公路挖方路基边坡稳定性分析及动态设计研究

吴琼

湖北广交工程勘察设计有限公司湖北省武汉市430000

摘要：经济的发展，城镇化进程的加快，促进公路建设项目的增多。路基是道路的主要工程结构物，是在天然地表按照道路的设计线形(位置)和设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路基边坡是构成路基横断面几何形状必不可少的组成部分，同时更是保证路基使用功能的重要部分。对于填方路基，合理的边坡存在，构成了稳定的路基横断面几何形状，保证了路基的稳定，维持路面的平整，坚强而又稳定的填方路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要保证。对于挖方路基，人工开挖改变了山体的自然稳定状态，合理的边坡存在，可以维持人工开挖后的边坡长期稳定，进而保证公路的安全使用。本文就公路挖方路基边坡稳定性分析及动态设计展开探讨。

关键词：边坡稳定性；动态设计监测；排水工程

引言

公路的建设是方便车辆能更安全、更省时、更经济及舒适地行驶。因此，在公路建设时对路线平纵线形指标的要求较高，当路线通过地形地貌较复杂的路段时由于平纵指标的限制常伴有深挖路段，最后导致工程量的加剧。随着我国公路飞速发展，铺设如此大规模的公路，必须重视边坡的加固与防护方面。但由于目前很多等级高的公路增长较快，导致路基边坡施工时发生损坏的问题也越来越多(甚至有些影响投产后的正常使用)。

1挖方路基施工特点

作为路基工程施工作业的重要部分，路基挖方施工作业的质量，直接影响着后续施工的进度和质量。从公路质量管理实际情况来说，挖方段是重点把控路段，因为其极易发生病害问题，比如崩坍和落石等，增加了公路通行的安全风险。基于此，对于挖方路基施工质量需要有较高的要求。此部分施工具有风险大和病害高发等特点，需要做好全面的把控，减少施工风险，进而保证路基工程施工的质量和效率。

2工程概况

本工程是某省境内的一段公路，路线由北向南走向，总共长12.09km，途经2座桥梁、2条隧道，穿过4道涵洞，所占的桥隧比为14.8%。公路线途经某山脉，所处地形地貌结构多变，山岭、丘陵地形较多，夹杂山间盆地和狭长河谷，地形高低差较大。有的山岭地，测量出海拔高度为380~690m，高低差就有170~340m。本路段主要由粉砂岩、泥质粉砂岩、炭质粉砂岩、细砂岩及部分砂砾岩的软质岩构建。而隧道段软质岩较多，不利于隧道修建。河谷中水系丰富，多流且急促，受到降雨作用，雨季长达3个月。修建边坡形式时应考虑周边情况、地理条件、水系条件、边坡大小、排水系统和详细施工方法等，通过其自行固坡和人建边坡的测验与水力学的全面分析而定。路堑边坡不得高过18m以上，边坡坡率不应该比规定的数值大。在土质挖方边坡＞18m以及地质恶劣、特殊地段且为特殊岩土质地时，必须做个别测量，并制定经过稳定分析的计划方案。当岩质边坡高度在30m以内时，没有外倾软弱现象的结构面边坡，依据相关规范按附录判断岩体种类。对于有外倾软弱现象的结构面的岩石边坡，以及坡顶边缘周围负荷较重的边坡，根据规定，在进行个别勘察、经过稳定性分析计划以后实行设计。

3路基边坡设计原则

一般情况下，挖方路基边坡本身稳定性较好，只需对边坡坡面进行防护，并辅以合理的排水设施，来保护路基边坡表面免受水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可以坚固路基美化和协调自然环境。而对于稳定性较差的挖方边坡，则要通过地质勘探揭示其内在状态，再采用科学的理论计算，制定特殊加固方案增加其稳定性，并与后期保证养护及监测等工作到位，来预防和控制边坡的稳定状态。

