山區(qū)高速公路挖方路基邊坡穩(wěn)定性及動態(tài)設(shè)計分析

唐 榮，李云霞

（山東職業(yè)學(xué)院，山東 濟南 250000）

實現(xiàn)高速公路的高質(zhì)量建設(shè)對于保證車輛的安全以及快速行駛具有重要意義，對此，高速公路施工企業(yè)應(yīng)采取必要的措施以促使高速公路的建設(shè)能夠快速有效地進行。高速公路建設(shè)工作對路線平縱線的指標(biāo)要求相對較高，這是因為當(dāng)施工進程運行至地貌地形比較復(fù)雜的路段時，如果有平縱指標(biāo)的限制將會經(jīng)常出現(xiàn)深挖路段的情況，從而造成高速公路施工企業(yè)的工程量逐漸加大，進而導(dǎo)致企業(yè)的經(jīng)濟效益急劇下滑。隨著我國高速公路事業(yè)的快速發(fā)展，要想實現(xiàn)巨大規(guī)模高速公路工程項目的有效運行，高速公路施工企業(yè)必須對挖方路基邊坡加固與防護工作加以足夠的重視。當(dāng)前我國級別較高的高速公路建設(shè)項目的數(shù)量正在不斷增加，挖方路基邊坡的施工作業(yè)出現(xiàn)邊坡?lián)p壞問題的情況也隨之增多[1]。基于此，文章首先探究了相關(guān)重點案例，再對可能即將發(fā)生損壞現(xiàn)象的山區(qū)高速公路挖方路基邊坡的穩(wěn)定性進行分析，使用相應(yīng)的計算軟件執(zhí)行動態(tài)策劃工作，以促使山區(qū)高速公路挖方路基邊坡能夠得到必要的加固。

1 工程概況

該高速公路建設(shè)項目是陜西省轄內(nèi)的一段高速公路，其路線走向為由北向南，總長度為13.87km，其途經(jīng)兩條隧道、兩座橋梁、四道涵洞，所占據(jù)的橋隧比例為15.7%。該高速公路建設(shè)項目途經(jīng)某座知名山脈，其位于結(jié)構(gòu)多變的地貌地形中，其所處地形的結(jié)構(gòu)多樣，丘陵、山嶺地形偏多，其中還夾雜著狹長河谷以及山間盆地等地形地貌，其地形高低偏差比較明顯。山嶺地形的海拔高度多為390～710m，平均的高低差為180～350m。該高速公路建設(shè)項目的施工路段主要由泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細砂巖、炭質(zhì)粉砂巖、軟質(zhì)巖等構(gòu)建而成[2]，由于隧道段內(nèi)軟質(zhì)巖數(shù)量較多，因此會對隧道的修建作業(yè)產(chǎn)生極為明顯的消極影響。其河谷段內(nèi)水系比較豐富，其流速也較大，雨季較長。

在實施該高速公路建設(shè)項目時，應(yīng)詳細了解挖方路基邊坡周邊地界的水系條件、地理條件、排水系統(tǒng)、邊坡大小、詳細施工策略等要素，之后再全面分析其自行固坡作業(yè)以及其相應(yīng)的人建邊坡測驗工作。具體來講，應(yīng)當(dāng)保證路塹邊坡的高度不超過18m，并且邊坡的坡率不能比相關(guān)的規(guī)定數(shù)值大。對于地質(zhì)惡劣的特殊路段，應(yīng)當(dāng)對其實施個別測量工作，而后再對其實施科學(xué)計劃方案的制訂工作。如果巖質(zhì)邊坡的高度在30m以下，則應(yīng)當(dāng)依照相關(guān)的操作規(guī)范精確判斷巖體種類。針對出現(xiàn)結(jié)構(gòu)面外傾軟弱現(xiàn)象的巖石邊坡和坡頂負荷較重的邊坡，可以對其實施個別勘察工作后再實施相應(yīng)的穩(wěn)定性分析工作以及必要的動態(tài)設(shè)計工作[3]。

