高速公路邊坡路塹施工風險及變形研究

摘要：以廣東省汕頭至湛江高速公路TJ17段為研究對象，基于摩爾庫倫屈服準則，模擬計算該高速公路的2個不利工況的位移變化，分析其路塹邊坡施工過程的變形規律及施工風險，得出以下結論：K163+418斷面、K175+152施工過程中，公路路塹邊坡變形主要集中于坡頂，坡角的水平位移較小。K175+152斷面的水平位移較大，說明該斷面的穩定性及風險較大，K163+418斷面采用錨桿對路塹邊坡進行加固，可提高路塹邊坡的穩定性，降低路塹邊坡施工過程中的水平位移及風險。當深度為-20～ -5m時，不同施工過程的側向位移均存在顯著的下降過程，隨后區域平緩。此時路塹邊坡的穩定性及施工風險較差，需密切監測坡面的隆起情況，以防止事故發生。

關鍵詞：高速公路；側向變形；施工風險

0" "引言

公路路塹施工過程會導致其邊坡變形，伴隨著許多施工風險，近年來，許多專家學者針對路塹施工過程中存在的施工風險開展相關研究。

許軍等人[1]以某山區公路為研究對象，基于模糊綜合評價，建立其風險評價體系，分析其施工過程存在的風險，結果表明該模型的可行性較高。王俊喬等人[2]基于強度折減法，建立某高速公路數值模型，分析該公路施工過程的穩定性，結果表明該路段的邊坡穩定性較高。劉雙銀[3]建立某公路邊坡有限元模型，分析其開挖過程的安全系數變化規律，結果表明地下水會增加施工過程的風險。孟志軍等人[4]以某路塹邊坡為研究對象，建立其風險評估模型，為相關邊坡的風險及防控提供了參考依據。陀建明[5]結合監測數據，對某高速公路路塹邊坡安全性進行分析，結果表明路塹高度對邊坡安全性存在一定的影響。

本研究以廣東省汕頭至湛江高速公路TJ17段K163+418斷面、K175+152斷面為研究對象，基于摩爾庫倫屈服準則，對該高速公路的施工過程進行模擬，分析其路塹邊坡施工過程的變形規律及施工風險。

1" "工程概況

本研究以廣東省汕頭至湛江高速公路TJ17段為研究對象，路線起于惠州市龍門縣永漢鎮油田北側，順接汕湛速公路清遠至云浮段。項目全長126.264km。設計時速100km/h，采用雙向六車道高速公路技術標準建設。本研究以K163+418、K175+152斷面為研究對象：其中，K163+418斷面為整體式路基，最大挖方高度為40.2m，采用錨桿加固，K175+152斷面為整體式路基，最大挖方高度為34.1m，無加固措施。

K163+418斷面施工為分層開挖，其施工過程如下：1.初始地應力平衡；2.第一級地層開挖；3.第二級地層開挖；4.第三級地層開挖；5.路塹邊坡錨桿加固；6.第四級地層開挖；7.路塹邊坡錨桿加固；8.第五級地層開挖。

K175+152斷面為分層開挖，其施工過程如下：1.初始地應力平衡；2.第一級地層開挖；3.第二級地層開挖；4.第三級地層開挖；5.第四級地層開挖。

2" "路塹邊坡計算條件

基于摩爾庫倫屈服準則，模擬計算該高速公路的2個不利工況的位移變化，K163+418斷面、K175+152斷面計算模型及監測點位置如圖1、圖2所示。斷面地層的基本力學參數如表1所示，錨桿加固材料的力學參數如表2所示。

3" "結果分析

為分析施工過程中路塹的側向位移，對K163+418斷面、K175+152斷面進行有限元模擬，分析其坡頂、坡角的水平位移變化規律，K163+418斷面的施工過程-水平位移曲線如圖3所示。由圖3可知，隨著施工過程的進行，K163+418斷面的水平位移逐漸增大，且其水平位移均為負值，說明施工過程會對公路路塹邊坡的變形產生影響。

當為施工過程4～5及施工過程6～7時，各監測點的水平位移增長量較小，其施工過程-水平位移曲線變化趨勢平緩，這是由于以上施工過程均對應路塹邊坡錨桿加固過程。此時路塹邊坡的水平位移較小，說明采用錨桿對公路路塹邊坡進行加固可有效抑制路塹邊坡的變形，增強路塹邊坡的穩定性。

在同一施工過程中，不同測點的水平位移具有一定的差異性。在施工前期，各測點間的水平位移差距較小。隨著施工過程的進行，各測點間的水平位移差距逐漸增大，其中監測點B的水平位移最大，監測點G的水平位移最小。結合測點布置可得，監測點B位于路塹邊坡上部，監測點G位于坡角，說明在施工過程中，公路路塹邊坡變形主要集中于坡頂，坡腳的水平位移較小。

