湖區(qū)軟基地段斜坡高填路堤的穩(wěn)定性研究

陳 超

(洪湖市公路管理局)

1 工程概況

省道S214 仙崇線白廟至新堤集鎮(zhèn)過境路段路面改造工程，沿線地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，其中，K59 +000 至小港大橋K61 +500 路段屬于軟基地段，途徑湖區(qū)，溝壑縱橫，存在大量高填路堤、半填半挖路基及斜坡路基，地形較為復(fù)雜，為軟土地基斜坡高填路堤。

2 場地條件

2.1 地層巖性

根據(jù)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合本地區(qū)的工程經(jīng)驗，在該工程區(qū)域內(nèi)的主要巖土層，選取正確的巖體物理力學(xué)參數(shù)。

2.2 水文地質(zhì)條件

線路穿越區(qū)擁有良好的排水設(shè)施，水流梯度比較大，通過大氣降水來補(bǔ)給地下水含量，其水位容易受到季節(jié)性影響。

2.3 地震及區(qū)域穩(wěn)定性

在確定地震及區(qū)域穩(wěn)定性時，需要根據(jù)《中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖》的具體規(guī)定，按照《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求，設(shè)定地震動峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為Ⅵ度，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

3 施工方案

該工程軟基地段的特性是含水量大，壓縮性高，但是其抗剪強(qiáng)度和承載力都比較低，不能保證路堤的穩(wěn)定性。因此，必須結(jié)合本地區(qū)工程經(jīng)驗，充分考慮各種因素的影響，如經(jīng)濟(jì)、時間、安全等，根據(jù)軟基地段施工的難易程度，采用分層填筑、機(jī)械碾壓的施工方式，科學(xué)分析軟弱土層的特性，采用合理的軟土地基處理方案。本工程采用的施工方案主要是“清淤換填+土工格柵”。由于工程周邊環(huán)境這種開挖過的碎石土擁有較好的工程特性，因此要將其收集起來，作為換填材料和路堤填筑材料。路堤高25 m，土工格柵共鋪設(shè)5層，每層5 m。按現(xiàn)行《公路路基設(shè)計規(guī)范》，正確設(shè)置臺階，確保填土與斜坡地基接觸面處能夠契合，采取漿砌片石網(wǎng)格植草，防護(hù)邊坡坡面，采用40 cm 厚M5.0 漿砌片石，防護(hù)坡腳處。路面以下8 m 內(nèi)設(shè)置一級邊坡，坡比為1∶1.5，路面以下8 ～20 m 設(shè)置一級邊坡，坡比為1∶1.75，20 m 以下坡比為1∶2，每兩級邊坡銜接處用2 m 寬平臺連接。

4 現(xiàn)場監(jiān)測

進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測時，需要正確分析工程的破壞形式，優(yōu)質(zhì)指導(dǎo)施工，在該路堤上選擇了一批關(guān)鍵斷面，如K183 +520等，埋設(shè)測點(diǎn)。每關(guān)鍵斷面上的監(jiān)測點(diǎn)分布如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)分布圖

5 斜坡地基上填方路堤破壞型式分析

為研究斜坡地基上高填路堤的破壞型式，收集了從路堤填筑完成之后250 d 之內(nèi)的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括水平位移y和沉降量s。由于依托工程的填方路堤斷面型式比較單一，主要為梯形路堤。各個斷面的型式也大同小異，因此選取了K183 +520 和K183 +600 兩個具有代表性的斷面作為研究對象分別作出這兩個典型斷面上各監(jiān)測點(diǎn)的水平位移變化趨勢圖和沉降量趨勢圖(圖中，水平位移垂直于路堤軸線指向路堤外側(cè)為正)，見圖2、圖3。