2 穩(wěn)定性分析

對山區(qū)高速公路挖方路基邊坡的巖體實施必要的探究工作，明確分辨其屬于哪一種類型的破壞方式，對于比較危險的層狀巖石邊坡，要詳細說明其關(guān)鍵層面的特點。再根據(jù)形變的實際損壞情況來有效構(gòu)建工程質(zhì)料模型，以此為后續(xù)的地質(zhì)力學(xué)剖析工作以及治理計劃工作提供必要的參考數(shù)據(jù)。在未實施挖掘工作時，層狀的巖體斜坡能夠保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)，然而一旦開挖工作實施之后，這種平衡就會遭到破壞，進而造成邊坡的周圍巖體發(fā)生失重回彈現(xiàn)象，使得邊坡的應(yīng)力產(chǎn)生較為明顯的集中效應(yīng)。之后層狀的巖石邊坡會相應(yīng)產(chǎn)出一個形變大小不夠明顯、外形為其他類型的邊坡。如果變形聚集起來的應(yīng)力程度較大時，層狀的巖石邊坡極易發(fā)生巖體崩壞的情況[4]。

2.1 有限元計算模型

為促使山區(qū)高速公路挖方路基失穩(wěn)緣由探討工作能夠開展得更為深入，可以使用有限元分析計算模型來執(zhí)行相應(yīng)的探討工作。文章將使用Phase2程序分析模型，該模型必須具備四個操作要素，一是邊坡的控制坡場區(qū)應(yīng)是自重應(yīng)力場，二是把二維平面的應(yīng)變力作為假定參數(shù)，三是可以忽略掉節(jié)理的影響，四是可以使用強度拆減來實現(xiàn)針對安全系數(shù)的計算工作。

2.2 穩(wěn)定性數(shù)據(jù)結(jié)果

實際操作中可以使用強度拆減法以及有限元軟件Phase2來執(zhí)行針對邊坡工況穩(wěn)定性的計算工作?；谶@種情況，會產(chǎn)生最大剪應(yīng)力的區(qū)域主要位于三個地界內(nèi)，一是位于呈砂狀花崗巖與全部風(fēng)化巖石的接壤處，二是位于碎塊狀花崗巖與砂土樣花崗巖的接壤面，三是位于中度風(fēng)化花崗巖與強風(fēng)化花崗巖的接壤處以及其坡底處[5]。

上文所述的三個區(qū)域內(nèi)容易發(fā)生挖方路基邊坡?lián)p壞的情況，其中第一個區(qū)域是破壞程度最大的區(qū)域，經(jīng)過嚴(yán)密的計算過程可得，邊坡往坡面靠中上的區(qū)域內(nèi)，其巖土產(chǎn)生的應(yīng)變力較大，而處于邊坡中間往上靠的地方，其產(chǎn)生的位移會特別大，其原因是邊坡的地層風(fēng)化程度特別明顯。

實際操作時可以對該山區(qū)高速公路施工路段所遇到的下雨情況執(zhí)行相應(yīng)的邊坡穩(wěn)定性分析工作。朝下執(zhí)行相應(yīng)的滑面搜索工作時，可以明確發(fā)現(xiàn)一處不穩(wěn)定的滑面，其位于一處三級坡面的坡腳與一處二級平臺相接的地域內(nèi)，此種類型的破壞面是因自身重量應(yīng)力以及上部負荷應(yīng)力兩方面的作用而出現(xiàn)邊坡?lián)p壞的情況。對自然工況的應(yīng)力布局以及其相應(yīng)的總體位移數(shù)據(jù)進行詳細分析后得知，拉應(yīng)力主要產(chǎn)生于邊坡的上層部位，而剪應(yīng)力則主要產(chǎn)生于邊坡的下層部位。由此可以明確推斷出，山區(qū)高速公路挖方路基邊坡出現(xiàn)損壞的原因是雨天以及人為開挖作業(yè)造成坡腳的應(yīng)力較大。對比使用強度拆減法和滑坡極限平衡算法而得出的安全系數(shù)數(shù)值，其數(shù)據(jù)差異很小，這表明這兩種類型的變形破壞模式在原理上存在的差別很小，故計算工作所得出的結(jié)果是正確的。

