大內高速深挖路塹邊坡穩(wěn)定性分析

汪 鑫

(重慶大內高速公路有限公司，重慶 400000)

1 前言

隨著我國高速高速網絡日趨完善，四通八達，公路建設時期隨之帶來的工程問題也層出不窮，其中路基邊坡的穩(wěn)定性問題成為中外專家學者研究的重要課題。公路邊坡的穩(wěn)定性計算理論和判別依據(jù)的選擇直接關系到高速建設工程中的質量安全，計量計價，責任成本和之后的養(yǎng)護管理等等[1],因此，我們需時刻保持如履薄冰的狀態(tài)對待邊坡治理工作，切實強化對邊坡穩(wěn)定性的分析，保證施工生產安全，有效防治二次災害的發(fā)生。安全責任無小事的理念，做好公路邊坡防治工作具有重大的經濟和現(xiàn)實意義。

2 圓弧法邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 圓弧滑動面理論

針對邊坡穩(wěn)定性評價的方法已有多種理論，各有優(yōu)缺點，學術界大致對方法分為定性分析和定量分析兩種，在目前國際邊坡分析領域上對驗算黏性土坡穩(wěn)定性的首選方法是定量分析法中的其中一種，圓弧法。此外，比如有限元建模方法也應用非常廣泛[2]，實踐表明，用粘性土填筑的路堤，邊坡滑坍時的破裂面形狀為曲面，為簡化計算，通常假設為一圓弧狀滑動面。本文選用的就是圓弧法中條分法來驗證邊坡穩(wěn)定性。

2.2 圓弧滑動面的表解法計算步驟

使用圓弧法的前提是滿足滑動體的力學平衡條件，求出的穩(wěn)定安全系數(shù)是抗滑力矩與滑動力矩的比值，通過重復計算不同半徑圓弧所得的系數(shù)，提取最小值，之后再與容許穩(wěn)定系數(shù)相比，看是否符合穩(wěn)定條件。表解法計算步驟如下[3]。

(1)對于均勻介質，直線型邊坡滑動面通過坡腳，坡頂為水平延伸到無限遠時，穩(wěn)定性驗算條分法可簡化為表解法，圓心位置的確定是采用國際通用的36°法(此結果算出的穩(wěn)定系數(shù)應與實際相比適當增大)。計算示意如圖1。

圖1 邊坡穩(wěn)定性分析(表解法)計算示意圖

表解法穩(wěn)定系數(shù)K的計算式為：

(1)

(2)將劃分好的土條高度a，寬度b及弧長L換算成需要計算邊坡高度H的一個數(shù)學函數(shù)，即a=ζH，b=βH，L=λH，式中:H為邊坡高度，m;c為土的粘聚力，kPa;f為土的內摩擦系數(shù)，f=tgφ;γ為土的容重(KN/m3);K為穩(wěn)定系數(shù)。A、B 為取決于邊坡幾何尺寸的系數(shù)：

(2)

(3)根據(jù)計算， A、B的取值根據(jù)路基邊坡坡度的變化而變化，不同邊坡坡度下，滑動圓弧不同試算圓心所對應的A、B值，計算時可直接查表[4]。

(4)取值時，可根據(jù)地址勘察報告、當?shù)貛r土性質、抗剪抗壓強度指標、土體泊松比、有無軟弱圍巖、建設公路等級和地區(qū)氣候特點及個人工程經驗綜合考慮[5]。一般容許穩(wěn)定系數(shù)K=1.25～1.50。當計算Kmin

3 工程實例

3.1 工程概況

大內高速(重慶段)起于渝蓉高速公路大足西互通與三驅樞紐互通之間的黃橋村附近，設黃橋樞紐互通與渝蓉高速相接。接四川內江至南溪高速公路的內江至大足段，路線全長31.124km。

3.2 工程條件

3.2.1 地形地貌

K7+460～K7+800深挖路塹段縱軸線設計高程408.322～408.956m。路段區(qū)屬剝蝕丘陵地貌。在道路的右側將形成最高約為37.17m的挖方邊坡，左側將形成最高約為33.74m的挖方邊坡(如圖2)。

圖2 K7+460～K7+800深挖路塹段工程地質剖面圖

3.2.2 地質構造

(1)侏羅系上統(tǒng)遂寧組泥巖(Jзsn)：紫紅色，主要由粘土礦物組成，含少量砂質。泥質結構，中厚層狀構造，強風化段裂隙發(fā)育，巖體破碎，質軟，強風化厚度2.1～5.8m，土石工程分級為三級硬土。

3.3 邊坡穩(wěn)定性分析

通過查表及根據(jù)上訴公式計算，得出：

表1 表解法計算K值結果表

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》，邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)應在K=1.25～1.50的要求范圍之內，經查表計算，本實例中深挖路塹段最小抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kmin=1.26>1.25，略大于容許系數(shù)，所以該邊坡滿足邊坡穩(wěn)定性要求。

4 結論和建議

(1)大內高速公路K7+460～K7+800深挖路塹段邊坡，采用的條分法中的分支表解法計算求解，查表算出邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)為1.26，數(shù)據(jù)說明施工后邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，但畢竟表解法數(shù)據(jù)的準確性依賴于滑動圓弧半徑細分的程度，而且算出的數(shù)據(jù)是針對整體邊坡考慮，這并不代表局部邊坡安全可靠，局部仍有可能在通車運營后發(fā)生塑性變形，所以建議本路段邊坡采用混凝土骨架植草護坡，確保邊坡在今后公路運營期不發(fā)生失穩(wěn)。

(2)根據(jù)本工程概況及地址勘察報告顯示，水文氣象對該路段穩(wěn)定性影響較大，故路塹邊坡坡頂建議設置截水溝和排水溝，遇發(fā)生裂隙，破碎等特殊部位時應在坡腳設置重力式擋土墻作加強抗滑力的措施或者改變放坡率，更加能保證其穩(wěn)定性。