山區高速公路挖方路基邊坡穩定性及動態設計分析

唐 榮，李云霞

（山東職業學院，山東 濟南 250000）

實現高速公路的高質量建設對于保證車輛的安全以及快速行駛具有重要意義，對此，高速公路施工企業應采取必要的措施以促使高速公路的建設能夠快速有效地進行。高速公路建設工作對路線平縱線的指標要求相對較高，這是因為當施工進程運行至地貌地形比較復雜的路段時，如果有平縱指標的限制將會經常出現深挖路段的情況，從而造成高速公路施工企業的工程量逐漸加大，進而導致企業的經濟效益急劇下滑。隨著我國高速公路事業的快速發展，要想實現巨大規模高速公路工程項目的有效運行，高速公路施工企業必須對挖方路基邊坡加固與防護工作加以足夠的重視。當前我國級別較高的高速公路建設項目的數量正在不斷增加，挖方路基邊坡的施工作業出現邊坡損壞問題的情況也隨之增多[1]。基于此，文章首先探究了相關重點案例，再對可能即將發生損壞現象的山區高速公路挖方路基邊坡的穩定性進行分析，使用相應的計算軟件執行動態策劃工作，以促使山區高速公路挖方路基邊坡能夠得到必要的加固。

1 工程概況

該高速公路建設項目是陜西省轄內的一段高速公路，其路線走向為由北向南，總長度為13.87km，其途經兩條隧道、兩座橋梁、四道涵洞，所占據的橋隧比例為15.7%。該高速公路建設項目途經某座知名山脈，其位于結構多變的地貌地形中，其所處地形的結構多樣，丘陵、山嶺地形偏多，其中還夾雜著狹長河谷以及山間盆地等地形地貌，其地形高低偏差比較明顯。山嶺地形的海拔高度多為390～710m，平均的高低差為180～350m。該高速公路建設項目的施工路段主要由泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖、炭質粉砂巖、軟質巖等構建而成[2]，由于隧道段內軟質巖數量較多，因此會對隧道的修建作業產生極為明顯的消極影響。其河谷段內水系比較豐富，其流速也較大，雨季較長。

在實施該高速公路建設項目時，應詳細了解挖方路基邊坡周邊地界的水系條件、地理條件、排水系統、邊坡大小、詳細施工策略等要素，之后再全面分析其自行固坡作業以及其相應的人建邊坡測驗工作。具體來講，應當保證路塹邊坡的高度不超過18m，并且邊坡的坡率不能比相關的規定數值大。對于地質惡劣的特殊路段，應當對其實施個別測量工作，而后再對其實施科學計劃方案的制訂工作。如果巖質邊坡的高度在30m以下，則應當依照相關的操作規范精確判斷巖體種類。針對出現結構面外傾軟弱現象的巖石邊坡和坡頂負荷較重的邊坡，可以對其實施個別勘察工作后再實施相應的穩定性分析工作以及必要的動態設計工作[3]。

2 穩定性分析

對山區高速公路挖方路基邊坡的巖體實施必要的探究工作，明確分辨其屬于哪一種類型的破壞方式，對于比較危險的層狀巖石邊坡，要詳細說明其關鍵層面的特點。再根據形變的實際損壞情況來有效構建工程質料模型，以此為后續的地質力學剖析工作以及治理計劃工作提供必要的參考數據。在未實施挖掘工作時，層狀的巖體斜坡能夠保持較為穩定的狀態，然而一旦開挖工作實施之后，這種平衡就會遭到破壞，進而造成邊坡的周圍巖體發生失重回彈現象，使得邊坡的應力產生較為明顯的集中效應。之后層狀的巖石邊坡會相應產出一個形變大小不夠明顯、外形為其他類型的邊坡。如果變形聚集起來的應力程度較大時，層狀的巖石邊坡極易發生巖體崩壞的情況[4]。

2.1 有限元計算模型

為促使山區高速公路挖方路基失穩緣由探討工作能夠開展得更為深入，可以使用有限元分析計算模型來執行相應的探討工作。文章將使用Phase2程序分析模型，該模型必須具備四個操作要素，一是邊坡的控制坡場區應是自重應力場，二是把二維平面的應變力作為假定參數，三是可以忽略掉節理的影響，四是可以使用強度拆減來實現針對安全系數的計算工作。

2.2 穩定性數據結果

實際操作中可以使用強度拆減法以及有限元軟件Phase2來執行針對邊坡工況穩定性的計算工作。基于這種情況，會產生最大剪應力的區域主要位于三個地界內，一是位于呈砂狀花崗巖與全部風化巖石的接壤處，二是位于碎塊狀花崗巖與砂土樣花崗巖的接壤面，三是位于中度風化花崗巖與強風化花崗巖的接壤處以及其坡底處[5]。

