郭立華

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司 太原市 030032)

0 引言

由于受到降雨、填土性質(zhì)和外部荷載等因素的影響，土質(zhì)路堤高邊坡可能會產(chǎn)生不同程度的失穩(wěn)破壞[1]。為了研究土質(zhì)路堤高邊坡的穩(wěn)定性變化情況，采用MIDAS/GTS軟件建立模型進行有限元分析[2]，驗證高邊坡加固設(shè)計方法，并結(jié)合現(xiàn)場變形監(jiān)測結(jié)果對加固效果進行分析。結(jié)合108國道拓寬改建工程土質(zhì)路堤高邊坡加固設(shè)計案例，結(jié)合路堤地質(zhì)狀況、地形地貌建模分析，制定邊坡加固方案，并結(jié)合高邊坡水平位移、垂直位移和樁頂累積位移進行加固效果分析，力求為施工提供技術(shù)參考。

1 工程概況

國道108山西忻州段拓寬改建工程，對路基采用單側(cè)加寬的方式。原路基設(shè)計寬度為12m，加寬后路基寬度為25.5m，采用雙向四車道設(shè)計，一級公路建設(shè)標準，設(shè)計車速80km/h。K254+325.5～K254+612段為加寬段，路基北側(cè)緊鄰溝谷高差較大，為17～25m，該路段路基為采用高填方土質(zhì)路堤。高填方段北側(cè)高、南側(cè)低，拓寬段填方路基位于路基北側(cè)。路堤坡腳處為邊坡一級平臺，寬度為5～10m，填方路堤高度西部較高，最大填筑高度為27m，東部填筑高度較低，最小填筑高度為14m。

結(jié)合地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，該拓寬段路基無斷層、泥石流等不良地質(zhì)情況，但土質(zhì)邊坡局部產(chǎn)生了垮塌，且部分區(qū)域出現(xiàn)了開裂。為了保證土質(zhì)路堤邊坡穩(wěn)定，在高路堤坡腳布置抗滑樁進行加固，并對邊坡坡面采用漿砌片石、拱形骨架護面墻和噴錨支護進行加固。

2 土質(zhì)高邊坡路堤邊坡加固設(shè)計

為了提高土質(zhì)路堤高邊坡的穩(wěn)定性，在路堤坡腳布置抗滑樁進行加固，設(shè)計樁長為20m，樁間距5m，截面尺寸為1.5 m×2.0m，共計58根?？够瑯妒┕げ捎萌斯ね诳讟兜氖┕すに?，樁身混凝土標號為C30，樁頂設(shè)置冠梁，混凝土標號也為C30，尺寸為0.8m(高)×1m(寬)，抗滑樁后部設(shè)置厚度為0.3m的擋土板，完工后回填填料?？够瑯犊梢猿惺苓吰峦馏w滑動產(chǎn)生下滑力，受力情況主要取決于樁身周圍土體的變形情況。

抗滑樁后填土分級填筑，每級邊坡高度為8m，邊坡坡率為1∶1.5，上部邊坡采用錨噴支護，錨桿采用Φ25螺紋鋼筋，長度為3.5m，間距為2.5m，采用梅花形布置；下部邊坡采用拱形骨架護面墻，邊坡平臺設(shè)置排水溝，下部邊坡上部設(shè)置急流槽。

3 抗滑樁位移模擬分析

運用MIDAS/GTS軟件，對該路段土質(zhì)路堤高邊坡的變形情況進行模擬，主要包括邊坡水平位移、垂直位移和總位移。該軟件模擬降雨工況，選取K254+360～K254+460段作為研究對象，分別對加固后的高邊坡變形情況進行模擬，路堤高邊坡水平位移、垂直位移和總位移云圖如圖1～圖3所示。

圖1 加固后路堤高邊坡水平位移云圖

圖2 加固后路堤高邊坡豎直位移云圖

圖3 加固后路堤高邊坡總位移云圖

分析圖1～圖3位移云圖，在模擬降雨工況的情況下，路堤邊坡加固前水平位移最大值為49.5mm，加固后邊坡的水平位移最大值為12.3mm，總體位移下降了75.2%。路堤邊坡加固后垂直位移最大值為21.9mm，沉降變形量較大，需要在路堤填筑施工過程中提高填土的壓實度，并做好沉降監(jiān)測。加固前路堤邊坡總位移最大值為61.64mm，加固后總位移最大值為24.8mm，總體下降了59.8%。另外，加固后的路堤邊坡水平位移由加固前的淺層轉(zhuǎn)移至深層和抗滑樁頂部，且位移量明顯下降。

4 土質(zhì)路堤高邊坡加固后變形監(jiān)測分析

4.1 測點布置

為了確定K254+325.5～K254+612段路基加寬段高邊坡變形情況，分析邊坡的穩(wěn)定性。路堤變形監(jiān)測內(nèi)容主要包括邊坡水平位移、垂直位移、抗滑樁頂位移，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)進行測點布置。路堤變形監(jiān)測測點布置間距為30m，該測段一共布置11個測點?？够瑯蹲冃伪O(jiān)測測點布置在樁頂，每隔3根樁布置一個測點，共布置20個測點。

