普通公路填砂路基邊坡穩(wěn)定性分析

余 榮 然

(福州市豐億路橋設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350000)

0 引言

填砂路基在公路施工得以廣泛的應(yīng)用，能夠有效解決料源匱乏的問題，保證公路路基的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，排除環(huán)境因素的影響，具有良好的生態(tài)效益。在公路填砂路基施工設(shè)計(jì)當(dāng)中，邊坡穩(wěn)定性是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。從具體施工出發(fā)，深入分析公路填砂路基邊坡穩(wěn)定性，提出科學(xué)、合理的實(shí)施或設(shè)計(jì)方案，予以完善和提升，消除潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，穩(wěn)固公路路基，以更好的服務(wù)于城市交通。

1 邊坡穩(wěn)定性對公路填砂路基的重要影響

1.1 保證邊坡穩(wěn)定性的基本要求

在普通公路的設(shè)計(jì)施工當(dāng)中，路基施工是其中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，決定著公路的安全與穩(wěn)定。路基是公路重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在施工建設(shè)當(dāng)中需要保證填料的質(zhì)量。在福建沿海地區(qū)緊鄰閩江，在地形地貌變遷過程中，在江河入?？诮?jīng)長年淤積圍墾形成砂質(zhì)丘陵地貌，當(dāng)?shù)赝临Y源匱乏，為避免大規(guī)模長運(yùn)距借調(diào)土方，減少水土流失，降低工程造價，部分項(xiàng)目路基需采用當(dāng)?shù)胤奂?xì)砂填筑保證路基質(zhì)量的同時，降低了工程建設(shè)成本。填砂路基的應(yīng)用，對公路交通來說具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。其中，邊坡穩(wěn)定性對填砂路基設(shè)計(jì)施工有著重要影響，與填砂料的特性有著直接的關(guān)聯(lián)。由于砂料的粘聚力較差，很容易出現(xiàn)邊坡坍塌破裂的情況。針對性的采取處理和解決辦法，從填砂路基邊坡坡比、包邊方案、高度以及填料粘聚力等多個方面進(jìn)行綜合分析，全面了解填砂路基邊坡穩(wěn)定性，提出合理的設(shè)計(jì)施工方案，提升公路填砂路基的安全系數(shù)，保證邊坡的穩(wěn)定性[1]。

1.2 填砂料的施工要求

砂料由于缺少塑性且透水性強(qiáng)，導(dǎo)致其粘聚力差，必須經(jīng)過壓實(shí)處理后才能投入使用，容易受到含水量以及豎向應(yīng)力的影響，路堤失穩(wěn)和砂粒崩落時常發(fā)生，不利于路基邊坡的穩(wěn)定防護(hù)。砂料主要取自沙丘或砂質(zhì)坡地，填筑于路基當(dāng)中，以提升公路路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。根據(jù)公路施工設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，選擇高質(zhì)量的填砂料，砂料的選擇與控制是十分重要的。不同顆粒粒徑砂料的選擇，需要參考具體的施工方式，充分滿足公路路基施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。吹填施工應(yīng)用中細(xì)砂，車載運(yùn)輸填筑施工則適用于任何顆粒粒徑的砂料，細(xì)砂是最佳選擇。另外，在公路填砂路基施工當(dāng)中，還需要對滲水性加以考慮。

除了砂料顆粒粒徑之外，含泥量的控制同樣也是填砂路基施工的關(guān)鍵性要點(diǎn)。含泥量主要對砂料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、滲透性有著重要的影響，填砂料當(dāng)中具有適當(dāng)?shù)暮嗔?，對填砂路基施工有著積極的影響。根據(jù)填砂料施工可行性分析，進(jìn)而了解填砂料的特性對于路基邊坡穩(wěn)定性的影響。砂料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、含泥量在很大程度上決定著邊坡的穩(wěn)定性，邊坡的坍塌破裂也與其有著直接的關(guān)聯(lián)。

2 普通公路填砂路基施工設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1 路基邊坡穩(wěn)定性分析

應(yīng)用砂料進(jìn)行路基填筑，根據(jù)砂料特性，決定著路基邊坡的穩(wěn)定性。采用直線法進(jìn)行砂性土邊坡穩(wěn)定性的分析，如圖1所示。

根據(jù)砂土顆粒M的受力，根據(jù)抗滑力和滑動力的比值作為穩(wěn)定安全系數(shù)。

當(dāng)φ=θ時，K=1，邊坡穩(wěn)定性處于平衡的狀態(tài)，且只受到坡角的影響，可以判定，當(dāng)θ<φ時，邊坡保持穩(wěn)定，反之會發(fā)生失穩(wěn)的現(xiàn)象。在路基邊坡設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對其進(jìn)行嚴(yán)格的參考。

根據(jù)K與ω之間的關(guān)系，對K的最小值以及對應(yīng)極限破裂面,采用Bishop法，如圖2所示。

根據(jù)重力、滑底面傾角以及垂直方向的外力，進(jìn)而計(jì)算Ki：

2.2 路基高度

路基高度是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素，在實(shí)際的施工操作當(dāng)中，由于路基高度的增加，邊坡穩(wěn)定性隨之下降。不同路基高度下的潛在滑動面性態(tài)以及安全系數(shù)值也有著很大的差異。路基高度與路基邊坡的安全系數(shù)值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的變化規(guī)律。因此，在公路填砂路基施工的過程中，合理設(shè)計(jì)和調(diào)整路基的高度，以提升安全系數(shù)值，進(jìn)而保證路基邊坡的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同樣也是對公路路面整體的安全性提供保障。

