公路高邊坡加固技術(shù)研究

劉智國

摘 要：本文通過利用理論分析和數(shù)值模擬技術(shù)對某高速公路高邊坡加固技術(shù)進(jìn)行研究。分析了邊坡失穩(wěn)機理以及影響因素，通過三種工況的比選得出了最佳的支護(hù)方案。主要結(jié)論為：當(dāng)采用方案2的支護(hù)方式時，最大位移為4.6 mm，這說明當(dāng)采用抗滑樁支護(hù)對于限制邊坡滑體滑動由良好的效果，且最大位移始終發(fā)生在第一級邊坡處。當(dāng)采用方案3進(jìn)行邊坡支護(hù)時，最大位移為2.4 mm;隨著降雨時間的持續(xù)，邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)迅速減小，所以在施工剛完成時候應(yīng)嚴(yán)防降雨入滲。

關(guān)鍵詞：高邊坡;加固技術(shù);理論分析;數(shù)值模擬

1 緒論

高速公路具有流量大，快速，服務(wù)功能強等優(yōu)點，日益成為人們生活中必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。在公路長期運營過程當(dāng)中，由于受到車輛荷載、自重影響、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍?，公路路基與邊坡易造成不同程度的破壞，影響公路的正常使用，同時也給國家和社會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失[1-2]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的公路需要穿越丘陵與山區(qū)，復(fù)雜的地勢給公路修建帶來極大的技術(shù)難題。高速公路高邊坡的開挖常造成不良地質(zhì)災(zāi)害，因而引發(fā)經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。由此，對高速公路高邊坡進(jìn)行加固技術(shù)進(jìn)行深入研究，提出有效解決辦法，具有重大的經(jīng)濟效益和工程價值。

2 邊坡穩(wěn)定性機理

對邊坡變形有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的工程，需要對邊坡的變形量進(jìn)行控制，以防止邊坡失穩(wěn)，從未避免引發(fā)一系列事故。對邊坡變形標(biāo)準(zhǔn)要求較低時，應(yīng)避免邊坡出現(xiàn)快速滑落的現(xiàn)象，邊坡按照巖土體的變形機理可分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)斜坡。巖質(zhì)邊坡的破壞主要有以下幾種：1）滑移-壓致拉裂，即在滑坡體平緩的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的蠕變滑移。（2）滑移-拉裂，即滑坡體沿下扶軟弱面向坡體前方移動。（3）滑移-彎曲，由于前面滑移面沒有臨空，使得坡體下滑受阻，進(jìn)而使坡腳承受壓應(yīng)力，導(dǎo)致其彎曲。

邊坡在形成的過程當(dāng)中，其內(nèi)部原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了該百年，導(dǎo)致應(yīng)力的重新分布，為了適應(yīng)這種變化，邊坡出現(xiàn)了不同形式和不同程度的變形與破壞，只是其演變的內(nèi)部因素，而自然條件的變化和人類的活動的外在因素會引發(fā)其內(nèi)部變化。邊坡的巖形、高度以及邊坡的傾斜程度都會直接影響邊坡的穩(wěn)定。如土質(zhì)邊坡一般會由邊坡上大塊土體的整體下滑到導(dǎo)致滑坡，而巖質(zhì)邊坡是由范圍小而數(shù)量多的碎塊脫落導(dǎo)致崩塌現(xiàn)象。主要原因有：

（1）地質(zhì)構(gòu)造。包括邊坡所在區(qū)域褶皺、斷層以及節(jié)理等的發(fā)育程度。構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，斷層較多、裂隙發(fā)育，滑坡和崩塌現(xiàn)象時常出現(xiàn)。

（2）氣候。氣候?qū)τ诨碌漠a(chǎn)生有很大的影響，如惡劣的天氣以及氣候變化。夏天雨水較多的地區(qū)易發(fā)生山滑坡。

（3）地下水。水的浮力會影響水面以下的透水邊坡，降低其有效重力。同時，邊坡在水的沖擊下會產(chǎn)生臨空面導(dǎo)致邊坡發(fā)生破壞。

（4）邊坡形態(tài)。一般情況下，坡度越緩，坡高越小，穩(wěn)定性也越好。

3 數(shù)值模擬研究

本文以山西某地高速公路修建為工程背景，對路堤高邊坡填筑過程中的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。該線路全場45.96 km，設(shè)計時速80 km/h，路基寬度24.5 m。

