填土反壓護(hù)坡在黃土陡邊坡公路中的應(yīng)用

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

填土反壓護(hù)坡在黃土陡邊坡公路中的應(yīng)用

□張光明 張征浩

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

為解決黃土挖方段路基外邊緣保護(hù)距離不足，自然邊坡較陡情況下，采用填土反壓護(hù)坡方法，能增加路基外邊緣安全距離，減少路中線調(diào)整產(chǎn)生的挖方量，防止在雨水沖刷和車輛震動下陡邊坡的破壞，保障道路行車安全。文章結(jié)合工程實際，重點討論利用填土反壓護(hù)坡來防護(hù)挖方段黃土外邊坡，解決保護(hù)距離不夠的問題，使挖方段路基外邊坡保持穩(wěn)定，保障行車安全。

填土反壓護(hù)坡；黃土陡邊坡；公路工程；應(yīng)用

1 引言

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，公路建設(shè)穿越黃土高原顯得日益平常。在黃土高原區(qū)，黃土呈多孔隙、有垂直節(jié)理和柱狀節(jié)理、無層理、天然條件下能保持近于垂直的邊坡特性。在公路工程建設(shè)中考慮到挖方側(cè)高邊坡穩(wěn)定及減少土方開挖以節(jié)省工程投資等因素，在全挖方路段中的局部路段，路基外邊緣與外邊坡坡頂?shù)木嚯x一般較短，有時候甚至＜0.50 m，而外邊坡為自然邊坡，坡度較陡，在雨水的長期沖刷侵蝕下，外邊坡極易出現(xiàn)崩塌滑落破壞，路基外邊緣保護(hù)距離不夠，這些局部段落長度總體＜20 m，一般為5～10 m，會嚴(yán)重影響到行車安全。設(shè)計時如果向挖方側(cè)調(diào)整道路中線，會明顯增加土方開挖量，深挖方路段可能要增加處治深挖方高邊坡穩(wěn)定所需的投資，如在該位置修建擋墻投資成本較高。如果路中線不調(diào)整，路基外邊緣保護(hù)距離不夠，長期運行會產(chǎn)生交通安全隱患。傳統(tǒng)的填土反壓是在抗滑段填土，以增加邊坡的抗滑力，達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的，主要處治邊坡滑坡問題。

2 填土反壓黃土邊坡設(shè)計

項目全長約124.07 km，雙向四車道，設(shè)計時速80 km/h，路基全寬24.50 m，為山嶺重丘區(qū)高速公路。項目區(qū)地處黃河中游東岸，屬西北黃土高原地帶，黃土丘陵溝壑區(qū)。路線范圍內(nèi)挖方段達(dá)數(shù)十處之多，部分路段路基外邊緣與外邊坡坡頂處距離為0.30～1 m，外邊坡自然坡高為5～20 m，黃土邊坡自然坡度為70°～90°。如圖1所示。

為保證挖方段外邊緣黃土邊坡的長期穩(wěn)定，減少外邊坡因為雨水沖刷、車輛等外力強烈擾動下產(chǎn)生的邊坡滑坍，而導(dǎo)致路基外邊緣行車保護(hù)距離不夠，采取利用挖方產(chǎn)生土方，在邊坡開挖臺階，水平方向填筑一定寬度和坡度的壓實土，然后在壓實土外側(cè)根據(jù)現(xiàn)場情況采取相應(yīng)的防護(hù)和排水措施，以保證新填筑壓實土坡的穩(wěn)定。根據(jù)需處治邊坡坡高大體采取以下兩種設(shè)計方案。

圖1 黃土陡邊坡挖方段路基斷面圖

2.1 邊坡坡高H≤8 m

填土反壓護(hù)坡平臺土方填筑要求：①沿挖方邊坡外邊緣自然邊坡開挖臺階，根據(jù)現(xiàn)場情況每個臺階水平寬度≥2 m，水平坡度采取3%向內(nèi)傾的倒坡，每個臺階坡度與原自然邊坡相同；②填土反壓填土頂平臺寬度根據(jù)現(xiàn)場情況宜≥3 m；③平臺填筑壓實標(biāo)準(zhǔn)與填方路基壓實標(biāo)準(zhǔn)相同，夯實范圍應(yīng)滿足交界處至坡腳線外3 m；④平臺外邊坡為1：1.50，與填方路基邊坡相同；⑤新填筑平臺邊坡防護(hù)根據(jù)現(xiàn)場情況確定：在坡腳附近常年無流水路段采取坡面全植草；在常年有流水或季節(jié)性流水路段坡腳采取漿砌片石護(hù)坡、邊坡上部采取拱形骨架植草防護(hù)措施；⑥新填筑平臺邊坡排水根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置排水設(shè)施，根據(jù)匯流面積計算坡腳排水溝、坡面急流槽的斷面尺寸。斷面尺寸見圖2。

