大下滑力, 并产生动、静水压力, 该种现象都是导致边坡失稳的诱因, 其对边坡的稳定性非常不利。

1.2 边坡开挖情况

边坡的开挖情况在很大程度上决定着边坡稳定性, 开挖情况包括开挖高度、坡率及支护结构物的形式与规模, 在边坡开挖过程中往往由于抢工期或为了施工方便而将边坡作为施工场地和便道, 往往会严重影响边坡的稳定性, 尤其是在边坡地质情况较好的条件下, 边坡的开挖情况则成为影响其稳定性的决定因素。

1.3 其它

其它影响边坡稳定性能的因素主要有边坡植被的发育情况, 边坡上部荷载情况等, 该种情况在一定程度上也影响着边坡的稳定性。

2 边坡对不同位置的墩台的影响情况[2]

在墩台前后进行边坡开挖导致墩台前出现陡坡, 尤其是地质条件较差的情况下则边坡易坍塌而影响墩台的稳定性。

将墩与台之间的边坡作为施工便道或临时场地而开挖了台前边坡, 尤其是边坡开挖面过陡或过高, 则易影响墩台安全, 若墩台侧面边坡过陡过高的开挖, 尤其是地质条件较差则边坡易坍塌, 则一旦雨季来临很容易沿自然坡面发生溜坍, 冲击桥墩, 并使桥台悬空, 而影响桥墩、桥台及整个桥梁的安全, 亦或导致土方淤积河床、堵塞河道、影响交通运输等。

3 边坡危害防治措施

3.1 挡土墙

挡土墙支护属于刚性支挡结构, 其是利用挡墙与基础之间的摩擦力、墙体材料的抗剪能力以及墙体本身的抗倾覆能力来抵抗边坡的下滑力。该种加固结构具有只能在坡脚或边坡表面实施, 且其高度和宽度一般不会太大, 基础埋深一般较浅等特点, 因此该种方法不适于高陡边坡、滑面位置较高、下滑力较大的边坡, 仅适用于加固滑面在坡脚附近或由散体堆积物构成的边坡。

挡土墙类型分为多种。圬工墙, 由于其抗张能力较差因此今年来只是处于美观原因而少量代表性的使用;混凝土挡土墙。又可以分为有钢筋和无钢筋两种, 其中无钢筋混凝土挡土墙由于规范禁止使用而逐渐退出市场。现浇混凝土挡土墙可以进一步分为重力式、半重力式和悬臂使几种;板桩式挡土墙。又可分为悬臂式和内支撑式, 该方法是采用斜桩灌浆锚杆或锚定板锚杆进行支撑, 之后采用横撑将荷载分散到墙上。其具有挖土量少、可以在任何地形上打入板桩、施工时间短等优点;立桩。其传统方法是打入钢桩并在开挖时在桩后设置木挡板, 之后浇筑混凝土面, 另一种方法则是进行精确钻孔布桩, 同时在孔内浇筑混凝土, 之后用预制混凝土板或钢板做挡板来抵抗侧压力;风景式砌块挡土墙。该种形式主要用于低矮的情况, 由于其美观且易于施工等优点因此近年来被越来越多的使用[3]。

3.2 抗滑桩

其又可分为抗滑桩和预应力抗滑桩等, 工作原理是将不稳定岩土的下滑力全部由抗滑桩的抗剪能力和抗弯能力来抵挡。该种结构施工时必须穿过变形体最终置于稳定的岩土体内, 从而实现依靠稳定岩土体对桩的约束力来对边坡变形引起的推理进行抵抗, 且抗滑桩一般应布置在变形体的前缘且滑动面比较平缓的部位, 施工完成后的各个抗滑桩均能处于独立状态进行工作。

3.3 锚杆联合喷射混凝土面层

该种结构形式是利用砂浆将锚杆固定在边坡体内, 并在锚杆孔口处将锚杆与提前敷设在边坡表面的钢筋网连接, 之后在钢筋网上喷射混凝土, 依靠混凝土面层来对边坡进行加固。由于由锚杆、钢筋网以及混凝土面层组成的体系相对来说属于柔性结构, 因此其可以承受较大幅度的边坡变形, 其加固效率也较高。但对于较大规模的边坡而言, 该种加固结构很难大幅度提高边坡整体稳定性, 同时在非常陡峭的边坡上进行喷锚施工会在很大程度上增加施工难度。

3.4 预应力锚索

该种加固形式是通过砂浆和预先施加在锚索上的张拉里来将不稳定的岩土体固定在稳定的岩土体上, 其中用于粘接稳定岩土体和锚索的砂浆可以提供给足够的抗剪力, 而预先施加在锚索上的张拉力可以加大岩土间的压力, 从而来加大潜在滑面的抗滑能力。采用该种加固形式必须充分了解稳定岩土体和不稳定岩土体之间的界限, 以保证锚固段处于稳定的岩土体内, 在边坡表面进行锚索预应力施工时要保证边坡有足够的刚度, 以防止由于张拉段土体变形而失去预应力, 锚索长度应控制不能过大, 以防止由于本身的应力松弛导致丧失预应力。