3.1 模型的建立

模型大小的確立對數(shù)值模擬軟件的計算十分重要，當(dāng)模型尺寸較小時，精度難以滿足要求，當(dāng)模型尺寸過大時，計算量會增大，費時費力。根據(jù)研究目標(biāo)的實際情況，將模型大小建立為100×6×60 m（長×寬×高）。在z=0平面上將x、y、z三個方向進(jìn)行固定，在x=0以及x=100兩個平面上進(jìn)行x方向的固定;模型在y=0以及y=6平面進(jìn)行y方向上的固定;其余均為臨空的自由邊界。本構(gòu)模型采用庫倫-摩爾模型，土體參數(shù)見表1。模型示意圖見圖1。

3.2 工況模擬

方案1：未做防護(hù)。提出此方案主要是為了和其他的方案進(jìn)行對比，從而更好的體現(xiàn)支護(hù)效果的好壞。模型圖如圖2（a）所示。

方案2：第一、二、三級抗滑樁。在每級邊坡的坡腳設(shè)置一排抗滑樁，其短邊與邊坡的滑動方向相垂直，共設(shè)置三排?？够瑯兜某叽鐬?.4×2 m，第一排長13 m，間距5 m，錨固長度5 m，共34根;第二排樁長20 m，間距5 m，錨固長度6 m，共38根;第三排長27 m，間距5 m，錨固長度7 m，共42根。模型圖如圖2（b）所示。

方案3：第一級錨桿，第二、三級錨索。第一級采用三排錨桿，采用3×3 m的間距進(jìn)行布置，第二級采用三行錨索，采用2×3 m的間距進(jìn)行布置，第三級采用兩排錨索，同樣采用2×3 m的間距進(jìn)行布置，錨桿錨索的傾角為20°。模型圖如圖2（c）所示。

邊坡的數(shù)值模擬分析所得位移變化趨勢如圖3（a）、（b）、（c）所示。由圖3可知，在未做任何支護(hù)時，邊坡坡角處最大位移達(dá)到了6.4 mm，而做了支護(hù)的其他兩種方案，坡腳位移均有所減小。由圖2（b）可知，當(dāng)采用方案2的支護(hù)方式時，最大位移為4.6 mm，這說明當(dāng)采用抗滑樁支護(hù)對于限制邊坡滑體滑動由良好的效果，且最大位移始終發(fā)生在第一級邊坡處。當(dāng)采用方案3進(jìn)行邊坡支護(hù)時，最大位移為2.4 mm。

為分析降雨對改邊坡的安全系數(shù)的影響，繪制安全系數(shù)隨降雨時間的變化圖如圖4所示。由圖中4可知，隨著降雨時間的持續(xù)，邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)迅速減小。降雨持續(xù)一天時，穩(wěn)定系數(shù)將減小2.69%，連續(xù)降雨兩天后，穩(wěn)定系數(shù)減小6.18%，降雨持續(xù)三天，穩(wěn)定系數(shù)將減小9.86%，降雨四天后，穩(wěn)定系數(shù)相比無降雨時可降低12.1%。計算可得，施工后邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)為1.12，則如果在施工后發(fā)生連續(xù)降雨，如降雨可持續(xù)四天，邊坡安全系數(shù)為0.889<1.3，為欠穩(wěn)定邊坡，滑坡的危險陡增，因此在施工剛完成時候應(yīng)嚴(yán)防降雨入滲，若發(fā)生連續(xù)降雨，需要采取相應(yīng)的措施，如排水和邊坡覆蓋等措施。

4 結(jié)論

本文以某高速公路高邊坡為研究對象，對其加固技術(shù)進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬研究工作，主要結(jié)論為：

（1）邊坡在形成的過程當(dāng)中，其內(nèi)部原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了改變，導(dǎo)致應(yīng)力的重新分布，為了適應(yīng)這種變化，邊坡出現(xiàn)了不同形式和不同程度的變形與破壞，只是其演變的內(nèi)部因素，而自然條件的變化和人類的活動的外在因素會引發(fā)其內(nèi)部變化。

（2）當(dāng)采用方案2的支護(hù)方式時，最大位移為4.6 mm，這說明當(dāng)采用抗滑樁支護(hù)對于限制邊坡滑體滑動由良好的效果，且最大位移始終發(fā)生在第一級邊坡處。當(dāng)采用方案3進(jìn)行邊坡支護(hù)時，最大位移為2.4 mm。

（3）隨著降雨時間的持續(xù)，邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)迅速減小，所以在施工剛完成時候應(yīng)嚴(yán)防降雨入滲，若發(fā)生連續(xù)降雨，需要采取相應(yīng)的措施，如排水和邊坡覆蓋等措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]李原寶，徐劍.某高速公路復(fù)雜地質(zhì)路塹高邊坡防護(hù)工程設(shè)計[J].工程與建設(shè)，2019，33（2）：199-201.

[2]黃良啟，常晉沙.某高速公路高邊坡滑坡加固抗滑樁施工技術(shù)[J].工程建設(shè)，2019，51（3）：60-64.