2.2 邊坡坡高8 m＜H≤20 m

填土反壓護(hù)坡平臺土方填筑要求：①沿挖方邊坡外邊緣自然邊坡開挖臺階，根據(jù)現(xiàn)場情況每個臺階水平寬度≥2 m，水平坡度采取3%向內(nèi)傾的倒坡，每個臺階坡度與原自然邊坡相同；②填土反壓填土頂平臺寬度根據(jù)現(xiàn)場情況宜≥3 m；③平臺填筑壓實標(biāo)準(zhǔn)與填方路基壓實標(biāo)準(zhǔn)相同，夯實范圍應(yīng)滿足交界處至坡腳線外3 m；④平臺外邊坡與填方路基邊坡相同，H≤8 m時邊坡為1：1.50，8 m＜H≤20 m時為1：1.75，兩種坡度分界處采用折線；⑤土工格柵鋪設(shè)：從平臺頂向下每間隔2m高度鋪設(shè)一層，采用滿鋪；土工格柵采用雙向型，材料為高密度聚乙烯，縱、橫向極限抗拉強度≥50 kN/m，拉伸率≤10%，幅寬≥4m；土工格柵橫向相接處重疊30 cm，鋪設(shè)不允許有褶皺，應(yīng)用人工拉緊，并用φ10鋼筋制成U型釘將兩邊和搭接處錨固，錨釘間距為2 m；土工格柵接縫采用塑料帶綁扎；土工格柵在距離坡面0.30 m處回折形成包裹端頭，回折的橫向長度為1.50 m；當(dāng)填土高度達(dá)到2/3的層高時，將土工格柵回折埋入土中；⑥新填筑平臺邊坡防護(hù)根據(jù)現(xiàn)場情況確定：在坡腳附近常年無水流路段采取坡面全植草，在常年有流水或季節(jié)性流水路段采取拱形骨架植草防護(hù)措施；⑦新填筑平臺邊坡排水根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置排水設(shè)施，根據(jù)匯流面積計算坡腳排水溝、坡面急流槽斷面尺寸。具體尺寸見圖3。

圖2 H≤8 m時反壓護(hù)坡路基斷面圖

圖3 8m＜H≤20 m時反壓護(hù)坡路基斷面圖

3 填土反壓黃土邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 極限平衡法

極限平衡法依據(jù)邊坡上的滑體或滑體分塊的靜力平衡原理來分析邊坡在各種破壞模式下的受力狀態(tài)，以及邊坡滑體上的抗滑力和下滑力之間的關(guān)系來對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價的計算方法。出發(fā)點基本上都是假定土體是理想的塑性體，不考慮土體本身的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，直接將土體作為剛體按極限平衡的原則進(jìn)行受力分析，分析后能較直觀的反應(yīng)出邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)。在工程實踐中應(yīng)用較廣泛，文章擬采用瑞典條分法和簡化畢肖普法對比分析。項目經(jīng)過地質(zhì)勘察，不考慮地下水和地震對邊坡穩(wěn)定的影響，室內(nèi)強度試驗得到黃土內(nèi)摩擦角φ=30°，黏聚力c=40 kPa，重度γ=19 kN/m3，土工格柵縱橫向極限抗拉強度取50 kN/m。

填土為路塹挖方棄方，均為黃土，假定采用滑動面為圓弧滑動面。畢肖普法是在不考慮條塊間切向力，滿足力多邊形閉合條件，實際上條塊間隱含有水平力的作用，通過邊坡穩(wěn)定分析計算，簡化畢肖普法計算滑動安全系數(shù)k=2.11；瑞典條分法是將土條兩側(cè)的條間力的合力近似看成大小相等、方向相反、作用在同一作用面上，假定不計條間力影響，而實際上每一土條兩側(cè)的條間力是不平衡的。經(jīng)過大量實踐證明：在邊坡穩(wěn)定性分析中，當(dāng)土條寬度不大時，忽略條間力的作用對計算結(jié)果并沒有顯著的影響，而且此法應(yīng)用的時間較長，積累的工程經(jīng)驗很豐富，該法得到的安全系數(shù)偏低，即偏于安全，通過該法計算滑動安全系數(shù)k=2.02。畢肖普法由于考慮了條塊間水平力作用，因此得到的安全系數(shù)較瑞典條分法略高一些，均滿足k＞1.25規(guī)范要求。

3.2 工程現(xiàn)場安全監(jiān)測

通過對填土反壓邊坡的監(jiān)測，能夠及時了解邊坡在施工期和運行期坡體的工作性態(tài)，保證施工期和運行期工程的安全，很好地驗證邊坡治理的效果。安全監(jiān)測的指導(dǎo)思想主要是：兼顧全局，重點突出、及時準(zhǔn)確、安全可靠、實施全過程監(jiān)測、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工期和運行區(qū)安全監(jiān)測應(yīng)相結(jié)合相銜接、布置儀器力求少而精。考慮到項目重要性、投資成本及監(jiān)控難易程度等因素，采用簡易觀測法。

設(shè)置簡易位移邊樁與測斜管，監(jiān)測儀器主要采用全站儀、水準(zhǔn)儀。通過對垂直變形與水平變形監(jiān)測，可計算出坡體潛在的滑坡角度，為處理措施提供依據(jù)。旱季和少雨季節(jié)每月觀測頻率為1～2次；雨季每周觀測1次。暴雨和雨天過后數(shù)天內(nèi)每天觀測一次。在邊坡填土反壓工程完工后六個月內(nèi)或當(dāng)年雨季結(jié)束后三個月無明顯位移時可結(jié)束觀測。

通過對項目中15處邊坡坡高8 m＜H≤20 m的工況進(jìn)行了施工中和完工后三個月的邊坡安全監(jiān)測，填土反壓邊坡水平位移和豎向（沉降）位移較小，邊坡是穩(wěn)定的。

4 結(jié)語

通過上述工程實踐可以得出以下結(jié)論：①填土反壓護(hù)坡在黃土區(qū)陡邊坡公路建設(shè)中具有重大的作用，方案是可行的；②填土反壓護(hù)坡是利用邊坡挖方的棄方，本身能減少棄方外運成本，減少棄土場的數(shù)量和揚塵污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；③填土反壓護(hù)坡施工方法較簡單，施工中易控制施工進(jìn)度和保證施工質(zhì)量。

U417.12

B

1673-8853（2017）04-0087-02

2017-2-27

編輯：劉長垠

張光明（1983.10-），男，水利工程師，工學(xué)碩士，主要從事道路橋梁工程設(shè)計工作。