淺談寬平臺(tái)在山區(qū)高速公路深路塹設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴陽(yáng) 510008）

淺談寬平臺(tái)在山區(qū)高速公路深路塹設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

■韓光欽

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴陽(yáng) 510008）

山區(qū)高速公路深路塹穩(wěn)定性尤為重要。本文以貴州盤(pán)縣至興義高速公路項(xiàng)目上一深挖工點(diǎn)設(shè)計(jì)為依托，結(jié)合地質(zhì)勘察資料，從挖方平臺(tái)加寬和放緩邊坡兩個(gè)角度進(jìn)行模擬分析，總結(jié)出兩者對(duì)挖方邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果的影響，從而為山區(qū)項(xiàng)目提供參考。

山區(qū)高速公路 寬平臺(tái) 穩(wěn)定性 深路塹

1 概述

隨著西部大開(kāi)發(fā)的步伐，近年來(lái)中西部各省份紛紛加快高速公路的建設(shè)：貴州省2013年至2015年，高速公路建設(shè)總投資近4000億元，到2015年，新建成高速公路2500公里以上，實(shí)現(xiàn)通車(chē)?yán)锍?100公里以上，高速公路路網(wǎng)密度達(dá)2.84公里/百平方公里，通車(chē)?yán)锍毯透咚俟仿肪W(wǎng)密度在西部地區(qū)位居前列、在全國(guó)位次前移；云南省目標(biāo)使全省高速公路通車(chē)?yán)锍痰?015年年底達(dá)到4500公里。

在中西部多山省份，絕大多數(shù)高速公路需要穿越丘陵山地，山區(qū)地形復(fù)雜，而高速公路局部選線相對(duì)唯一，且平曲線彎度和縱坡坡度變化不能太大，難免要產(chǎn)生大開(kāi)挖形成路塹高邊坡，山區(qū)一般地形地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，路塹高邊坡會(huì)對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，會(huì)誘發(fā)和加劇各種次生地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，使山區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)中增加公路建設(shè)投資，影響建設(shè)工期，甚至給運(yùn)營(yíng)階段公路運(yùn)輸帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患[1]，同時(shí)需要避免 “防衛(wèi)過(guò)當(dāng)”，這就要求在設(shè)計(jì)階段將深路塹勘察設(shè)計(jì)作為路基設(shè)計(jì)重點(diǎn)工作，尤其是順層邊坡，因?yàn)轫槍舆吰碌氖Х€(wěn)問(wèn)題是工程地質(zhì)學(xué)和巖石力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)急待解決的問(wèn)題之一。邊坡穩(wěn)定性的高低 對(duì)于主體工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著非常重要的作用，它 關(guān)系到投資的成敗和經(jīng)濟(jì)效益的好壞[2]。

2 項(xiàng)目概況

貴州省盤(pán)縣至興義高速公路 （盤(pán)縣至鐵山段）是《貴州省高速公路網(wǎng)規(guī)劃》 （“678網(wǎng)”）中 “第七縱”昭通至安龍公路的組成部分，項(xiàng)目北起六盤(pán)水盤(pán)縣境內(nèi)的水盤(pán)高速與滬昆高速海鋪互通，接盤(pán)興高速鐵山至興義段，終于汕昆高速，本項(xiàng)目全長(zhǎng)約61km。盤(pán)縣至興義高速路基全寬24.5m，設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h，路線走廊帶位于貴州省西南部高原中低山地區(qū)，地勢(shì)總體北高南低，屬于挽近強(qiáng)烈隆升的云貴高原向廣西丘陵盆地過(guò)渡的斜坡地帶。最高海拔2260m，最低高程1100m，地面標(biāo)高一般在1100～1800m之間。

3 深挖工點(diǎn)地質(zhì)概況

項(xiàng)目K1+270～K1+615段右側(cè)邊坡，最高邊坡高度位于K1+437處 （高度為59.4m） （見(jiàn)圖1）。

該段路段右側(cè)邊坡最高約60m。該斜坡較緩，坡度10~20°，局部25°。根據(jù)地面調(diào)查、物探揭露，工點(diǎn)區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層 （Q4el+dl）、三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組一二段 （T2g1+2）和下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組 （T2yn）。

（1）第四系全新統(tǒng)殘坡積層 （Q4el+dl）

粘土夾碎石：灰黃色，結(jié)構(gòu)松散，稍濕，含碎石顆粒，碎石成分以砂巖為主，粒徑0.5～2cm，含量8%～15%，呈次棱角-棱角狀。據(jù)該段路基鉆探和橫剖面物探資料顯示，橫向分布厚度2～15m，厚度不均。

（2）三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組一、二段 （T2g1+2）

本次鉆探揭露的三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組一、二段（T2g1+2）等的巖性主要有泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥巖和泥灰?guī)r。

泥質(zhì)粉砂巖：根據(jù)鉆孔揭露，其強(qiáng)風(fēng)化層,灰黃色，灰綠色，強(qiáng)風(fēng)化，巖體結(jié)構(gòu)基本被破壞，呈碎塊狀、土狀；其中風(fēng)化層巖體裂隙較發(fā)育，巖芯多呈短柱狀，節(jié)長(zhǎng) 6～28cm，RQD值 21.7%～45.7%，巖質(zhì)軟，錘擊聲啞，錘擊易斷。

