灰巖路塹邊坡分級開挖過程中穩定性分析

時 祥 （中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽 合肥 230011）

安徽省公路通車總里程增長較快，根據《安徽省高速公路網規劃（2016～2030年）》，我省正在并將繼續大力發展高速公路建設。而公路邊坡崩塌災害問題也越來越突出，若處理措施不當，不僅會造成嚴重的傷亡事故，而且會造成惡劣的社會影響。本文以宿州市S404宿城至皖蘇界改建工程一標段為依托，進行邊坡分級開挖過程的穩定性分析，為類似高速公路邊坡設計、施工提供參考依據。

1 工程概況

1.1 概述

以宿州市S404宿城至皖蘇界改建工程一標段K18+430～K18+650灰巖邊坡為研究對象，左側平均防護高度為8.5m、16.5m，其中最高處為22.82m，右側采用四級坡錨桿框格防護，平均防護高度為23.0m，最大防護高度為33.06m，坡率均為1:1，各級平臺寬度2m。開挖方案見圖1。

圖1 高邊坡分級開挖方法

1.2 地質概況

該地段基巖大部分出露較好，局部零星出露，基巖為寒武紀（ε）中風化石灰巖，灰黃色、灰色，隱晶質結構，中厚層狀構造，巖性較堅硬，節理、裂隙較發育，巖芯較完整，見溶蝕現象，結構面抗剪強度為 80～105kPa，其飽和抗壓強度為26.3～60.3MPa。巖體質量等級為Ⅳ～Ⅵ級，土石類別為堅石，構造物基礎較好，局部見小型崩塌、滑坡。該區總體工程地質條件較好。

2 模型建立

根據工程現場實際邊坡尺寸，1:1的建立模型單元，按照平面應變建立計算模型，厚度方向為1m，如圖2所示。

圖2 三維計算模型

采用摩爾庫倫模型計算，計算參數如下表。

3 邊坡分級開挖計算結果分析

3.1 開挖邊坡應力特征

邊坡分級開挖過程中造成應力不斷調整，從圖3和圖4中可以看出，最大主應力和最小主應力隨著分級開挖，在坡腳處出現了應力集中現象，需要在開挖過程中注意坡腳的防護，提高邊坡施工過程中的穩定性。

從圖5和圖6中可以看出，剪應力和剪應變隨著分級開挖，在坡腳處變化最為明顯，造成邊坡坡腳的穩定性降低，需要加強坡腳支護以提高邊坡整體穩定性。

3.2 開挖坡體位移特征

圖3 分級開挖最大主應力分布云圖

圖4 分級開挖最小主應力分布云圖

圖5 分級開挖剪應力分布云圖

圖6 分級開挖剪應變分布云圖

從圖7和圖8中可以看出，分級開挖過程中對水平位移和豎向位移影響較大，其中，第三次和第四次開挖對位移影響較大，第三次開挖的水平位移為4.80mm，豎向位移為38.14mm，第四次開挖的水平位移為5.62mm，豎向位移為41.85mm，坡腳處位移最為明顯，需加強坡腳支護。

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圖7 分級開挖水平位移分布云圖

圖8 分級開挖豎向位移分布云圖

4 邊坡支護方案

通過以上分析，隨著開挖工程的推進坡體內部應力逐漸加大，坡腳處可能產生局部破壞，因此，采取施工方案如下。

①邊坡采用臺階式邊坡：邊坡防護設計自下而上按8m一級放坡，各級坡面坡率均采用1:1。

②邊坡的坡面防護形式主要采用錨桿框格梁配合植草灌進行邊坡加固防護，錨桿長度9m，鉆孔深度為9.4m，一片框格梁肋柱長11.31m，橫梁長5.98m，頂梁長5.98m，入射角為30°，兩片之間留2cm伸縮縫。框格梁采用C20混凝土，豎肋基礎采用C25混凝土，框格梁底部為2m寬平臺。

③坡頂設置淺碟形截水溝，采用10cmC25混凝土護面，邊坡平臺設置平臺截水溝，采用M7.5漿砌片石砌筑，尺寸為0.3 m×0.4m，坡腳處設置矩形排水溝，采用C25混凝土，尺寸為0.6m×0.6m。

5 結語

本文建立了路塹邊坡分級開挖過程的數值分析模型，進行了最大主應力、最小主應力、剪應力、剪應變和位移在開挖過程中的邊坡穩定性分析，表明了坡腳位置是防護的重點，應加強坡腳支護，并設計了支護方案，為現場邊坡施工提供了依據。