周金霞

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012）

0 引言

高速公路建設對國家科研發(fā)展起著巨大推動作用，隨著發(fā)展步伐的加快，高速公路建設越來越多的項目要在山區(qū)、丘陵區(qū)修筑，高邊坡、軟基等難度較大的工程問題也頻頻遇到。而加筋土路堤因占地面積少、材料消耗低、施工工期短、可承受較大的變形、抗震性能良好等優(yōu)點逐漸被山區(qū)高速公路工程接受。（加筋土是一種在土中加入加筋材料而形成的復合土。在土中加入加筋材料可以提高土的強度，增強土體的穩(wěn)定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整個土工系統(tǒng)的力學性能得到改善和提高的土工加固方法均稱為土工加筋技術，形成的結構亦稱之為加筋土結構。）同時也帶來路基失穩(wěn)新的問題，加筋路堤失穩(wěn)包括內(nèi)部穩(wěn)定破壞與外部穩(wěn)定破壞兩種模式[1]。外部穩(wěn)定破壞包括平面滑動破壞、深層滑動破壞、局部承載破壞（側向擠出破壞）及過量沉降4種形式，如圖1～圖4所示，本文通過對加筋土路堤穩(wěn)定計算[2]及結合工程地質(zhì)條件分析得出此段路堤失穩(wěn)的原因，且給出處置措施及處治結果。

圖1 平面滑動破壞

圖2 深層滑動破壞

圖3 局部承載破壞（側向擠出破壞）

圖4 過量沉降

1 工程地質(zhì)條件及評價

1.1 地形、地貌

項目位于黃土丘陵區(qū)，微地貌為黃土梁、塬、沖溝及陡坎，整體地形北高南低變化較大，地勢較高。

1.2 地層時代、成因及巖性特征

經(jīng)地質(zhì)調(diào)查及鉆探資料揭示，勘察區(qū)地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4me）及中更新統(tǒng)沖洪積物（Q2al+pl）粉土、粉質(zhì)黏土組成。Q4me人工填土為雜填土，雜色，結構疏松，土質(zhì)不均，多含碎石、磚塊等建筑垃圾。ZK2中3.9 m以上為建筑垃圾構成，結構松散，稍濕狀態(tài)，粒徑2～6 cm。Q2al+pl地層以粉土為主，局部沉積粉質(zhì)黏土，呈堅密狀分布。粉土，褐黃色，中密結構，稍濕狀態(tài)，含菌絲及鈣質(zhì)結核，其特征：結構疏松，具大孔隙，親水性強，隨著含水量的增加，易軟化，強度顯著下降，固結性差。粉質(zhì)黏土，褐黃—紅褐色，堅硬狀態(tài)，含菌絲及鈣質(zhì)結核?？辈炱陂g未見地表水，鉆探深度范圍內(nèi)亦未發(fā)現(xiàn)地下水。

場地位于呂梁—太行斷塊之呂梁塊隆的次級構造單元離石—中陽菱形復向斜，是歷史地震活動相對較弱的地區(qū)。自有記錄以來，僅在1829年4月發(fā)生5.25級地震1次，危害程度較輕。

2 經(jīng)計算及地質(zhì)條件分析得出破壞原因

2.1 加筋路堤計算

路基加筋土工合成材料設計計算抗拉強度Ta。

填料及地基抗剪強度參數(shù)c、φ值，加筋土材料與土接觸的界面阻力系數(shù)fGS均應由試驗獲得。界面摩擦系數(shù)為0.9。

筋材料的豎向?qū)娱g距為100 cm，大于一層填土最小壓實厚度。同時設置輔筋，輔筋層間距200 cm，長度4.0 m，路堤計算簡圖見圖5。

圖5 路堤計算簡圖

本項目采用通用規(guī)范方法，具體為圓弧穩(wěn)定分析方法中簡化Bishop法[3]，計算目標為安全系數(shù)計算，滑裂面形狀為圓弧滑動法，同時不考慮地震。土條重切向分力與滑動方向反向時當下滑力對待，穩(wěn)定計算目標是自動搜索最危險滑裂面。條分法的土條寬度為1 m，搜索時的圓心步長為1 m，搜索時的半徑步長為0.5 m。

計算結果為最不利滑動面滑動圓心坐標在(0.240，28.253)m，滑動半徑等于28.254 m，滑動安全系數(shù)Fsu為1.292，筋材總拉力Ts作用的力臂，m；D等于28.254。

