許斯偉

(中交路橋華東工程有限公司，上?！?01203)

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高填路堤路基邊坡安全穩(wěn)定性計算

許斯偉

(中交路橋華東工程有限公司，上海201203)

摘要:介紹了溫州繞城高速公路北線二期工程的地質(zhì)與氣候條件，采用不平衡推力法、傳遞系數(shù)法以及簡便方法，計算了該工程高填路基邊坡的穩(wěn)定性，得出了一些有利于高填方路段施工的結論。

關鍵詞:高速公路，路基，邊坡，穩(wěn)定性

1　工程概況及難點

1．1工程概況

溫州繞城高速公路北線二期工程位于溫州樂清市境內(nèi)，路線全長13．4 km，道路全線包含隧道、橋梁、深挖的路塹、高填路堤等不同類型。

1．2地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，高填路堤路段的地表為厚度不等的殘坡積含粘性土碎石層，屬普通土(Ⅱ);下伏基巖為凝灰?guī)r、輝綠巖，屬軟石(Ⅳ)。

1．3氣候條件

工程區(qū)地處亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，全年四季分明，溫和濕潤，降水量充沛。溫州地處浙江東南沿海，夏季多臺風，在臺風侵襲期，降水量大，并且降水集中、歷時短、強度大。

1．4工程難點

溫州繞城高速公路北線二期工程，地質(zhì)多為凝灰?guī)r，地處沿海，為亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，雨量充沛，并且多臺風，因此，高填路堤的邊坡安全穩(wěn)定性，需要格外重視，以確保施工安全和建成后的道路運行安全。

2　高填路基邊坡安全穩(wěn)定性計算

2．1概況

高填方路堤位于YK38+620～YK38+770，為采石廢棄場地，最大高度為31 m，地基為中風化巖石，承載力高。本處因地制宜，采用填石路堤設計。邊坡分四級放坡，由上至下為:第一節(jié)坡率為1∶1．5，高度8 m;第二節(jié)坡率為1∶1．75，高度8 m;第三節(jié)坡率為1∶2．0，高度10 m;第四節(jié)坡率為1∶2．5，放坡至地面，邊坡平臺均為2 m。以YK38+682高填方路堤斷面為例(如圖1所示)。

圖1　YK38+682高填方路堤典型斷面圖

此處為半填半挖路段，由于填挖交界處斷面為傾斜斷面，存在邊坡滑動的可能，從而產(chǎn)生水平的推力，對坡腳片石混凝土擋墻造成影響，形成質(zhì)量事故。故需對邊坡進行穩(wěn)定性計算，將影響降到最低甚至沒有。為確保安全，采用3種算法，保證計算的準確性。

根據(jù)坡率大小，為方便計算，將斷面分成3個土條，劃分情況見圖2。

圖2　土條劃分示意圖

根據(jù)上述劃分示意圖，經(jīng)測量和計算，得到YK38+682坡面的計算參數(shù)模型圖，如圖3所示。

圖3　YK38+682坡面部分參數(shù)計算模型圖

按偏安全考慮，選取粘聚力小，內(nèi)摩擦角小的參數(shù)，即ci= 29 kPa，φi=40°，γ=21．3 kN/m3。

巖土參數(shù)取值見表1。

表1　巖土參數(shù)取值參照表

2．2不平衡推力法

采用不平衡推力法進行分析計算路堤沿斜坡地基或軟弱層帶滑動的穩(wěn)定性，公式如下:

式中:WQi——第i個土條的重力與外加豎向荷載之和;

Ei－1——第i－1個土條傳遞給第i個土條的下滑力。

用公式逐個土條進行計算，穩(wěn)定系數(shù)Fs根據(jù)JTG D30—2015公路路基設計規(guī)范表3．6．11取1．45。

WQi:土條重力+400(40 t壓路機激振力)，計算中以m為單位長度。

αi:見圖3，分別為45°，18°，1°。

li:見圖3，分別為35．99 m，17．03 m，42．66 m。

經(jīng)計算，E1=1 490．2 kN，E2=－1 176．3 kN，因E2為負數(shù)，無向下傳遞的力，E3無需計算。

2．3傳遞系數(shù)法

結構受力圖見圖4。

圖4　結構受力圖

式中:fs——穩(wěn)定系數(shù);

Pi——第i條塊剩余下滑力的合力，kN;

Wi——第i個土條的重力與外加豎向荷載之和，kN;

ψi——第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1條塊時的傳遞系數(shù)(j=i)。

根據(jù)上述公式，推導出:

按偏安全考慮，選取粘聚力小，內(nèi)摩擦角小的參數(shù)，即ci= 29 kPa，φi=40°，γ=21．3 kN/m3。

經(jīng)計算得:

R1=5 185．046 kN;R2=6 114．047 kN;R3=7 953．516 kN;ψ1= 0．51;ψ2=0．767;T1=4 935．452 kN;T2=2 176．318 kN;T3= 139．715 kN。

代入公式得:fs=3．923，根據(jù)系數(shù)大于1．3，滿足安全要求。根據(jù)安全系數(shù)，每塊條塊的剩余下滑力的合力分別為:

P1=14 177．753 kN;P2=9 654．55 kN;P3=－0．374 kN。

綜上，由于P3＜0，第3塊條塊不產(chǎn)生向下的下滑力，因此，不會沖擊擋土墻，滿足工程安全要求。

2．4簡便方法(fellenius法)

采用簡便方法(fellenius法)，計算安全系數(shù)Fs，根據(jù)，若Fs≥1．3，則滿足安全要求，若Fs≤1．3，則路堤滑動面不滿足安全要求，需要采取加固措施。

式中:Wi——第i個土條的重力與外加豎向荷載之和;

μi——第i塊土條在滑動面上的空隙水壓力;

Zi——第i個滑塊的平均厚度，從偏安全的角度，本計算取Zi=lisinθi;

γw——水的重度，取γw=10 kN/m3。

綜上，參數(shù)值設定如下:

Wi:土條重力+400(40 t壓路機激振力)，即Wi=γsi+400。

經(jīng)計算:安全系數(shù)Fs≈1．94。

滿足Fs≥1．3的邊坡穩(wěn)定要求，因此，本段工程中，斷面的水平滑動推力對片石混凝土擋墻不產(chǎn)生影響。

2．5結論

根據(jù)上述計算，本工程高填方路段上層路堤傳遞下來的水平推力，在下層路堤中粘聚力的作用下已經(jīng)抵消，對片石混凝土擋墻不產(chǎn)生影響。

參考文獻:

［1］JTG D30—2004，公路路基設計規(guī)范［S］．

［2］ ［日］本松岡元．土力學［M］．羅汀，姚仰平，譯．北京:中國水利水電出版社，2001．

［3］ 姜德義，朱合華，杜云貴．邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治［M］．重慶:重慶大學出版社，2005．

［4］GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范(報批稿)［S］．

［5］ JTG F10—2006，公路路基施工技術規(guī)范［S］．

中圖分類號:U416．1

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0160-02

收稿日期:2016-04-02

作者簡介:許斯偉(1982-)，女，碩士

The calculation on safety and stability of high fill embankment slope

Xu Siwei
(CCCC Road and Bridge East China Engineering Limited Company，Shanghai 201203，China)

Abstract:This paper introduced the geological and climate conditions of Wenzhou belt highway north line phaseⅡengineering，used the imbalance thrust force method，transfer coefficient method and simple method，calculated the stability of this engineering project high fill embankment slope，gained some conclusion in favor of high fill roadbed construction．

Key words:highway，roadbed，slope，stability