膨脹土地區(qū)高速公路高邊坡柔性支護(hù)方案設(shè)計與穩(wěn)定性分析

曾憲群

摘要：以X高速路膨脹土路塹邊坡為例，針對邊坡的柔性支護(hù)，介紹了相應(yīng)的方案，并分析了邊坡的塑性區(qū)和位移，最后對柔性支護(hù)條件下邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)深入的分析。

關(guān)鍵詞：膨脹土；路塹高邊坡；支護(hù)

1 項目概況

X高速路，所在區(qū)域?qū)儆谂蛎浲羺^(qū)域，路塹高邊坡大部分用錨桿框架梁的方式加固。擬設(shè)高邊坡全長280m，最大挖深40.8m，邊坡位于某村500m的山體中，且在A2標(biāo)段內(nèi)。

2 邊坡柔性支護(hù)方案

2.1 柔性支護(hù)

柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)包括土工格柵、土工袋等，這種結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)膨脹土的變形。張永防等人通過對實際工程的數(shù)據(jù)采集分析得出錨桿框架梁對邊坡的維護(hù)有良好的效果。楊和平等人用有限差分結(jié)合極限平衡分析的方法，對支護(hù)前后膨脹土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，結(jié)果表明：采用柔性支護(hù)方式使膨脹土邊坡穩(wěn)定性提高顯著。柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)有良好的受壓能力，也允許土體在一定范圍內(nèi)形變，并且對土體的應(yīng)力和膨脹能的釋放也有良好的吸收效果，所以建議采用此結(jié)構(gòu)護(hù)理膨脹土邊坡。

2.2 支護(hù)方案

根據(jù)膨脹土的相關(guān)特性，整個膨脹土邊坡工程采用了錨桿框架梁的支護(hù)措施加固。本文數(shù)值模擬選擇標(biāo)段K12+100-K12+140，此段邊坡地形較陡且坡高，坡度在45°～65°之間。路塹邊坡開挖從上至下分一、二、三級，高8m寬2m，坡率分別為：1：1.75，1：1.5，1：1。

錨桿與水平面成1500角，長6m，錨桿縱向間距均為3米，錨桿成10CM的孔徑，并配C32mm螺紋鋼，灌注M30的水泥漿于孔內(nèi)，其中框架梁尺寸為0.30m×0.30m。

3 柔性支護(hù)條件下邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 塑性區(qū)分析

在數(shù)值模擬時，屈服準(zhǔn)則的塑性區(qū)用Plot zonecolor by state命令來顯示，以確定破壞的狀況。邊坡失穩(wěn)過程為：塑性區(qū)域延伸，擴(kuò)展至貫通；土體進(jìn)入流塑態(tài)；最后邊坡不能承載而滑坡失穩(wěn)。

以X高速膨脹土路塹邊坡例，按實際的施工順序，借助FLAC3D有限差分軟件，對邊坡開挖支護(hù)前后進(jìn)行了數(shù)值分析，在各個不同施工階段，邊坡體的塑性區(qū)在各級支護(hù)下的變化情況如圖1所示。

邊坡未支護(hù)：塑性區(qū)范圍大，并不斷向邊坡上部擴(kuò)展，貫通邊坡頂部，此階段以剪切破壞為主，如圖1（a）；

完成一級支護(hù)：塑性區(qū)的擴(kuò)展趨勢不變，但剪切破壞明顯縮減，如圖1（b）。

完成二級支護(hù)：剪切破壞進(jìn)一步縮減，如圖1（c）。

完成三級支護(hù)：塑性區(qū)穩(wěn)定，剪切破壞再進(jìn)一步縮減，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1（d）。

各級邊坡支護(hù)前后潛在畫面的發(fā)展趨勢可以推斷出邊坡在各施工階段的分布情況，這對膨脹土的邊坡支護(hù)設(shè)計有一定參考價值。

3.2 邊坡位移分析

膨脹土路塹邊坡開挖后，由于土體結(jié)構(gòu)破壞，邊坡受到卸荷回彈力和抗剪強(qiáng)度降低的影響，有明顯向外滑動的趨勢。施工中應(yīng)該注意監(jiān)視兩個位置的位移變化情況：第一是一級邊坡坡面中下部，這里的位移最大；第二是三級邊坡的坡頂靠近坡面的位置，這里豎向沉降最明顯。完成一級支護(hù)后，坡頂?shù)某两悼s減明顯，但邊坡中下部位移抑制效果一般。當(dāng)完成二級支護(hù)后，邊坡位移進(jìn)一步減小，但最大位移量仍有22mm。當(dāng)邊坡支護(hù)完成后，邊坡的豎向沉降及水平移動降到了非常小，且最大水平位移位置也上移，邊坡滑動趨勢基本消除，邊坡整體趨于穩(wěn)定。

3.3 錨桿軸力分析

在完成三級支護(hù)數(shù)值模擬后，提取出支護(hù)后的錨桿軸力云圖，以研究錨桿的錨固作用以及工作性能。第一級邊坡軸力最大值為151KP，位于中下部第八排，第二、三級邊坡的錨桿軸力值不超過100KP。軸力最大處都位于各級錨桿的頂端，且呈現(xiàn)從頂端向末端遞減的趨勢，末端均小于10KP。分析坡面水平位移，得出錨桿軸力有由上至下逐漸增大的趨勢。其中位移最大處，錨桿軸力最大，軸力最大處，邊坡的水平位移也最大。

3.4 安全系數(shù)分析

為驗證設(shè)計的支護(hù)效果，分別計算邊坡不同支護(hù)階段的邊坡安全系數(shù)，計算結(jié)果見表1。

由表1可知，邊坡未支護(hù)時，安全系數(shù)僅為1.08，說明土體受到開挖的破壞，土體抗滑、抗剪能力弱，邊坡很有可能失穩(wěn)。完成一級支護(hù)后，安全系數(shù)提高到了1.12，雖然不會發(fā)生失穩(wěn)，但是安全強(qiáng)度儲備不夠，且低于規(guī)范要求。二級支護(hù)完成后，安全系數(shù)升到1.25，同樣低于規(guī)范要求。當(dāng)支護(hù)全部完成后，安全系數(shù)達(dá)到1.42，此時滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013）的有關(guān)規(guī)定（Fs≥1.35）。安全系數(shù)隨著各級支護(hù)的完成不斷增大，說明各級支護(hù)都發(fā)揮了相應(yīng)作用。因此，此支護(hù)對膨脹土路塹邊坡具有適用性和可行性。

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