不同處理方式下的路基邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究

張燕

（邯鄲市交通運(yùn)輸局公路勘察設(shè)計(jì)院，河北邯鄲 056004）

1 工程概況

某公路工程的第四標(biāo)段，該標(biāo)段所在區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件復(fù)雜程度相對(duì)較高，大部分地基為軟基。原設(shè)計(jì)方案中的取土場(chǎng)由于深度過淺，無(wú)法滿足路基填筑需要。為確保路基填筑施工順利開展，對(duì)沿線上的料源加以調(diào)查，天然砂和磚渣土以及石渣才摻水泥等，均可為路基填料。本次研究的重點(diǎn)是各類填料路基的邊坡坡率，通過不同處理方式下，路基邊坡的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定出相應(yīng)填料路基最合理的邊坡坡率，為后續(xù)施工提供技術(shù)支撐，保證路基修筑順利完成。

2 不同處理方式下的路基邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

依據(jù)本工程的地質(zhì)資料，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件，利用路基填料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用模擬的方法，對(duì)路基不同處理方式下的工況進(jìn)行演算，優(yōu)選出路基邊坡的最佳坡率及護(hù)坡形式。具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法如下。

2.1 換填處理下的邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1.1 換填設(shè)計(jì)方案

在換填處理方式下，路基邊坡的坡度設(shè)計(jì)為1∶1.3，其中上路堤的換填材料選用的是4%的石灰土，下路堤的換填材料有以下幾種：4%的石灰土和4%的水泥土、磚渣土、麻古砂（花崗巖風(fēng)化后的產(chǎn)物）和素土。上路床的換填方案如下：換填深度為150cm，選用4%的石灰土作為換填材料，下路床不處理[1]。按照上述工況，借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)路基邊坡仿真模擬后獲得以下數(shù)據(jù)：以4%的石灰土作為回填材料時(shí)，邊坡的安全系數(shù)最高，為3.0；4%的水泥土次之，安全系數(shù)為2.89；素土作為換填材料時(shí)的安全系數(shù)最低，僅為1.9。依據(jù)上述方案，模擬不同工況下的邊坡塑性應(yīng)變、水平位移及安全系數(shù)，具體包括邊坡坡度為1∶1.5時(shí)，上路床不做任何處理的工況；邊坡坡度為1∶1.5時(shí)，對(duì)上路床做換填處理的工況；邊坡坡度為1∶1.3時(shí)，路床換填的工況[2]。

2.1.2 換填優(yōu)化結(jié)果

（1）邊坡坡度為1∶1.5，上路床采用換填的方法處理，在選取不同填料的情況下，路基邊坡發(fā)生失穩(wěn)時(shí)，水平位移均存在增加的現(xiàn)象。以4%的石灰土、4%的水泥土作為換填材料填筑路基，失穩(wěn)后水平位移的幅度小于其他換填材料；以麻古砂作為換填材料時(shí)，邊坡失穩(wěn)后的水平位移幅度最大。

（2）邊坡坡度為1∶1.3，用素土回填下路堤，以4%的石灰土、磚渣土、麻古砂作為換填材料，對(duì)邊坡上路床換填后，路基邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)時(shí)的水平位移比邊坡坡度為1∶1.5，以換填法處理的邊坡水平位移高很多[3]。采用4%水泥土對(duì)路基邊坡的上路床換填后，邊坡失穩(wěn)后的水平位移有所下降。

（3）通過對(duì)不同處理方式下，路基邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)后的塑性應(yīng)變情況對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用換填的方法處理上路床后，邊坡坡度為1∶1.3 和坡度為1∶1.5 這兩種工況下，用4%的石灰土、磚渣土作為填料時(shí)，路基邊坡在發(fā)生失穩(wěn)后，塑性應(yīng)變較為穩(wěn)定。采用4%的水泥土作為換填材料對(duì)下路堤換填處理時(shí)，路基邊坡發(fā)生失穩(wěn)后的塑性應(yīng)變相對(duì)較大。

（4）由模擬結(jié)果可知，邊坡坡度為1∶1.5時(shí)，上路床的軟土地基經(jīng)換填處理后，在不同填料下，路基邊坡的安全系數(shù)均有一定程度的提升，隨著安全系數(shù)的提升，邊坡隨之變得更加穩(wěn)定，失穩(wěn)問題得到解決；上路床經(jīng)換填的方法處理后，邊坡坡度為1∶1.3的工況下，路基的安全系數(shù)比坡度為1∶1.5時(shí)略高。由此表明，當(dāng)邊坡的坡率收縮后，會(huì)影響到邊坡結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。以4%的水泥土、4%的石灰土和磚渣土作為換填材料時(shí)，坡度1∶1.3與上路床換填處理的路基邊坡比坡度為1∶1.5上路床不處理的情況，邊坡的安全系數(shù)更高[4]。

