灰?guī)r路塹邊坡分級(jí)開挖過程中穩(wěn)定性分析

時(shí) 祥 （中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

安徽省公路通車總里程增長(zhǎng)較快，根據(jù)《安徽省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2016～2030年）》，我省正在并將繼續(xù)大力發(fā)展高速公路建設(shè)。而公路邊坡崩塌災(zāi)害問題也越來越突出，若處理措施不當(dāng)，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的傷亡事故，而且會(huì)造成惡劣的社會(huì)影響。本文以宿州市S404宿城至皖蘇界改建工程一標(biāo)段為依托，進(jìn)行邊坡分級(jí)開挖過程的穩(wěn)定性分析，為類似高速公路邊坡設(shè)計(jì)、施工提供參考依據(jù)。

1 工程概況

1.1 概述

以宿州市S404宿城至皖蘇界改建工程一標(biāo)段K18+430～K18+650灰?guī)r邊坡為研究對(duì)象，左側(cè)平均防護(hù)高度為8.5m、16.5m，其中最高處為22.82m，右側(cè)采用四級(jí)坡錨桿框格防護(hù)，平均防護(hù)高度為23.0m，最大防護(hù)高度為33.06m，坡率均為1:1，各級(jí)平臺(tái)寬度2m。開挖方案見圖1。

圖1 高邊坡分級(jí)開挖方法

1.2 地質(zhì)概況

該地段基巖大部分出露較好，局部零星出露，基巖為寒武紀(jì)（ε）中風(fēng)化石灰?guī)r，灰黃色、灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖性較堅(jiān)硬，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，見溶蝕現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度為 80～105kPa，其飽和抗壓強(qiáng)度為26.3～60.3MPa。巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ～Ⅵ級(jí)，土石類別為堅(jiān)石，構(gòu)造物基礎(chǔ)較好，局部見小型崩塌、滑坡。該區(qū)總體工程地質(zhì)條件較好。

2 模型建立

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際邊坡尺寸，1:1的建立模型單元，按照平面應(yīng)變建立計(jì)算模型，厚度方向?yàn)?m，如圖2所示。

圖2 三維計(jì)算模型

采用摩爾庫(kù)倫模型計(jì)算，計(jì)算參數(shù)如下表。

3 邊坡分級(jí)開挖計(jì)算結(jié)果分析

3.1 開挖邊坡應(yīng)力特征

邊坡分級(jí)開挖過程中造成應(yīng)力不斷調(diào)整，從圖3和圖4中可以看出，最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力隨著分級(jí)開挖，在坡腳處出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，需要在開挖過程中注意坡腳的防護(hù)，提高邊坡施工過程中的穩(wěn)定性。

從圖5和圖6中可以看出，剪應(yīng)力和剪應(yīng)變隨著分級(jí)開挖，在坡腳處變化最為明顯，造成邊坡坡腳的穩(wěn)定性降低，需要加強(qiáng)坡腳支護(hù)以提高邊坡整體穩(wěn)定性。

3.2 開挖坡體位移特征

圖3 分級(jí)開挖最大主應(yīng)力分布云圖

圖4 分級(jí)開挖最小主應(yīng)力分布云圖

圖5 分級(jí)開挖剪應(yīng)力分布云圖

圖6 分級(jí)開挖剪應(yīng)變分布云圖

從圖7和圖8中可以看出，分級(jí)開挖過程中對(duì)水平位移和豎向位移影響較大，其中，第三次和第四次開挖對(duì)位移影響較大，第三次開挖的水平位移為4.80mm，豎向位移為38.14mm，第四次開挖的水平位移為5.62mm，豎向位移為41.85mm，坡腳處位移最為明顯，需加強(qiáng)坡腳支護(hù)。

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圖7 分級(jí)開挖水平位移分布云圖

圖8 分級(jí)開挖豎向位移分布云圖

4 邊坡支護(hù)方案

通過以上分析，隨著開挖工程的推進(jìn)坡體內(nèi)部應(yīng)力逐漸加大，坡腳處可能產(chǎn)生局部破壞，因此，采取施工方案如下。

①邊坡采用臺(tái)階式邊坡：邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)自下而上按8m一級(jí)放坡，各級(jí)坡面坡率均采用1:1。

②邊坡的坡面防護(hù)形式主要采用錨桿框格梁配合植草灌進(jìn)行邊坡加固防護(hù)，錨桿長(zhǎng)度9m，鉆孔深度為9.4m，一片框格梁肋柱長(zhǎng)11.31m，橫梁長(zhǎng)5.98m，頂梁長(zhǎng)5.98m，入射角為30°，兩片之間留2cm伸縮縫。框格梁采用C20混凝土，豎肋基礎(chǔ)采用C25混凝土，框格梁底部為2m寬平臺(tái)。

③坡頂設(shè)置淺碟形截水溝，采用10cmC25混凝土護(hù)面，邊坡平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)截水溝，采用M7.5漿砌片石砌筑，尺寸為0.3 m×0.4m，坡腳處設(shè)置矩形排水溝，采用C25混凝土，尺寸為0.6m×0.6m。

5 結(jié)語

本文建立了路塹邊坡分級(jí)開挖過程的數(shù)值分析模型，進(jìn)行了最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、剪應(yīng)力、剪應(yīng)變和位移在開挖過程中的邊坡穩(wěn)定性分析，表明了坡腳位置是防護(hù)的重點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)坡腳支護(hù)，并設(shè)計(jì)了支護(hù)方案，為現(xiàn)場(chǎng)邊坡施工提供了依據(jù)。