馮小平

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

0 引言

福建地區(qū)多為山區(qū)丘陵地帶，特別是內(nèi)陸地區(qū)，城市的開發(fā)建設(shè)大部分都處在群山溝壑中，市政道路建設(shè)經(jīng)常會(huì)形成在陡坡上的高開挖，深回填路基邊坡。由于建設(shè)擾動(dòng)、區(qū)域降雨、場(chǎng)地地質(zhì)情況等影響，使建設(shè)形成的高陡斜坡容易發(fā)生失穩(wěn)和不均勻沉降破壞，地面橫坡、山體地質(zhì)和路堤填方高度對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大[1]，需要對(duì)高陡路堤邊坡特別關(guān)注。因此，本文依托實(shí)際工程中遇到的高陡路堤邊坡，探討高陡路堤邊坡在設(shè)計(jì)過程的方法。

1 項(xiàng)目概況

海云路位于閩清縣，道路用地現(xiàn)狀主要為農(nóng)田、菜地、林地和荒地等，地勢(shì)高低起伏大，屬于山區(qū)丘陵地形。海云路線路總長(zhǎng)2.2km，分三期建設(shè)，一二期道路寬度為25m，三期道路寬度27m，為城市次干路。設(shè)計(jì)車速為30km/h，采用瀝青混凝土路面，最大縱坡5.5%。為了銜接道路兩側(cè)場(chǎng)地高程、周邊規(guī)劃路網(wǎng)高程和道路平面線型及縱坡，道路建設(shè)形成大量的高填深挖路基邊坡。本文選取海云路三期經(jīng)典斷面k0+560橫斷面，路面寬27m，路塹邊坡高13.6m，路堤邊坡高26m，現(xiàn)狀地面橫坡35°。

2 地質(zhì)情況概述

該項(xiàng)目沿線地段原始地貌單元為剝蝕殘丘地貌單元，道路沿線場(chǎng)地內(nèi)分布的地層自上而下依次為：①雜填土、②含碎石粉質(zhì)粘土、③砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、④碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r及⑤中風(fēng)化凝灰?guī)r。主要物理力學(xué)參數(shù)值如表1所示。

表1 主要物理力學(xué)參數(shù)值

根據(jù)勘察期間所進(jìn)行的地下水位觀測(cè)結(jié)果，擬建場(chǎng)地地下水賦存于風(fēng)化基巖的裂隙之中，地下水類型為潛水，埋藏較深，且道路路基設(shè)計(jì)高程較高，可不考慮地下水對(duì)路基穩(wěn)定性影響。

3 自然放坡和擋土墻支護(hù)方案比選

根據(jù)“安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、就地取材、便于施工養(yǎng)護(hù)”邊坡防護(hù)基本原則，根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)條件，選取自然放坡、擋土墻支護(hù)和放坡+擋土墻組合3種方案進(jìn)行比選。

方案一：采用自然放坡方案。根據(jù)路基填料的物理力學(xué)性質(zhì)、邊坡高度、工程地質(zhì)條件和穩(wěn)定性計(jì)算確定邊坡坡率。邊坡形式采用臺(tái)階形，每級(jí)邊坡高度為8m，自上而下邊坡坡率分別取1∶1.75、1∶2.0、1∶2.25、1∶2.5，邊坡與邊坡間設(shè)2m寬護(hù)坡平臺(tái)。該方案需占用道路外側(cè)河道，需對(duì)河道進(jìn)行改道并對(duì)下邊坡進(jìn)行防沖刷防護(hù)，如圖1所示。

圖1 自然放坡方案斷面圖

方案二：采用擋土墻支護(hù)方案。在道路人行道外側(cè)設(shè)置衡重式擋土墻，由于地面橫坡陡，現(xiàn)狀高差大，擋土墻基礎(chǔ)埋深較深，擋土墻高度為16m。通過修建擋土墻，道路不會(huì)對(duì)外側(cè)河道造成影響，如圖2所示。

圖2 擋土墻支護(hù)方案斷面圖

方案三：采用放坡+擋土墻組合方案。由于海云路道路全線挖方土石量較大，為了保持道路全線填挖土石方量整體平衡，充分利用道路路塹土石挖方和減少棄土，從節(jié)約道路建設(shè)用地和節(jié)省道路建設(shè)成本考慮，提出自然放坡+擋土墻支護(hù)組合方案。擋土墻高度為12m。該方案能防止路基侵占河道和河道沖刷路基，如圖3所示。

圖3 放坡+擋土墻組合方案斷面圖

對(duì)邊坡支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。方案一雖然邊坡工程造價(jià)低，如包括河流改道費(fèi)用，整體工程造價(jià)較高，且需占用大量的用地。方案二路基建設(shè)用地最少，建設(shè)超高擋土墻施工難度大，工程造價(jià)高。方案三，修建路堤擋土墻，合理利用了路塹土石方，解決了路基建設(shè)用地侵占河道和河道沖刷路基問題。經(jīng)綜合考慮該項(xiàng)目選用方案三。