粉砂巖：根據(jù)鉆孔揭露，中風(fēng)化，中厚層狀構(gòu)造，巖體較完整，巖芯多呈短柱狀，節(jié)長(zhǎng)3～28cm,ROD值4.3%～45.2%，巖質(zhì)較硬，錘擊不易斷。

圖1 K1+437橫斷面圖

泥巖：根據(jù)鉆孔揭露，中風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄至中厚層狀構(gòu)造，含鈣質(zhì)，巖值軟，錘擊聲啞，錘擊易斷，RQD值39.5%～49.0%。

泥灰?guī)r：根據(jù)鉆孔揭露，中風(fēng)化，薄至中厚層狀構(gòu)造，巖體較完整，巖芯多呈短柱狀，RQD值11.3%～ 52.3%，巖質(zhì)較軟，錘擊聲啞。

（3）三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組 （T2g1+2）

主要由灰、灰白色灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖組成，分布于線路K1+540以后。

巖土物理力學(xué)性質(zhì)及設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 巖土物理力學(xué)性質(zhì)及設(shè)計(jì)參數(shù)取值表

4 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

針對(duì)山區(qū)高速公路深路塹邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題，學(xué)者們已經(jīng)有了豐碩的成果，目前對(duì)高邊坡應(yīng)力及位移計(jì)算主要采用有限元分析，結(jié)果表明,有限元法解決邊坡問(wèn)題可以起到其他方法不可替代的重要作用[3]。本文采用MIDASGTS軟件進(jìn)行建模分析。

4.1 初步設(shè)計(jì)方案

邊坡采用刷方及錨固的工程措施，刷方后最大邊坡高度為59.4m。第一級(jí)、第二級(jí)邊坡坡率為1∶0.50，坡高10m，設(shè)框架錨桿加固，采用Φ25mm砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為6m、9m；第三、四級(jí)邊坡坡率1∶0.75，坡高10m，設(shè)框架錨桿加固，采用Φ25mm砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為9m；第五級(jí)邊坡坡率1∶1，坡高10m，設(shè)框架錨桿加固，采用Φ25mm砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度為9m；第六級(jí)邊坡坡率1∶1.25，邊坡平臺(tái)2m寬，最大坡高9.4m，采用拱形骨架護(hù)坡。

本段在坡頂距開(kāi)挖線5m設(shè)置截水溝，每級(jí)平臺(tái)上設(shè)置平臺(tái)排水溝。

考慮裂隙水 （距離坡頂10m、埋深10m）、七度地震情況下，安全系數(shù)為1.180＞1.10（規(guī)范要求）。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 (見(jiàn)表2)

表2 優(yōu)化方案計(jì)算安全系數(shù)表

從表2可以看出：加寬平臺(tái)對(duì)深挖邊坡穩(wěn)定性作用明顯，平均每加寬1m安全系數(shù)增加0.017，但隨著加寬寬度的增加，每米穩(wěn)定性作用呈衰減現(xiàn)象 （0.018減至0.016）；在寬平臺(tái)上方邊坡坡率放緩對(duì)安全穩(wěn)定系數(shù)作用明顯，在各加寬平臺(tái)方案基礎(chǔ)上，將坡率從1:1.25放緩至1:1.5，安全系數(shù)平均增加0.044，但隨著加寬寬度的增加，放緩邊坡的作用亦在衰減；其余條件相同，放緩坡率的效果 （0.047，增加占地2.5m）與加寬平臺(tái)作用 （加寬至5m時(shí)0.052，增加占地3m）效果相同時(shí)增加占地幾乎相同。

4.3 推薦方案

選擇方案時(shí)將工程造價(jià)與土地占用列為主要比較條件，考慮開(kāi)挖頂面已位于山頂部，加寬平臺(tái)及放緩邊坡均不會(huì)造成用地較大增加，因此最終推薦方案為最上一級(jí)邊坡5m平臺(tái)+1:1.5坡率。

5 結(jié)語(yǔ)

深路塹各方案的穩(wěn)定性分析表明：

(1)進(jìn)行深路塹方案穩(wěn)定性分析時(shí)，比選方案需要將工程造價(jià)與土地占用列為主要比較條件。

(2)加寬平臺(tái)和放緩開(kāi)挖坡率對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響均很明顯。

(3)隨著加寬寬度的增加，每米加寬效果以及放緩相同坡率作用效果均呈現(xiàn)出衰減現(xiàn)象。

(4)其余條件相同，放緩坡率的效果 （0.047，增加占地2.5m）與加寬平臺(tái)作用 （加寬至5m時(shí)0.052，增加占地3m）效果相同時(shí)增加占地幾乎相同。

[1]李昌賢.淺談山區(qū)高速公路高邊坡勘察設(shè)計(jì).黑龍江科技信息，2011(11）:216.

[2]喬蘭，劉寶許，李長(zhǎng)洪.高速公路深路塹邊坡應(yīng)力及位移的有限元分析.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(2)：142-145.

[3]呂美君,晏鄂川.順層邊坡巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析.地球與環(huán)境，2005（第S1期）:101-104.