3 山區(qū)高速公路挖方路基邊坡動態(tài)設(shè)計策略

3.1 針對挖方減載工程的動態(tài)設(shè)計策略

針對挖方減載工程實施動態(tài)設(shè)計作業(yè)，可以對該種類型工程的邊坡執(zhí)行相應(yīng)的減載加固作業(yè)，即把該邊坡坡面劃分為五個階級，每個階級的高度設(shè)置為8.0m，并在每個階級的外傾方向上增設(shè)一個12%排水卸載平臺。將一級邊坡的坡腳高度控制為250.0m，單級的坡率比設(shè)置為1∶0.8，并將其坡高控制為8.0m，而坡腳的切方可以設(shè)置為2.0m。將二級邊坡的高度設(shè)置為265.0m，其單級的坡率比應(yīng)當(dāng)設(shè)置為1∶0.73，并把其坡高控制為8.0m，對于坡腳則可以對其增設(shè)一個高度為1.8m的建設(shè)平臺。對于一級和二級邊坡的動態(tài)控制工作，只需要保證相應(yīng)的工作是以錨桿框架基底的承載原則而實施相應(yīng)的坡面加固工作[6]。將三級邊坡的高度設(shè)置為275.0m，并把其單級的坡率比設(shè)置為1∶0.75，其單級的坡高控制為8.0m，并對其坡腳實現(xiàn)一個寬度為1.8m的建設(shè)平臺的增設(shè)工作。對于四級邊坡的控制工作，則應(yīng)當(dāng)將其邊坡的高度設(shè)置為285.0m，其單級的坡率比設(shè)置為1∶0.85，其單級的邊坡高度仍然設(shè)置為8.0m，然后再在其坡腳位置處增設(shè)一個寬度為1.8m的建設(shè)平臺。針對五級邊坡的控制工作，則應(yīng)當(dāng)將其邊坡的高度設(shè)置為289.0m，其單級的坡率比設(shè)置為1∶0.95，此時挖方已經(jīng)到達頂部，則應(yīng)當(dāng)在坡腳的位置處實現(xiàn)一個寬度為1.8m的建設(shè)平臺的增設(shè)作業(yè)。

3.2 針對錨固工程的動態(tài)設(shè)計策略

開展針對錨固工程的動態(tài)設(shè)計工作，則可以先對其一級邊坡實施相應(yīng)的錨桿架構(gòu)加固作業(yè)，并將其每一片架構(gòu)的寬度控制為13m，再把12孔的錨桿劃分成三排，上排為13m、中排為10m、下排為3m，并把每孔的錨桿拉力控制為120kN。對于其二級邊坡，則應(yīng)當(dāng)將其每一片的架構(gòu)寬度設(shè)置為13m，對其實現(xiàn)四孔錨桿的設(shè)立工作，并將其劃分為兩排而實現(xiàn)相應(yīng)的設(shè)立工作，將錨桿上排高度設(shè)置為18m，下排高度設(shè)置為14m，而錨固段的長度則應(yīng)當(dāng)設(shè)置為6m，再將其每孔錨桿的拉力控制為345kN。對于其三級邊坡的動態(tài)設(shè)計工作，則可以將其每一片的架構(gòu)寬度控制為13m，并實現(xiàn)四孔錨索的增設(shè)作業(yè)，將其劃分為兩排[7]，其上排的長度應(yīng)當(dāng)設(shè)置為25m，其下排的長度則應(yīng)當(dāng)設(shè)置為22m，再將錨固段的長度設(shè)置為8m，其每孔的錨索拉力控制為660kN。

3.3 實施動態(tài)監(jiān)測工作

實施針對山區(qū)高速公路挖方路基邊坡的動態(tài)設(shè)計工作，還應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)必要的動態(tài)監(jiān)測工作，促使相應(yīng)的工作開展能夠得到有效的監(jiān)控，進而保障相關(guān)工作能夠取得積極的成效。在對該項發(fā)展策略進行具體部署時，可以在滑坡體的深度約為285m的內(nèi)部位置處增設(shè)一個位移監(jiān)測斷面，將其設(shè)置為3條，總共有10個監(jiān)測孔。與此同時，還應(yīng)當(dāng)對其內(nèi)部實施為期1年的治理間斷工作，并保證能夠在2年的時間內(nèi)完成所有的監(jiān)測任務(wù)。隨機抽查各級的錨桿以及錨索，保證其數(shù)量之和超過11個錨索測力計的實際測量結(jié)果[8]。而針對邊坡的錨下預(yù)應(yīng)力，則應(yīng)當(dāng)對其實施相應(yīng)的長期監(jiān)測工作，并將其監(jiān)測周期控制為2年。

4 結(jié)束語

總之，實現(xiàn)山區(qū)高速公路挖方路基邊坡穩(wěn)定性分析以及其相應(yīng)的動態(tài)設(shè)計工作對于發(fā)展我國高速公路事業(yè)具有重要的戰(zhàn)略意義，為此，文章對相關(guān)的分析工作以及設(shè)計工作進行了相應(yīng)的策略探討，希望能對相關(guān)人員有所幫助，也相信未來我國高速公路建設(shè)事業(yè)必將會更加繁榮地發(fā)展。