坡外水對路堤邊坡穩定性影響分析

馬居軍

山東省濟陽縣公路管理局，山東 濟南 251400

影響路堤邊坡穩定性的因素有很多，基本可以分為兩大類：一是邊坡的自身結構因素，由于邊坡土體的力學特性等產生影響，如巖土體的軟弱結構面等；二是邊坡形成的各種地質環境因素，如地質應力、地下水等。在自然界中，大多數存在臨水邊坡的位置，都可能由坡外水位的變化而造成坡內地下水的改變，并對邊坡穩定性產生影響。

1 路堤邊坡穩定性分析中的不確定性

1.1 模型的不穩定性

模型的不確定性主要反映在試驗設計過程中采用的分析方法不同，對模擬的實際情況有所差距。所有數學模型在模擬巖土材料時，都會存在特性的近似，而在建立或者應用安全系數（K）的計算模型中，可能造成誤差的不確定，這些不確定性主要由于：

1）計算模型的選擇差距。由于分析坡外水對路堤邊坡穩定性影響的計算模型有很多，而且不同的模型建立在不同的假定基礎上，應用于不同地質對象。選擇的模型不同，注定會引起誤差，即使選擇的是恰當模型，其基本假定的參數與內容，也與具體工程條件存在差距，因此由其引發的誤差具有不確定性；

2）力學分析誤差。在極限平衡法計算中，一般不會考慮到滑體自身的力學作用，即使有些工程中加以考慮，也十分粗糙；在數值分析法中，對巖土介質的本構關系及破壞準則等都以假設形式存在，在力學分析中的簡化處理，也會產生一定誤差，并具有不確定性；

3）影響因素的簡化。由于安全系數（K）的計算較為復雜，需要考慮多方面因素，但是單純從模型中無法全部表達，只好選擇一些主要因素，而適當放棄一些次要因素。僅此，影響因素的簡化，也將帶來誤差的不確定性。

1.2 參數的不確定性

參數的不確定性主要指在計算模型中，考慮到的各方面因素具有不確定性。參數的不確定性主要包括外界的分布不確定性、荷載力的大小區別以及巖土介質物理學的不確定性等。具體內容分析如下：

1）樣本不足或調查差距。巖土介質物理學的參數“真值”是未知的，需要通過一系列試驗樣本等結果進行估算。但是由于受到試驗條件或樣本條件的限制，試驗不可能完全徹底，或者由于樣品不足也會形成誤差。另外，對于不同樣本的估算，也會獲得不同結果，它們可能與“真值”之間存在一定差距；

2）試驗或者勘測的誤差；

3）巖土性質的可變性。由于天然巖土介并不是均質材料，受到長期的復雜物理學、地質學、化學等作用，其物理學性質會隨著時間空間而呈現隨機分布。對于同一個工程來說，不同位置的物理學性能指標差距1個～2個數量級，而且這種巖土介質特性的不斷變化，是其自身固有的性質，無法通過人為因素控制。巖土介質的物理學特性多需要借助某種試驗或者勘測方法而直接獲得。但是由于受到科學技術的限制，有些試驗儀器難以達到試驗需要的精度，再加上試驗方法的不確定性，都可能為最終試驗數據帶來干擾。因此，各種因素都有可能帶來試驗結果的誤差，且這種誤差具有不確定性，但是也可以通過人為因素盡量降到最低。

2 坡外水對路堤邊坡穩定性的影響計算

2.1 計算模型的搭建

以某魚塘區的路基為例，需先將底部淤泥清理到硬底部位，換填厚度約為2m的亞粘土，再繼續進行堆載、路基和路堤的施工。路堤的高度應以填筑壓實后的高度為準，而無需考慮施工堆載過程中產生的超載高度。斷面模型如圖1所示：

圖1 路基和路堤斷面模型

2.2 參數計算

在施工設計階段，一般不會涉及巖土的參數資料，因此需要計算巖土參數。根據土工試驗報告，獲得各巖土層中的參數值。由于堆載施工與路堤填筑的速度比較快，再加上需要進行地基打設袋裝砂井的處理工作，因此對軟土應該考慮到參數計算、排水固結等，使用固結不排水的試驗值。

2.3 瀝青面層厚度變化

早期修建的高速公路面層結構：國道主干線一般為4cm細粒式AC+5cm中粒式（粗粒式）AC+7cm粗粒式AC，瀝青面層總厚度為16cm；山東地方高速公路為4cm細粒式AC+5cm中粒式（粗粒式）AC+6cm粗粒式AC ；新世紀中期山東省高速公路一般為 4cm細粒式AC+6cm中粒式（粗粒式）AC+8cm粗粒式AC；近期路面結構一般根據交通量來確定，4cm～6cm細粒式（中粒式）AC+6～8cm中粒式（粗粒式）AC +8～12cmATB。瀝青面層厚度變化如圖2所示。

圖2 瀝青面層厚度變化

2.4 工況的計算

參照路堤兩側是否存在蓄水并作用在路堤坡腳位置，應考慮將模型兩側的水深2m處及水抽干兩種情況下，進行路堤穩定性計算。當存在坡外水時，應將坡外的靜水壓力附在坡面上方，以飽和重度考慮水位以下的土體狀況。

2.5 計算結果分析

經測量結果，通過對抽水前與抽干水后的路堤穩定情況比較，路堤邊的穩定性主要由軟基強度來決定，一般路堤失穩多由軟基整體失穩造成。

3 提高邊坡穩定性的措施

3.1 截排水處理工程

截排水工程主要包括地下排水工程與地面排水工程。一方面，地下排水工程中大多采取盲溝形式，可有效改善路堤邊坡的失穩問題或者其它類型的路基病害都可獲得較好效果；另一方面，地面排水工程則是通過攔截邊坡的形式，將地面水或者邊坡范圍中的地表水排除。通過邊坡滲溝方式也可有效排除邊坡的地表滲水或者層間水。

3.2 邊坡防護工程

通過在坡面終止植被的方式，也可有效改善坡面土體的固著力，并避免形成表面沖刷。鋪設草皮應盡量選擇其容易成活的季節。如果是在滿鋪漿砌片石或者漿砌片石的構筑物時，需要在骨架中鋪設草皮以保護坡體，或者選用其他骨架護坡形式夯實骨架中的填土，避免邊坡出現沖刷或者滲漏。

3.3 支擋處理

如果邊坡內部或者坡腳位置產生坍塌，且坍塌體較厚的情況下，清理較困難，甚至可能造成更大面積的坍塌，可根據滑體推力的大小等，選用漿砌片石擋土墻、錨索、錨桿、錨管注漿等形式，加快實現邊坡平衡，避免更大范圍的坍塌。

4 結論

邊坡排水系統是一種網格系統,縱、橫向排水溝槽的功能有很大區別。地區降雨量大,降雨入滲邊坡后無法排出,聚集在混凝土防護層下,土體吸水軟化,強度降低,導致坡面附近安全系數降低,邊坡失穩。環境與交通的變化，對公路邊坡原材料有較大影響，采用瀝青路面結構從半剛性基層的一統天下到多元化的路面結構，主要體現在面層厚度的變化，混合料類型的變化，基層類型的變化以及原材的變化等等。

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