2.3 包邊土方案

在填砂路基施工設(shè)計(jì)當(dāng)中，對于包邊土方案需要嚴(yán)格的加以考慮分析，對邊坡穩(wěn)定性有著重要的影響。包邊土是填砂路基施工獨(dú)有的內(nèi)容，也是填砂路基特殊性的主要體現(xiàn)。包邊土厚度需要保持在合理的范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，路基邊坡的安全系數(shù)值會保持在較高的范圍值內(nèi)，不會發(fā)生顯著的變化，能夠有效維護(hù)邊坡的穩(wěn)定性。

2.4 填砂料的施工要求

填砂抗剪強(qiáng)度指標(biāo)對路基邊坡穩(wěn)定性有著重要的影響，填砂料粘聚力值的變化，對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)填砂粘聚力的變化，潛在滑動面由類直線狀變化為類圓弧狀，參考填砂抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，安全系數(shù)隨著填砂粘聚力的增加而提升。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置包邊土，包邊土厚度的增加，邊坡安全系數(shù)也會發(fā)生明顯的變化。值得注意的是，包邊土的設(shè)置需要根據(jù)填砂粘聚力的大小來決定。一旦粘聚力值過高，包邊土對于提升邊坡穩(wěn)定性的作用并不顯著。因此，包邊土一般應(yīng)用于填砂料粘聚力小的情況。有效調(diào)高填砂的粘聚力值，是提升邊坡穩(wěn)定性的有效辦法。粘聚力值的下降，邊坡容易發(fā)生邊坡坍塌破裂的情況。另外，內(nèi)摩擦角φ的變化同樣會對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。提升填砂粘聚力值和內(nèi)摩擦角，增加路基的壓實(shí)度，進(jìn)而提升公路填砂路基的邊坡穩(wěn)定性[2]。

3 填砂路基邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)

由于填砂料缺少塑性、透水性強(qiáng)、粘聚力差，在很大程度上影響了邊坡的穩(wěn)定性，加強(qiáng)填砂路基邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)是十分必要的。在兩側(cè)邊坡設(shè)置包邊土，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，利用粘性土來包裹砂芯，提升粘聚力，有效提升邊坡的穩(wěn)定性，并利用植被進(jìn)行綠化防護(hù)。為了提升包邊土的自立性，保證內(nèi)外側(cè)坡度的一致性，保證合適的包邊土厚度，壓實(shí)其邊緣。在受到水流或雨水沖刷時，路基邊坡穩(wěn)定性不會受到影響，增強(qiáng)側(cè)向約束力度進(jìn)行砂芯的多層包裹，砂的密度不能高于包邊粘土。包邊土有2種形狀，一是平行四邊形，內(nèi)側(cè)邊坡與外側(cè)邊坡的坡度比較均勻；二是梯形，外側(cè)邊坡的坡度要明顯比內(nèi)側(cè)小，邊坡厚度一般在1 m～3 m之間，包邊土的厚度不能太薄，否則壓實(shí)工作就會受到影響，一旦出現(xiàn)強(qiáng)降雨，坡面就會被破壞。嚴(yán)格控制砂量，不能過多或者過少，為壓實(shí)打下良好的基礎(chǔ)。砂芯—包邊土界面是相對薄弱帶，需要在包邊土與填砂邊坡之間進(jìn)行砂袋的搭接寬度和碼坡，進(jìn)而獲得填砂路基邊坡良好的防護(hù)效果。根據(jù)砂袋的搭接寬度和碼坡方式，采用雙排雙層或者單排單層的形式進(jìn)行堆砌，進(jìn)而強(qiáng)化填砂路基邊坡防護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)，滿足填砂路基成型的要求，提升其耐久性。包邊土材料可以就地取土，主要在路基范圍下方予以開挖，并進(jìn)行砂料回填，保證其壓實(shí)度。做好盲溝排水，避免影響填砂路基邊坡防護(hù)的正常性能[3]。

4 結(jié)語

在公路施工設(shè)計(jì)當(dāng)中，從填砂路基著手，提升邊坡穩(wěn)定性，圍繞普通公路填砂路基施工設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性要點(diǎn)，分別就路基邊坡坡比、高度、包邊土方案以及填砂料的施工可行性進(jìn)行綜合分析，科學(xué)、合理的進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，進(jìn)而提升公路填砂路基邊坡的穩(wěn)定性，保證路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和公路的安全使用。加強(qiáng)填砂路基邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)，提升填砂路基邊坡的防護(hù)性能，為交通業(yè)的發(fā)展提供有力的支持和保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔣 鑫，凌建明，譚 煒，等.高速公路填砂路基邊坡穩(wěn)定性分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(9):1-6.

[2] 馬 成.填砂路基邊坡穩(wěn)定性研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[3] 張 田，吳明明.高等級公路路基邊坡穩(wěn)定性病害分析及防治[J].福建建材，2009(2):71-73.