李新杰 李冬杰

【摘要】邊坡穩(wěn)定對于高速公路建設來說是極其重要的，邊坡穩(wěn)固關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全問題，邊坡穩(wěn)定性問題是判斷工程建設質(zhì)量好壞和保證人民生命財產(chǎn)安全的關(guān)鍵性問題，所以對邊坡穩(wěn)定性的分析研究具有很重要的現(xiàn)實意義。目前在實際工程中，對邊坡穩(wěn)定性分析的方法有很多種比如瑞典法、Bishop法、不平衡推力法、摩根斯坦-普萊斯方法等。近些年來，隨著強度折減法的迅速發(fā)展，強度折減法成為了邊坡穩(wěn)定性分析的重要手段。

【關(guān)鍵詞】強度折減法;路塹高邊坡;支護方案

由于高邊坡公路途經(jīng)路線走廊帶的差異，地質(zhì)條件與相應的物理力學性能不盡相同，原有的成果并不完全適用。需要結(jié)合工程實際特點，對其進行穩(wěn)定性分析和相應的支護優(yōu)化設計工作。與此同時，當前主要是針對單一的防護技術(shù)措施進行研究，比如錨桿框架梁防護，三維植被網(wǎng)防護等。不同的支護防護手段具有不同的適用范圍和條件。因此，針對實際項目的工程特點和沿線工程地質(zhì)條件，考慮公路高邊坡項目與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，對公路高邊坡進行科學合理的穩(wěn)定性分析，選擇科學有效的支護設計對于提高施工期以及后期運營階段的穩(wěn)定性具有重要意義。

1、強度折減法概述

強度折減法是在外荷載不變的前提下，將土體的抗剪強度指標進行不斷折減，使土體處于極限平衡時的折減系數(shù)即是邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。結(jié)合有限差分法的強度折減法具有不用假設邊坡破壞的滑動面的優(yōu)點，避免了假設滑動面的不準確性導致計算結(jié)果不可靠的后果，同時還具有不受地貌影響的特點，能夠模擬出邊坡破壞過程中的滑移面形狀和位置，因此在進行邊坡的穩(wěn)定性分析時，采用強度折減法能夠較合理地還原邊坡的破壞過程。

2、有限元模型建立

邊坡覆蓋層為粉質(zhì)黏土，下層為不透水的變質(zhì)細砂巖。邊坡的位移邊界條件為兩側(cè)施加鏈桿約束，底部施加固端約束;覆蓋層的流量邊界條件為兩側(cè)和地下水位以下是定水頭邊界，底部為不透水邊界。自重作用下的地應力場作為邊坡的初始應力場。通過現(xiàn)場鉆孔、原位測試和室內(nèi)試驗，得到邊坡土體參數(shù)。

3、有限元模型分析

邊坡土體受內(nèi)部構(gòu)造、應力演化和環(huán)境作用等要素影響，土體材料特性表現(xiàn)出明顯的不確定性。邊坡土體材料的變異性會導致不同的危險滑動面，因此在降雨入滲邊坡失穩(wěn)機理的分析時，很有必要考慮邊坡土體參數(shù)的變異性。采用簡化Bishop法和瑞典條分法對邊坡的可靠度進行分析;基于無限長邊坡物理模型，提出了土體抗剪參數(shù)均值隨深度變化的概率分析方法;用有限元強度折減理論探討了邊坡在動力作用下的可靠度;建立了考慮飽和滲透系數(shù)變異性的降雨入滲概率分析框架，探究了飽和滲透系數(shù)變異系數(shù)對邊坡失效概率的影響。目前，對邊坡可靠度分析大都基于土質(zhì)邊坡，在降雨入滲條件下，考慮土體抗剪參數(shù)變異性的層狀基巖型邊坡的可靠度分析研究較少。