4稳定性分析

（一）有限元计算模型。为了更深入地探讨边坡被挖开卸重减弱后酿成的失稳缘由，利用有限元分析计算模型进行探讨分析。本文将使用Mohr-Coulomb弹塑性模型以及Phase2程序分析模型。分析模型前有4个前提：（1）边坡控制坡场区是自重应力场。（2）以二维平面应变为假定。（3）节理的影响可忽略不计。（4）用来计算安全系数的方法为强度折减法。（二）稳定性计算结果。在计算边坡天然工况稳定性时运用的是有限元软件Phase2和强度折减法。由此得知产生最大剪应力集中主要有3个地方：（1）位于全部风化和呈砂状强风化花岗岩的接壤处。（2）砂土样与碎块状强风化花岗岩的接壤面。（3）边坡左边下部分呈碎块状强风化和中度风化花岗岩接壤处及坡底处。上述的3个地方极易发生破坏，当中第一处发生最大剪应力集中是最强、发生破坏较多的。通过计算得知：坡脚和从边坡往坡面靠中上的地方，特别是岩层接壤处塑性区以里的岩土产生的应变很大；处于边坡中间靠上的地方产生的移动很大，缘由是边坡此地的地层风化较别处严重而造成的。通过该工程路段路堑高边坡建设中遇到的下雨情况进行稳定性剖析。往下搜索滑面时，发现一处不稳定滑面位于2级平台与3级坡面的坡脚处相接的地方。该破坏面很可能在上部负荷和自身重量应力2方面作用下产生边坡整体损坏，同时先在下面的1、2级边坡处产生损坏。从自然工况总体位移情况和应力布局得出，拉应力较集中的地方位于边坡上部分，而边坡下面地方的剪应力比较集中。因此，推断边坡被毁坏理由是人为挖动和下雨造成的坡脚集中应力比较大的原因。通过对比运用2种（滑坡部分用滑坡前缘的滑坡极限平衡算法和有限元强度折减法）不同方法对边坡安全系数计算得出数值，发现差别较小。由此判断这2种的变形破坏模式相差不多，由此得知，计算的结果是准确的。

5治理方法及动态方案

5.1施工放样

在施工作业前期，首先开展施工放样，要提前做好导线点和水准点等的复测工作。依据一级导线精度，进行导线复测以及加密。按照四等水准测量规范，开展高程点闭合及加密处理。使用全站仪、GPS等设备，做好中线测量控制。采取坐标法，进行施工放样。对于中桩和边桩，采取直接放出的方法，开挖路基施工前后，都需要开展放样，并且要做好断面尺寸检查，保证能够达到施工规范要求。在放样施工作业中，每排桩间距要控制在10m左右，保证路基线形的平滑性。使用自动安平水准仪器，做好地面高程的把控。

5.2挖方减载工程

对该边坡实施挖方减载联合加固工程，将坡面设成5级，每级8m，各级间外倾设置为11%横坡排水卸载平台。1级边坡坡脚高程控制为255m，单级坡率1∶0.7，坡高8m，坡脚切方设为2.0m；2级边坡高程控制在262m，单级坡率1∶0.75，坡高8m，坡脚建1.8m平台。1级和2级边坡是减少挖方量并以承载锚杆框架基底进行坡面加固即可。3级边坡高程控制270m，单级坡率1∶0.8，单级坡高8m，坡脚建1.7m宽平台；4级边坡高程控制280m，单级坡率1∶0.9，单级坡高8m，坡脚建1.7m宽平台;5级边坡高程控制288m，单级坡率1∶1，挖方至顶，坡脚建1.7m宽平台。

5.3强化施工技术应用管理

在公路工程中，应用挖方路基施工技术，要做好技术应用管理。从以下方面入手：①做好技术交底工作。在施工作业前，落实技术交底制度，向施工人员交代施工技术的具体应用以及质控要点，做好全面的把控。②强化施工技术操作规范化管理。做好施工现场检查工作，督促施工技术人员规范操作，保证技术应用质量。③做好材料和设备等的检查，保证挖方路基施工技术应用质量。

5.4动态设计监测

经过治理的滑坡体要及时在其上设置大约深280m的内部位移监测断面，有3条，共有10个监测孔。此外，同时深部实施移动监测为期1年的治理间断和2年完工。机动抽查各级边坡放置锚杆和锚索所有孔的6%，即加起来总数≥11个锚索测力计。对边坡锚下预应力实施长期监测作业，而监测周期为完工2年内。

结语

综上所述，随着社会经济的快速发展，交通基础建设已经成为影响国民经济增长的重要因素。挖方路基施工作为公路施工的重要技术，已成为项目施工中必不可少的施工内容。在公路施工中，要求必须根据施工现场条件，合理选取施工方式，才能提升工程质量，才能实现公路工程的社会效益与经济效益。

参考文献

[1]王德焱.山区高等级公路高填深挖路基边坡稳定性研究[D].武汉：武汉轻工大学，2017.

[2]刘源.山区高速公路挖方路基边坡稳定性分析及动态设计研究[D].长春：吉林大学，2016.