表2 邊坡支護(hù)方案對(duì)比表

4 選用圓弧滑裂面計(jì)算

采用放坡+擋土墻組合方案修建時(shí)，邊坡滑裂面根據(jù)邊坡地質(zhì)條件和路堤回填材料等可分為圓弧滑裂面和折線滑裂面。參考《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTC D30-2015)[2]，在計(jì)算邊坡整體穩(wěn)定性時(shí)宜采用簡(jiǎn)化Bishop法，采用圓弧滑裂面計(jì)算，根據(jù)JTC D30-2015公式(1)計(jì)算路堤邊坡穩(wěn)定性，即：

(1)

其中，F(xiàn)s為路堤穩(wěn)定系數(shù)；

bi為第i個(gè)土條寬度；

αi第i個(gè)土條底滑面的傾角；

ci、φi第i個(gè)土條滑弧所在土層的黏聚力和內(nèi)摩擦角；

Wi第i個(gè)土條重力；

Qi第i個(gè)土條垂直方向外力。

利用理正軟件中邊坡綜合治理模塊，計(jì)算圓弧滑裂面穩(wěn)定安全系數(shù)。計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 圓弧滑裂面計(jì)算結(jié)果圖

計(jì)算出最不利滑裂面前緣位于第二級(jí)坡面中下部，后緣位于坡頂處，總的下滑力為473kN，總的抗滑力為657kN。

5 選用折線滑裂面計(jì)算

根據(jù)張健，張?chǎng)蝃3]等研究陡坡路基沿基底的滑動(dòng)穩(wěn)定性，可能比路基范圍內(nèi)的滑動(dòng)穩(wěn)定性更難以滿足；而結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)狀地面橫坡35°，則有必要驗(yàn)算沿填挖交界面滑動(dòng)的穩(wěn)定性?；耍瑓⒖肌豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》(JTC D30-2015)[2]，路堤沿斜坡地基的穩(wěn)定性分析采用不平衡推力法，采用折線滑裂面計(jì)算，根據(jù)JTC D30-2015公式(2)、(3)計(jì)算路堤邊坡穩(wěn)定性。

(2)

(3)

其中，WQi第i個(gè)土條的重力與外加豎向荷載之和；

αi第i個(gè)土條底滑面的傾角；

ci、φi第i個(gè)土條底的黏聚力和內(nèi)摩擦角；

li第i個(gè)土條底滑面的長(zhǎng)度；

Ei-1第i-1個(gè)土條傳遞給第i個(gè)土條的下滑力；

Fs為路堤穩(wěn)定系數(shù)。

利用理正軟件中邊坡綜合治理模塊，計(jì)算沿填挖交界面折線滑裂面穩(wěn)定安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 折線滑裂面計(jì)算結(jié)果圖

表3 圓弧滑裂面和折線滑裂面穩(wěn)定安全系數(shù)表

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，組合方案穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，方案可行。

6 處治措施

路基填筑條件、填料強(qiáng)度、臺(tái)階開挖尺寸、路堤斷面型式和路基滲水等，對(duì)高陡路堤邊坡的穩(wěn)定性影響較大[4-5]。根據(jù)工程地質(zhì)條件，對(duì)原地面采用挖臺(tái)階處理，臺(tái)階寬度不小于2m，臺(tái)階底做成向內(nèi)傾斜4%的坡度。填方路基優(yōu)先選用級(jí)配較好的礫類土、砂類土等粗粒土作為填料；對(duì)填方邊坡高度≥15 m的高路堤，采用沖擊碾壓或大噸位的壓路機(jī)對(duì)路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，使路堤填土得到最大的密實(shí)度。應(yīng)用鋪設(shè)土工合成材料等綜合措施，提高路堤整體性和強(qiáng)度。在放坡段采用骨架噴草(植灌)防護(hù)，設(shè)置平臺(tái)邊溝和排水溝，防止雨水滲入邊坡和擋土墻墻背。同時(shí)，對(duì)高邊坡項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控，明確監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和位置，以確保設(shè)計(jì)方案的可靠性，進(jìn)而確保本邊坡支護(hù)工程的安全。

7 結(jié)論

海云路三期高陡路堤邊坡，存在地面橫坡陡、路基填方邊坡高度大、路基邊坡臨近河道等特點(diǎn)，通過高陡路堤邊坡設(shè)計(jì)方案比選，針對(duì)邊坡地質(zhì)情況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，主要結(jié)論如下：

(1)對(duì)高陡路堤自然放坡、擋土墻支護(hù)和放坡+擋土墻組合方案進(jìn)行比較，組合方案在施工難度、土石方利用、建設(shè)使用土地、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和工程經(jīng)濟(jì)等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)；

(2)高陡路堤邊坡需同時(shí)滿足路基圓弧滑裂面和沿填挖交界折線滑裂面穩(wěn)定安全性驗(yàn)算；

(3)高陡路堤設(shè)計(jì)，需注意地面橫坡處理、路基填料選擇、路基壓實(shí)、邊坡排水和邊坡監(jiān)控等問題，對(duì)邊坡穩(wěn)定性具有較大影響。