2.2 打樁處理下的邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 打樁設(shè)計(jì)方案

邊坡角度為1∶1.3，以4%的石灰土作為填料，對(duì)上路堤做換填處理，并用五種填料對(duì)下路堤做換填處理，包括4%的石灰土、4%的水泥土、磚渣土、麻古砂和素土。上路床的處理方案為打樁，深度為150cm，不處理下路床。依據(jù)上述工況，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)路基邊坡仿真模擬后獲得以下數(shù)據(jù)：下路堤換填時(shí)，選用的填筑材料為4%的石灰土?xí)r，路基邊坡的安全系數(shù)最高為3.03，素土作為填料時(shí)的邊坡安全系數(shù)最低，僅為1.9[5]。根據(jù)上述方案，對(duì)不同工況下的邊坡塑性應(yīng)變、水平位移及安全系數(shù)進(jìn)行模擬，具體包括邊坡坡度為1∶1.5 時(shí)，上路床不做任何處理的工況；邊坡坡度為1∶1.5 時(shí)，對(duì)上路床做打樁處理的工況；邊坡坡度為1∶1.3時(shí)，路床打樁處理的工況。

2.2.2 打樁優(yōu)化結(jié)果

（1）邊坡坡度為1∶1.5，采用打樁的方法處理邊坡上路床后，在不同換填材料下，邊坡失穩(wěn)時(shí)，水平位移均呈現(xiàn)增加的態(tài)勢(shì)。水平位移相對(duì)較小的情況出現(xiàn)在換填材料為4%水泥土和4%石灰土?xí)r，麻古砂作為換填材料時(shí)，水平位移的幅度最大。

（2）邊坡坡度為1∶1.3，下路堤以不同的填料處理后，再通過打樁的方法處理上路床，路基邊坡發(fā)生失穩(wěn)的情況時(shí)，邊坡水平位移的幅度要明顯高于邊坡坡度為1∶1.5的工況。

（3）通過對(duì)不同工況下，路基邊坡發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象的塑性應(yīng)變對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，以打樁的方法處理上路床后，邊坡坡度為1∶1.3 的工況要比坡度為1∶1.5 的工況，塑性變形更穩(wěn)定。當(dāng)采用4%的水泥處理下路堤后，邊坡的塑性應(yīng)變會(huì)有所下降[6]。

（4）根據(jù)模擬結(jié)果可知，邊坡坡度為1∶1.5 時(shí)，采用打樁的方法處理邊坡上路床，并用不同的填料處理下路堤后，使邊坡的安全系數(shù)得到顯著提升，上述填料中不包含素土，使用素土回填，安全系數(shù)未發(fā)生改變；在邊坡坡度為1∶1.3 的工況下，以打樁的方法對(duì)上路床處理后，并用不同的填料回填下路堤，邊坡的安全系數(shù)與坡度1∶1.5 的工況相比有所下降。由此可見，邊坡坡度1∶1.3的工況，不適宜邊坡優(yōu)化。

2.3 擋墻處理下的邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 擋墻設(shè)計(jì)方案

路基邊坡的坡度為1∶1.3，采用4%的石灰土作為填料對(duì)上路堤做換填處理，并用5類填料對(duì)下路堤換填，包括4%的石灰土、4%的水泥土、磚渣土、麻古砂和素土。上、下路床均不處理，在坡腳位置處施作擋墻。依據(jù)上述工況，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)路基邊坡仿真模擬后獲得以下數(shù)據(jù)：下路堤換填材料為4%的水泥土?xí)r，路基邊坡的安全系數(shù)最高，為2.78；4%的水泥土次之，為2.76；素土作為換填材料時(shí)的安全系數(shù)最低，為1.99[7]。

2.3.2 擋墻優(yōu)化結(jié)果

邊坡坡度為1∶1.5，采用擋墻處理坡腳后，路基邊坡失穩(wěn)時(shí)，水平位移有所減小，下路堤采用4%的水泥土或4%的石灰土作為填料做換填處理后，邊坡發(fā)生失穩(wěn)狀態(tài)，水平位移較小，以磚渣土作為填料換填后，在邊坡失穩(wěn)狀態(tài)下水平位移減小的幅度最大。由此可見，在坡腳處修筑擋墻，能夠使邊坡失穩(wěn)后的水平位移顯著減小，該處理方式在坡度為1∶1.5的工況下具有良好的適用性[8]。不僅如此，擋墻處理后的邊坡安全系數(shù)可得到進(jìn)一步提高。

3 結(jié)語(yǔ)

為有效防止路基邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，在邊坡設(shè)計(jì)過程中，要分析不同處理方式對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)安全性的影響，據(jù)此選擇適宜的處理方式，提高邊坡的安全系數(shù)，此舉對(duì)公路邊坡設(shè)計(jì)水平的提升具有重要意義。