采用上述結果進一步計算得：

式中：Wi為土條i的重力，kN/m;Qi為作用于i土條豎直方向的外力，kN/m，如車輛荷載等;R為滑弧半徑，m；αi為土條i底滑面與水平面的傾角，（°）。

得知筋材總拉力Ts：

式中：Fs為要求達到的穩(wěn)定安全系數(shù)；Fsu為未加筋時路堤圓弧滑動破壞的穩(wěn)定系數(shù)；D為筋材總拉力Ts作用的力臂，m；Md為滑動力矩，kN。

第j層筋材所受拉力Tj為：

式中：Tz為 1 個區(qū)域布置時，Tz=Tsmax；Rc為加筋覆蓋率，土工格柵Rc=1；Hz為加筋區(qū)域高度，m；Sv為加筋區(qū)域筋材豎向間距，m；Ta為筋材設計計算抗拉強度，kN/m。

堤身穩(wěn)定性、地基與堤身整體穩(wěn)定性系數(shù)為Fc：

各層錨固長度Le為：

式中：fGS為抗拔出阻力系數(shù)1.11；α為考慮筋材與土相互作用的非線性分布效應系數(shù)，土工格柵0.8；δ'V為筋土交界面的有效正應力；Rc為加筋覆蓋率，對土工格柵和土工織物為1；Fe為筋材抗拔出的穩(wěn)定安全系數(shù)，對粒料土為1.5，對黏性土為2.0。

最終得出加筋土路堤的穩(wěn)定系數(shù)：

經(jīng)上述計算可知本段加筋土擋墻不會發(fā)生內(nèi)部穩(wěn)定破壞。

2.2 地質(zhì)條件分析

本段路堤地質(zhì)條件簡圖見圖6。

圖6 路堤地質(zhì)條件簡圖

將本段路堤地質(zhì)條件簡圖與圖3相比較得出本段加筋土擋墻失穩(wěn)破壞形式為局部承載破壞（側向擠出破壞）。

3 處治方案及處治結果監(jiān)測

3.1 處治方案

經(jīng)過對抗滑樁與填土反壓2個方案計算，并結合拆遷占地等相應情況分析對比，最終選擇填土反壓處治方案，方案模型見圖7。

圖7 填土反壓處治方案模型圖

3.2 處治結果監(jiān)控量測

在公路工程中，監(jiān)控量測已成為不可替代的輔助措施。其不只能為科學研究提供第一手現(xiàn)場資料，而且也為施工與反饋設計提供了寶貴的參考信息，為工程安全、迅捷的建設提供有效的保障作用[4]。

本項目監(jiān)控量測的最終目的就是為了及時掌握路堤邊坡動態(tài)變化，依據(jù)工程特點布設10處觀測點布設要求為：a）測站點位置在路基影響范圍外圍穩(wěn)定地段布設；b）測站點、測點設置應設立混凝土樁，防止測樁遭受自然或人為因素破壞；c）監(jiān)測頻率1天1次；d）測量儀器選擇為儀器可靠性和穩(wěn)定性好、儀器有能與路基地基變形相適應的足夠的量測精度，儀器的靈敏度高，儀器具有與環(huán)境相適應的性能；e）測量誤差：點位誤差要求不超過±5.4 mm，水準測量每公里中誤差不超過±3.0 mm。

檢測數(shù)據(jù)結果處理見圖8，由數(shù)據(jù)顯示可知邊坡經(jīng)填土反壓處治后各個測點在15 d內(nèi)趨于穩(wěn)定，變化速率逐漸趨于0.0 m/日。且經(jīng)過一年的連續(xù)觀測邊坡未發(fā)生失穩(wěn)的跡象，由此可知設計施工方案可行且合理。

圖8 觀測數(shù)據(jù)結果處理圖

4 結論

a）減少山區(qū)公路路堤失穩(wěn)的主要措施是要充分做好前期地質(zhì)調(diào)查工作，調(diào)查工作做得越詳細、越具體，在設計中才越有針對性，從而避免許多設計上的差錯。

b)當路基出現(xiàn)失穩(wěn)滑塌之后應快速查找原因，對癥下藥，及時做出應對措施和準確的施工方案。同時在施工上應嚴格按設計要求進行施工和監(jiān)控，將損失降至最低。

c）加筋土路堤破壞形式有別于普通路堤，設計時應充分考慮兩者的差異性，做好充分的準備工作，盡量避免后期變更。