公路路基边坡防护方法和边坡GNSS监测系统原理

路基防护是保证路基强度和稳定性的重要措施之一，防护的重点是路基边坡。由于地形的变化,适路设计标高与天然地面标高的相互关系不同,会出现高于天然地面的填方路基即路堤、低于天然地面的挖方路基即路堑和介于前两者之间的半填半挖路基。

由岩土体填挖而成的路基,改变了原地层的天然平衡状态,且暴露于自然环境中,长期受各种自然因素的影响,岩土体的物理力学性质会发生较大的变化,引起岩土体变形、移动,破坏边坡的稳定,甚至导致一系列环境地质问题和生态环境问题,如崩塌滑坡、泥石流、土壤侵蚀和植被破坏等。

边坡破坏形式及原因

路基边坡的滑塌是最常见的路基病害之一,根据边坡土质类别、破坏原因和规模不同,主要破坏形式为溜方、滑坡、剥落和碎落崩塌四种。溜方是由于少量土体沿土质边坡向下移动所形成,即边坡上薄的表层土下溜,通常是由于降水、降雨等流动水冲刷边坡或施工不当而引起的。

滑坡是指一部分土体在重力作用下沿边坡的某一滑动面滑动,主要是因土体的稳定性不足引起的。路堤边坡发生滑坡的主要原因是边坡坡度过陡或坡脚被挖空,或填土层次安排不合适等;路堑边坡发生滑坡的主要原因是边坡高度和坡度与天然岩土层次的性质不相适应。剥落和碎落是指边坡风化岩层表面,在各种外界环境的影响下使表层岩石从坡而上剥落下来的破坏形式。崩塌通常是指较大的石块脱离边坡表面沿坡而滚落下来。

路基边坡防护设计原则

公路边坡沿公路分布的范围广,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。因此,边坡设计应遵循“安全绿色、水土保持、恢复自然、环保之路”的设计原则。

路基边坡防护方法

植草防护。植物防护则是在边坡上种植草或植树,以减缓边坡上的水流速度,利用植物根系固结边坡表层土壤以减轻冲刷,从而达到保护边坡的作用。植物防护不仅可以美化公路环境,调节边坡的湿温,起到固结和稳定边坡的作用,而且又比较简单、经济。

植草防护应选择根系发达、茎矮叶茂耐旱草种,严禁采用生长在泥沼地的草皮。直接植草护坡方法如下:其一,在土质坡面上用草籽、肥料、水拌和,直接喷洒在坡面上,优点是方法简单、施工方便、成本较低,但易受风雨的侵蚀;其二,在修整好的坡面上,将粘土、种子、肥料、水等混合物用喷浆机直接喷射于坡面,与原土壤粘合,种子发芽后便会植根于边坡土壤中,形成整体保护。上述两种方法在植草初期,应免受风雨的侵蚀,可覆盖纤维网,由于坡面没有任何的加筋处理,在暴雨和径流的冲蚀下极易导致坡面破坏,因此一般应在每年3-5月进行。

工程防护。工程防护主要是针对不适宜植物生长的土质填、挖方边坡或风化严重、节理发育不良的岩石路基边坡等,采取工程防护措施即设置人工构造物防护。

干砌片石。干砌片石适用于保护边坡免受大气降水和地面径流的侵害,以及保护浸水路堤边坡免受水流冲刷。对严重潮湿或有冻害的路段、长期承受主动土压力地段一般不宜采用干砌片石防护,可用于下边坡中的土质边坡防护,坡度为1:1.5-1:2。

4.浆砌片石。浆砌片石设置在浸水路堤及可能发生坡面被冲刷的土质边坡,应做好排水与防护的结合,否则不宜采用。当水流速度较大时(如4-5m/s),波浪作用较强,以及河流可能有流木及其他撞击物等冲击作用时,宜采用浆砌片石防护,必要时可与浸水挡墙或护面墙同时设置，浆砌片石护坡优点是耐久性较好,适宜防护不同控制边坡中的岩土层和不同位置的边坡,且造价适中,故适用于上下边坡中的一般坡面。

5.拱式、网格防护。这种防护方式克服了鱼鳞状砌石防护排水抗冲刷能力弱和污工量大的特点,最大限度地绿化坡面,外观较好,在高填方、长直线的护坡段,能达到美化、绿化的双重效果,是近年来公路防护常用的方法之一。缺点是施工较繁琐,劳动强度大,对坡面要求严格,拱内必须填土植草或进行其他工程防护,否则易被雨水冲蚀。

6.预制块铺砌防护。这是目前高速公路上应用较多的护坡方法之一,由于预制块的规格一致,易于施工,外观整齐,最大限度地减少了坡面防护对植草绿化的依赖性,即使坡面绿化效果不好,也不容易造成太严重的冲刷现象,所以,目前大多数高速公路采用这种方式,缺点是造价高,施工难度大。

7.喷射混凝土防护。喷射混凝土法分为素喷法和锚喷法。素喷法为直接将高标号砂浆喷射在大致平整的岩面上,使坡面易松散的颗粒得以稳固,保证行车及行人的安全。它用于表层易松散的风化岩面。锚喷法,其工作原理是利用锚杆将滑动体固定在山体上,以锚杆约束山体的滑动,并在滑动体表面锚头上加挂钢筋网并喷射混凝土,在滑动体表面形成钢筋混凝土板体结构,这样可以将松散的岩石固定为一个整体,以达到彻底根治滑坡的目的。

锚喷法适用于大部分岩石土和碎石土等地质结构山体和易产生滑坡地段,它可预防早期滑坡的产生。只要产生滑动的区域面积不很大,滑动层不很厚,都可以采用此方法。

此外,对于边坡破坏较严重的情况,如出现塌方、滑坡以及可能出现失稳等,必须采取相应的措施来确保边坡的稳定性(强度方面)和安全性(变形方面)。根据边坡的不良工程地质特征和滑坡加固治理与防护工程特点,主要选取适用性强、易于操作、工程负效应小的措施,如抗滑桩、锚杆(索)、挡土墙、削坡和灌浆等,使其分别适用于不同塌方、滑坡的物理力学条件和地质条件。

同时，由于现在北斗卫星应用越来越广，现在也越多越多的领域使用北斗应用，公路行业也不例外，边坡监测系统就是利用北斗卫星定位监测表面位移和地面沉降，能够精准的计算出位移数据并且实时传输平台。

采用GNSS自动化监测方式对表面位移进行实时自动化监测，其工作原理为：各GNSS监测点与参考点接收机实时接收GNSS信号，并通过数据通讯网络实时发送到控制中心，控制中心服务器GNSS北斗数据处理软件TJ-Cloud实时差分解算出各监测点三维坐标，数据分析软件获取各监测点实时三维坐标，并与初始坐标进行对比而获得该监测点变化量，同时分析软件根据事先设定的预警值而进行报警。

系统优势：

GNSS表面位移监测的误差水平为2mm+1ppm，高程方向为4mm+1ppm。表面三维位移量是通过GNSS自动化监测，主要建立在滑坡表面变形明显的部位，通过监测滑坡表层的三维位移量，分析、判断滑坡的变形特征、变幅、滑动方向、滑动速率、稳定性及其发展趋势，并且对于简易监测而言该方法精度高，能反映出简易监测反映不了的变形迹象。