K175+152斷面的施工過程-水平位移曲線如圖4所示。由圖4可知，K175+152斷面的水平位移變化趨勢，與K163+418斷面水平位移變化趨勢存在一定的差異性。隨著施工過程的進行，其監測點A、B的水平位移呈負增長趨勢，其余監測點的水平位移呈正增長趨勢。當施工過程大于3時，各監測點的水平位移逐漸趨于平滑，監測點A、B、E的水平位移存在微弱的下降趨勢。不同監測點的水平位移存在差異性，其中，監測點E、F水平位移較大，其最大水平位移為22.3 mm；監測點C、D的水平位移較小，其最小水平位移為0.54 mm。

結合圖4可得，其水平位移主要集中于路塹邊坡的坡頂，路塹邊坡中部及坡腳的水平位移較小。對比K163+418斷面的水平位移可得，K175+152斷面的水平位移較大，說明該斷面的穩定性及風險較大。K163+418斷面采用錨桿對路塹邊坡進行加固，可提高路塹邊坡的穩定性，降低路塹邊坡施工過程中的水平位移及風險。

為分析施工過程中路塹的深層側向位移，對K163+418斷面、K175+152斷面進行數值模擬，選取以上斷面側向位移較大區域進行分析，K163+418斷面的側向位移-深度曲線如圖5所示。

由圖5可知，隨著施工過程的進行，該斷面的側向位移逐漸增大，其中施工過程8的側向位移最大，施工過程2的側向位移最小。當深度較小時，不同施工過程的側向位移差距較大。隨著深度的增大，不同施工過程的側向位移差距逐漸減小，其間的差距小于1mm。這說明隨著施工過程的進行，路塹路塹邊坡的側向位移逐漸增大，當深度較大時，施工過程對路塹路塹邊坡的側向位移影響較小。

K175+152斷面的側向位移-深度曲線如圖6所示。由圖6可知，兩種斷面的路塹邊坡側向位移變化趨勢具有一致性，隨著施工過程的進行，斷面的側向位移逐漸增大。當深度為-20～-5m時，不同施工過程的側向位移均存在顯著的下降過程，隨后區域平緩。此時路塹邊坡的穩定性及施工風險較差，需密切監測坡面的隆起情況，以防止事故發生。

選取K163+418斷面監測點C、K175+152斷面監測點B，對其垂直位移進行分析，其施工過程-垂直位移曲線如圖7所示。

由圖7可知，以上兩種斷面的垂直位移變化趨勢具有一致性，隨著施工過程的進行，其垂直位移逐漸增大。在施工過程4之前，K163+418斷面、K175+152斷面的垂直位移增長顯著，隨著施工過程的進行，兩種斷面的垂直位移變化逐漸趨于平緩，且K163+418斷面的垂直位移小于K175+152斷面的垂直位移。這是由于，K163+418施工過程中采用錨桿進行加固，即使其斷面的高差較大，但其垂直位移仍小于K175+152斷面。采用錨桿加固能有效降低路塹邊坡施工過程的風險。

4" "結論

本研究以廣東省汕頭至湛江高速公路TJ17段為研究對象，分析不同施工過程的水平位移及側向位移變化規律，得出以下結論：當施工過程為過程4～5及過程6～7時，各監測點的水平位移增長量較小，其施工過程-水平位移曲線變化趨勢平緩，以上施工過程均對應路塹邊坡錨桿加固過程。此時路塹邊坡的水平位移較小，說明采用錨桿對公路路塹邊坡進行加固，可有效抑制路塹邊坡的變形，增強路塹邊坡的穩定性。隨著施工過程的進行，各測點間的水平位移差距逐漸增大，其中，監測點B的水平位移最大，監測點G的水平位移最小。結合測點布置可得，監測點B位于路塹邊坡上部，監測點G位于坡角，說明在施工過程中，公路路塹邊坡變形主要集中于坡頂，坡角的水平位移較小。當深度較小時，不同施工過程的側向位移差距較大，隨著深度的增大，不同施工過程的側向位移差距逐漸減小。隨著施工過程的進行，路塹路塹邊坡的側向位移逐漸增大。當深度較大時，施工過程對路塹路塹邊坡的側向位移影響較小。

參考文獻

[1] 許軍，盧嘉寧，栗飛，等.山區公路工程高路塹施工風險評價模型[J].山西交通科技，2020（2）：1-4+27.

[2] 王俊喬，廖捷.基于強度折減法廣連高速公路某高邊坡施工階段穩定性分析[J].中國水運（下半月），2022，22（6）：149-151.

[3] 劉雙銀.超深路塹邊坡施工階段的穩定性研究[J].太原學院學報（自然科學版），2022，40（2）：1-5.

[4] 孟志軍，段金金，孫志杰.基于指標體系法的黃土路塹高邊坡工程施工風險評估[J].山西交通科技，2022（2）：66-68+72.

[5] 陀建明.高速公路路塹高邊坡施工安全風險控制對策[J].企業科技與發展，2022（4）：161-163.