4、支護優(yōu)化設計要點

針對高邊坡不同的項目特點和地質(zhì)條件，選用不同的加固設計手段。通常在公路高邊坡加固處治中較為常見的加固方法有：噴錨網(wǎng)支護加固、注漿加固、SNS主動防護網(wǎng)等。打入巖體的錨桿和抗滑樁對巖體的穩(wěn)定具有極大的幫助。高邊坡支護優(yōu)化設計的目的在于實現(xiàn)邊坡在自然災害下保持穩(wěn)定性的能力，避免出現(xiàn)滑坡等較為嚴重的失穩(wěn)現(xiàn)象。對于高邊坡的治理往往采用多種支護方式，而不僅僅是單一措施。例如，進行混合支護時，錨固方格的結(jié)構(gòu)由錨桿和預應力錨索組成，錨桿會增強坡體的整體穩(wěn)定性，而錨索的存在使得坡體具有韌性的特點。如此可以很好地保證坡體在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)變形時整個邊坡仍保持穩(wěn)定。排水設計。水是高邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要因素。如坡體內(nèi)的水不能及時排出，一方面會增大坡體自重增加與下滑力，另一方面也極有可能出現(xiàn)坡體松動的現(xiàn)象，進而產(chǎn)生嚴重變形。因此，在進行高邊坡優(yōu)化設計時，不應忽略對排水系統(tǒng)的設計。在不同的排水系統(tǒng)中設計不同的方案以保證高邊坡排水的暢通。高邊坡施工應自上而下逐級開挖，高邊坡的支護也應逐級防護，同時注重坡體的監(jiān)測。邊坡失穩(wěn)雖然是一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，但具有一定的規(guī)律性。通過對坡體的監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)邊坡存在的安全隱患進而提早采取措施，保證工程項目的安全。

5、無錨桿支護的方案

隨著邊坡開挖和支護的進行，邊坡的穩(wěn)定性逐步增加。在第一步和第二步開挖的過程中邊坡的安全系數(shù)得到有效的提高。因為在開挖第一步和第二步的過程中，挖方有效地減少了起下滑作用的土體的重量，使得這個邊坡的下滑力減小，抗滑力與下滑力的比值增大，從而提高了邊坡的穩(wěn)定性。尤其是第二層噴混凝土施工完畢后，邊坡的穩(wěn)定性最好。但當進行第三臺階開始之后，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)有所降低，究其原因，是因為邊坡的抗滑段的抗滑力減小。另一方面，在無錨桿支護的方案中，邊坡仍然存在一個潛在的圓弧狀表層滑動帶，該滑動帶即位于粉質(zhì)粘土和炭質(zhì)頁巖的巖層分界面附近，這是因為在成巖過程中，在巖層分界面處膠結(jié)強度較低造成的。另外可以看出滑動帶在坡腳的位置初應力最大，因此在施工完畢后，在長期的運營過程中，可能會出現(xiàn)坡面噴混凝土出現(xiàn)剪切裂縫的病害。加設錨桿之后，邊坡的塑性區(qū)范圍明顯縮小。只在表層出現(xiàn)了小范圍的塑性區(qū)，這表明錨桿調(diào)整了邊坡的應力分布，起到了明顯的支護作用。潛在的滑動面位置明顯下移，加深加大，且滑動面的應力明顯減小，支護效果良好。雖然增設錨桿在一定程度上增加了工程造價，但是在可控范圍內(nèi)，該類順向挖方路塹邊坡仍然建議設置錨桿進行加固防護，避免帶來后期運營的潛在危險與病害。

結(jié)語：

綜上所述，高速公路邊坡工程應綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、邊坡高度、環(huán)境條件、施工條件等因素，因地制宜，精心設計，選用一種支護結(jié)構(gòu)形式或幾種支護結(jié)構(gòu)形式組合的方式，實現(xiàn)邊坡治理的效果。在多級平臺放坡的情況下，監(jiān)測到邊坡及相應支護結(jié)構(gòu)均無明顯變更，邊坡治理效果顯著，可為同類永久性高邊坡的治理提供參考。

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