圖2 K183 +520 斷面上的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢圖

圖3 K183 +600 斷面上的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢圖

綜合圖2、圖3 可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律:這兩個斷面上的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢很相似，這表明各監(jiān)測點(diǎn)的水平位移和沉降量非常接近。但是在原臺2 和總臺2 兩個監(jiān)測點(diǎn)上面，所測得的沉降量較小，而測得的其他各監(jiān)測點(diǎn)，都具有相似的沉降趨勢。由上面圖2、圖3 發(fā)現(xiàn)，在路堤外側(cè)路肩位置，埋設(shè)總右監(jiān)測點(diǎn)，能夠得到最大沉降，由于填筑材料級配良好，再加上對該地基施工過程中，已經(jīng)做好的壓實工作，即使路堤堤身發(fā)生壓縮，總沉降比原地表沉降大，但這種壓縮量也很小。

6 加強(qiáng)斜坡高填路堤穩(wěn)定性的分析方法

6.1 加強(qiáng)斜坡高填路堤的監(jiān)測

根據(jù)軟基地段所表現(xiàn)的各種特征現(xiàn)象，在進(jìn)行斜坡高填路堤監(jiān)測時，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r，記錄監(jiān)測期間的地表狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)地表無明顯變化，再對位移、土壓力、地下水位、加固結(jié)構(gòu)物應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，在坡體內(nèi)埋設(shè)測斜管或其他感應(yīng)元件，可以測得坡面地表點(diǎn)位移和深部位移。

6.2 加強(qiáng)斜坡高填路堤穩(wěn)定性的定量分析

目前，用于分析路堤穩(wěn)定性的方法有極限平衡法、有限元法、赤平極射投影法。本文在進(jìn)行斜坡高填路堤穩(wěn)定性的計算和分析，將面上作用力相對于圓心形成的阻滑力矩與滑動力矩的比值定義為土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)，采用的穩(wěn)定安全系數(shù)K 計算公式如下

式中:i 為下標(biāo)，代表土條編號;r0為水容重;b 為土條寬;l、a為分別為土條沿滑裂面的長度和坡角;c、φ 為有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo);r、rm為土的濕容重和飽和容重;hw為土條底部中點(diǎn)的滲流水頭，與土條滑動面相交;h1、h2為土條在浸潤線以上和以下的高度。這種計算方法用最優(yōu)化原理，采用圓弧滑裂面，搜索最小安全系數(shù)和相應(yīng)臨界滑裂面，通過假定破壞滑動面為一圓弧形面，土坡失穩(wěn)破壞簡化為一平面應(yīng)變問題。

6.3 加強(qiáng)斜坡高填路堤穩(wěn)定性的定性分析

在定性分析斜坡高填路堤穩(wěn)定性時，需要充分考慮影響路堤穩(wěn)定性的主要因素，結(jié)合工程現(xiàn)場周邊的環(huán)境，加強(qiáng)工程地質(zhì)勘察工作，查找相關(guān)地質(zhì)資料，確保對工程已變形地質(zhì)體的成因有一個比較全面的了解，熟悉其演化史的全過程，正確認(rèn)識可能的變形破壞方式及失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制等，這樣能夠定性說明和解釋路堤的穩(wěn)定性。

6.4 加強(qiáng)斜坡高填路堤排水的控制

加強(qiáng)斜坡高填路堤排水的控制，需要截流排泄路堤表面水流，將坡表和坡內(nèi)的地下水引出坡體，避免出現(xiàn)水活動過分集中的現(xiàn)象，采取合適的措施，加強(qiáng)路基邊坡的排水防治，充分考慮雨水沖刷作用可能會帶來的隱患，從而保證了滑坡體內(nèi)水體活動的穩(wěn)定性，具有非常重要的意義。

7 結(jié) 語

綜上所述，在進(jìn)行湖區(qū)軟基地段斜坡高填路堤穩(wěn)定性分析時，需要結(jié)合湖區(qū)周圍的地理環(huán)境，加強(qiáng)對軟基地段巖石的特性研究，采取合適的施工方案，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，科學(xué)分析斜坡高填路堤的破壞形式，對于保證高填路堤的穩(wěn)定性具有重要意義。

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