上文所述的三個區域內容易發生挖方路基邊坡損壞的情況，其中第一個區域是破壞程度最大的區域，經過嚴密的計算過程可得，邊坡往坡面靠中上的區域內，其巖土產生的應變力較大，而處于邊坡中間往上靠的地方，其產生的位移會特別大，其原因是邊坡的地層風化程度特別明顯。

實際操作時可以對該山區高速公路施工路段所遇到的下雨情況執行相應的邊坡穩定性分析工作。朝下執行相應的滑面搜索工作時，可以明確發現一處不穩定的滑面，其位于一處三級坡面的坡腳與一處二級平臺相接的地域內，此種類型的破壞面是因自身重量應力以及上部負荷應力兩方面的作用而出現邊坡損壞的情況。對自然工況的應力布局以及其相應的總體位移數據進行詳細分析后得知，拉應力主要產生于邊坡的上層部位，而剪應力則主要產生于邊坡的下層部位。由此可以明確推斷出，山區高速公路挖方路基邊坡出現損壞的原因是雨天以及人為開挖作業造成坡腳的應力較大。對比使用強度拆減法和滑坡極限平衡算法而得出的安全系數數值，其數據差異很小，這表明這兩種類型的變形破壞模式在原理上存在的差別很小，故計算工作所得出的結果是正確的。

3 山區高速公路挖方路基邊坡動態設計策略

3.1 針對挖方減載工程的動態設計策略

針對挖方減載工程實施動態設計作業，可以對該種類型工程的邊坡執行相應的減載加固作業，即把該邊坡坡面劃分為五個階級，每個階級的高度設置為8.0m，并在每個階級的外傾方向上增設一個12%排水卸載平臺。將一級邊坡的坡腳高度控制為250.0m，單級的坡率比設置為1∶0.8，并將其坡高控制為8.0m，而坡腳的切方可以設置為2.0m。將二級邊坡的高度設置為265.0m，其單級的坡率比應當設置為1∶0.73，并把其坡高控制為8.0m，對于坡腳則可以對其增設一個高度為1.8m的建設平臺。對于一級和二級邊坡的動態控制工作，只需要保證相應的工作是以錨桿框架基底的承載原則而實施相應的坡面加固工作[6]。將三級邊坡的高度設置為275.0m，并把其單級的坡率比設置為1∶0.75，其單級的坡高控制為8.0m，并對其坡腳實現一個寬度為1.8m的建設平臺的增設工作。對于四級邊坡的控制工作，則應當將其邊坡的高度設置為285.0m，其單級的坡率比設置為1∶0.85，其單級的邊坡高度仍然設置為8.0m，然后再在其坡腳位置處增設一個寬度為1.8m的建設平臺。針對五級邊坡的控制工作，則應當將其邊坡的高度設置為289.0m，其單級的坡率比設置為1∶0.95，此時挖方已經到達頂部，則應當在坡腳的位置處實現一個寬度為1.8m的建設平臺的增設作業。

3.2 針對錨固工程的動態設計策略

開展針對錨固工程的動態設計工作，則可以先對其一級邊坡實施相應的錨桿架構加固作業，并將其每一片架構的寬度控制為13m，再把12孔的錨桿劃分成三排，上排為13m、中排為10m、下排為3m，并把每孔的錨桿拉力控制為120kN。對于其二級邊坡，則應當將其每一片的架構寬度設置為13m，對其實現四孔錨桿的設立工作，并將其劃分為兩排而實現相應的設立工作，將錨桿上排高度設置為18m，下排高度設置為14m，而錨固段的長度則應當設置為6m，再將其每孔錨桿的拉力控制為345kN。對于其三級邊坡的動態設計工作，則可以將其每一片的架構寬度控制為13m，并實現四孔錨索的增設作業，將其劃分為兩排[7]，其上排的長度應當設置為25m，其下排的長度則應當設置為22m，再將錨固段的長度設置為8m，其每孔的錨索拉力控制為660kN。

3.3 實施動態監測工作

實施針對山區高速公路挖方路基邊坡的動態設計工作，還應當實現必要的動態監測工作，促使相應的工作開展能夠得到有效的監控，進而保障相關工作能夠取得積極的成效。在對該項發展策略進行具體部署時，可以在滑坡體的深度約為285m的內部位置處增設一個位移監測斷面，將其設置為3條，總共有10個監測孔。與此同時，還應當對其內部實施為期1年的治理間斷工作，并保證能夠在2年的時間內完成所有的監測任務。隨機抽查各級的錨桿以及錨索，保證其數量之和超過11個錨索測力計的實際測量結果[8]。而針對邊坡的錨下預應力，則應當對其實施相應的長期監測工作，并將其監測周期控制為2年。

4 結束語

總之，實現山區高速公路挖方路基邊坡穩定性分析以及其相應的動態設計工作對于發展我國高速公路事業具有重要的戰略意義，為此，文章對相關的分析工作以及設計工作進行了相應的策略探討，希望能對相關人員有所幫助，也相信未來我國高速公路建設事業必將會更加繁榮地發展。