一、引言
公路建设中的边坡工程涉及路堑边坡和路堤边坡两大类,其稳定性受土体性质、地下水条件、降雨入渗和地震作用等多种因素影响。在膨胀土、黄土和碎石土地区,边坡失稳问题尤为突出。传统的边坡防护措施包括挡墙、锚杆和抗滑桩等工程结构,但这些措施造价较高,且在软土和松散土体中施工困难。
生石灰在边坡工程中的应用提供了一种“以土治土”的技术路径。通过将生石灰掺入边坡土体中,可显著改善土体的抗剪强度、水理性质和抗侵蚀能力。石灰改良土体具有良好的工程性质,与重塑黄土相比,其液限、塑限均提高,抗剪强度增强,饱和渗透系数大幅下降。工程实践表明,石灰改良黄土渗透系数可降低95.18%,有控水结构边坡水分运移速度较慢,低渗透层起到了良好的降水效果。
二、石灰改良土体的边坡稳定机理
抗剪强度提升是石灰改良边坡土体的核心效应。生石灰与土反应生成的胶凝产物将松散土颗粒胶结成整体,增强颗粒间的联结力。碎石土边坡的石灰改良试验表明,在碎石土中掺入石灰降低了土样的含水率、增大了土样的咬合摩擦和黏聚强度,掺量9%石灰改良碎石土效果最为明显。土样的内摩擦角和黏聚力都随着养护龄期的增加而增加,说明石灰改良的效应随时间持续增强。
渗透性降低是石灰改良边坡的另一个关键效应。石灰土的低渗透性可有效阻隔降雨入渗,减少水分对边坡土体的软化和冲刷。研究表明,石灰改良黄土渗透系数降低95.18%,远优于改性纤维素等其他改良材料。低渗透层的存在使边坡内部的水分运移速度显著减缓,降低了孔隙水压力,从而提高了边坡的安全系数。
抗侵蚀能力增强对于坡面防护尤为重要。石灰土形成的致密结构具有较高的抗冲刷能力,在降雨条件下不易被侵蚀。抗侵蚀面层的存在提高了边坡的抗侵蚀能力,减少了坡面水土流失。
三、典型工法与应用
石灰土换填支护法是一种经济实用的边坡处理技术。其操作为就地取土,土中掺入生石灰拌合均匀,再消化8至24小时,将拌合土换填到边坡位,按照设计尺寸碾压密实形成换填实体。为进一步增强抗拉性能,可向拌合土中掺入拌合土重量1%至8%的纤维(如短矿物纤维、稻草、麦秸等),拌合均匀后换填。该方法使用的掺合材料为普通建筑材料,取材方便且价格便宜,施工设备简单,只需要挖掘机配合施工即可。适用于开挖深度十米以下、具备临时放坡条件、安全等级在二级以下的临时边坡和永久性边坡处理。
石灰桩加固法通过在地基中打设生石灰桩来稳定边坡。日本工程实践中,在斜面稳定工事中打设直径35cm的生石灰桩,间隔2m正三角形布置,有效提高了斜面的稳定性。
石灰改良联合桩锚护坡是将石灰改良与工程结构相结合的综合方案。基于FLAC³D数值模型的分析结果表明,石灰改良碎石土层、锚杆加固和抗滑桩联合护坡后,最大水平位移明显变小,没有贯通的塑性区,且有效地减小了下滑力。基于FLAC³D的纤维石灰土路基边坡稳定性分析表明,纤维石灰土路基边坡安全系数为红黏土路基边坡的2.1倍,说明红黏土填料中添加玻璃纤维和石灰对路基边坡稳定性有显著影响。
四、结语
生石灰在公路边坡稳定与防护中的应用,体现了化学改良与工程结构相结合的技术思路。石灰改良可显著提升土体的抗剪强度、降低渗透系数、增强抗侵蚀能力,石灰土换填支护法施工简便、造价低廉,石灰桩和联合桩锚护坡方案在复杂边坡治理中效果显著。随着数值模拟技术和纤维加筋技术的发展,石灰改良边坡技术正朝着精细化、复合化方向演进,在公路边坡工程中具有广阔的应用空间。