大內(nèi)高速深挖路塹邊坡穩(wěn)定性分析

汪 鑫

(重慶大內(nèi)高速公路有限公司，重慶 400000)

1 前言

隨著我國高速高速網(wǎng)絡(luò)日趨完善，四通八達(dá)，公路建設(shè)時(shí)期隨之帶來的工程問題也層出不窮，其中路基邊坡的穩(wěn)定性問題成為中外專家學(xué)者研究的重要課題。公路邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算理論和判別依據(jù)的選擇直接關(guān)系到高速建設(shè)工程中的質(zhì)量安全，計(jì)量計(jì)價(jià)，責(zé)任成本和之后的養(yǎng)護(hù)管理等等[1],因此，我們需時(shí)刻保持如履薄冰的狀態(tài)對(duì)待邊坡治理工作，切實(shí)強(qiáng)化對(duì)邊坡穩(wěn)定性的分析，保證施工生產(chǎn)安全，有效防治二次災(zāi)害的發(fā)生。安全責(zé)任無小事的理念，做好公路邊坡防治工作具有重大的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。

2 圓弧法邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 圓弧滑動(dòng)面理論

針對(duì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法已有多種理論，各有優(yōu)缺點(diǎn)，學(xué)術(shù)界大致對(duì)方法分為定性分析和定量分析兩種，在目前國際邊坡分析領(lǐng)域上對(duì)驗(yàn)算黏性土坡穩(wěn)定性的首選方法是定量分析法中的其中一種，圓弧法。此外，比如有限元建模方法也應(yīng)用非常廣泛[2]，實(shí)踐表明，用粘性土填筑的路堤，邊坡滑坍時(shí)的破裂面形狀為曲面，為簡化計(jì)算，通常假設(shè)為一圓弧狀滑動(dòng)面。本文選用的就是圓弧法中條分法來驗(yàn)證邊坡穩(wěn)定性。

2.2 圓弧滑動(dòng)面的表解法計(jì)算步驟

使用圓弧法的前提是滿足滑動(dòng)體的力學(xué)平衡條件，求出的穩(wěn)定安全系數(shù)是抗滑力矩與滑動(dòng)力矩的比值，通過重復(fù)計(jì)算不同半徑圓弧所得的系數(shù)，提取最小值，之后再與容許穩(wěn)定系數(shù)相比，看是否符合穩(wěn)定條件。表解法計(jì)算步驟如下[3]。

(1)對(duì)于均勻介質(zhì)，直線型邊坡滑動(dòng)面通過坡腳，坡頂為水平延伸到無限遠(yuǎn)時(shí)，穩(wěn)定性驗(yàn)算條分法可簡化為表解法，圓心位置的確定是采用國際通用的36°法(此結(jié)果算出的穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)與實(shí)際相比適當(dāng)增大)。計(jì)算示意如圖1。

圖1 邊坡穩(wěn)定性分析(表解法)計(jì)算示意圖

表解法穩(wěn)定系數(shù)K的計(jì)算式為：

(1)

(2)將劃分好的土條高度a，寬度b及弧長L換算成需要計(jì)算邊坡高度H的一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，即a=ζH，b=βH，L=λH，式中:H為邊坡高度，m;c為土的粘聚力，kPa;f為土的內(nèi)摩擦系數(shù)，f=tgφ;γ為土的容重(KN/m3);K為穩(wěn)定系數(shù)。A、B 為取決于邊坡幾何尺寸的系數(shù)：

(2)

(3)根據(jù)計(jì)算， A、B的取值根據(jù)路基邊坡坡度的變化而變化，不同邊坡坡度下，滑動(dòng)圓弧不同試算圓心所對(duì)應(yīng)的A、B值，計(jì)算時(shí)可直接查表[4]。

(4)取值時(shí)，可根據(jù)地址勘察報(bào)告、當(dāng)?shù)貛r土性質(zhì)、抗剪抗壓強(qiáng)度指標(biāo)、土體泊松比、有無軟弱圍巖、建設(shè)公路等級(jí)和地區(qū)氣候特點(diǎn)及個(gè)人工程經(jīng)驗(yàn)綜合考慮[5]。一般容許穩(wěn)定系數(shù)K=1.25～1.50。當(dāng)計(jì)算Kmin

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

大內(nèi)高速(重慶段)起于渝蓉高速公路大足西互通與三驅(qū)樞紐互通之間的黃橋村附近，設(shè)黃橋樞紐互通與渝蓉高速相接。接四川內(nèi)江至南溪高速公路的內(nèi)江至大足段，路線全長31.124km。

3.2 工程條件

3.2.1 地形地貌

K7+460～K7+800深挖路塹段縱軸線設(shè)計(jì)高程408.322～408.956m。路段區(qū)屬剝蝕丘陵地貌。在道路的右側(cè)將形成最高約為37.17m的挖方邊坡，左側(cè)將形成最高約為33.74m的挖方邊坡(如圖2)。

圖2 K7+460～K7+800深挖路塹段工程地質(zhì)剖面圖

3.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

(1)侏羅系上統(tǒng)遂寧組泥巖(Jзsn)：紫紅色，主要由粘土礦物組成，含少量砂質(zhì)。泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化段裂隙發(fā)育，巖體破碎，質(zhì)軟，強(qiáng)風(fēng)化厚度2.1～5.8m，土石工程分級(jí)為三級(jí)硬土。

3.3 邊坡穩(wěn)定性分析

通過查表及根據(jù)上訴公式計(jì)算，得出：

表1 表解法計(jì)算K值結(jié)果表

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)在K=1.25～1.50的要求范圍之內(nèi)，經(jīng)查表計(jì)算，本實(shí)例中深挖路塹段最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kmin=1.26>1.25，略大于容許系數(shù)，所以該邊坡滿足邊坡穩(wěn)定性要求。

4 結(jié)論和建議

(1)大內(nèi)高速公路K7+460～K7+800深挖路塹段邊坡，采用的條分法中的分支表解法計(jì)算求解，查表算出邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.26，數(shù)據(jù)說明施工后邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，但畢竟表解法數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性依賴于滑動(dòng)圓弧半徑細(xì)分的程度，而且算出的數(shù)據(jù)是針對(duì)整體邊坡考慮，這并不代表局部邊坡安全可靠，局部仍有可能在通車運(yùn)營后發(fā)生塑性變形，所以建議本路段邊坡采用混凝土骨架植草護(hù)坡，確保邊坡在今后公路運(yùn)營期不發(fā)生失穩(wěn)。

(2)根據(jù)本工程概況及地址勘察報(bào)告顯示，水文氣象對(duì)該路段穩(wěn)定性影響較大，故路塹邊坡坡頂建議設(shè)置截水溝和排水溝，遇發(fā)生裂隙，破碎等特殊部位時(shí)應(yīng)在坡腳設(shè)置重力式擋土墻作加強(qiáng)抗滑力的措施或者改變放坡率，更加能保證其穩(wěn)定性。