4.2 監(jiān)測方法

垂直位移監(jiān)測是在土質(zhì)路堤高邊坡樁頂埋設(shè)水泥樁，并在高邊坡施工影響范圍外布置高程起算點，與設(shè)計水準點進行聯(lián)測，并定期復(fù)核高程起算點[3]，以保證變形監(jiān)測的穩(wěn)定性。垂直位移監(jiān)測采用電子水準儀，按照國家二級水準測量標準進行觀測。

水平位移監(jiān)測測點布置采用端部刻有十字的鋼筋，埋入邊坡土層厚使用混凝土固定。水平位移監(jiān)測方法采用小角度法，后視點選用距離測樁50m的永久性目標，然后通過觀測確定各監(jiān)測點與后視點之間的夾角，通過相鄰兩次觀測的測角差計算確定水平位移。

另外，在技術(shù)人員對邊坡變形情況進行監(jiān)測的同時，對邊坡坡面和坡頂進行觀察，如發(fā)現(xiàn)局部有變形破壞的跡象應(yīng)加強觀測。

4.3 監(jiān)測頻率及預(yù)警值

采用水準儀對邊坡的水平和垂直位移進行監(jiān)測，前期監(jiān)測頻率為1次/7d，穩(wěn)定后1次/14d，雨季應(yīng)適當增加監(jiān)測頻率[4]，如變形速率較大，應(yīng)適當增加監(jiān)測頻率?？够瑯稑俄斘灰撇捎萌緝x監(jiān)測，監(jiān)測頻率與邊坡變形監(jiān)測相同。

為了對邊坡穩(wěn)定性進行準確評價，需要確定邊坡和抗滑樁變形預(yù)警值。預(yù)警值應(yīng)根據(jù)邊坡加固設(shè)計方案、模擬分析結(jié)果、地質(zhì)情況和監(jiān)測等級等因素確定。本項目公路監(jiān)測等級為一級，當邊坡變形達到極限值70%時，抗滑樁變形達到極限值50%時，可認為達到了預(yù)警值。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)中的相關(guān)規(guī)定，土質(zhì)路堤高邊坡變形監(jiān)測極限值為30mm，預(yù)警值為21 mm；抗滑樁變形監(jiān)測極限值為35mm，預(yù)警值為17.5mm。

4.4 邊坡變形監(jiān)測結(jié)果分析

選取K254+360～K254+460段為研究對象，選取有代表性的邊坡測點和抗滑樁測點進行分析。選取K254+405.5斷面處的邊坡位移測點監(jiān)測結(jié)果進行分析，16#抗滑樁樁頂位移監(jiān)測結(jié)果作為研究對象。

4.4.1土質(zhì)路堤高邊坡變形監(jiān)測結(jié)果分析

通過收集K254+405.5監(jiān)測斷面水平位移和垂直位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制時間-位移變化曲線如圖4所示。

表4 K254+405.5監(jiān)測斷面時間-位移變化曲線

分析圖4曲線變化情況，K254+405.5監(jiān)測斷面水平位移前期變化速率較大，后期逐步趨于穩(wěn)定。水平位移累積達到12.94mm，低于預(yù)警值21mm，邊坡穩(wěn)定。與水平位移變化趨勢相同，垂直位移也是前期變化速率較高，監(jiān)測220d以后位移變形速率變小，并逐步趨于穩(wěn)定。累計垂直位移為5.68mm，遠小于預(yù)警值21mm，邊坡穩(wěn)定性好。

與上述數(shù)值模擬分析結(jié)果對比分析，計算得出路堤邊坡最大水平位移為12.3mm，與監(jiān)測結(jié)果12.94mm相差5%左右，監(jiān)測結(jié)果與計算結(jié)果基本一致。模擬分析計算所得垂直位移最大值為21.9mm，實測值為5.68mm，較計算值下降了74%，這是由于在施工過程中增加了填土的壓實度，提高了邊坡的穩(wěn)定性。綜合分析邊坡水平位移和垂直位移的檢測結(jié)果，均遠小于預(yù)警值，路堤邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.4.2抗滑樁樁頂位移監(jiān)測結(jié)果分析

收集16#抗滑樁樁頂位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制累積位移-時間變化曲線如圖5所示。

分析圖5曲線變化趨勢，前期樁頂位移變化速度較快，監(jiān)測后期變化速度明顯下降，在監(jiān)測365d后基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。16#抗滑樁樁頂累積位移為9.77mm，遠低于設(shè)計預(yù)警值17.5mm，該處邊坡抗滑樁處于穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合上述數(shù)值模擬計算結(jié)果，樁頂最大位移計算值為10.4mm，二者僅相差6%。

圖5 16#抗滑樁樁頂累積位移-時間變化曲線

5 結(jié)語

結(jié)合國道108路基改擴建工程，對土質(zhì)路堤高邊坡進行加固設(shè)計，并運用MIDAS/GTS軟件，對邊坡變形情況進行模擬分析，結(jié)合高邊坡現(xiàn)場變形監(jiān)測結(jié)果，分析得出以下結(jié)論：

(1)通過建立模型進行數(shù)值模擬分析，得出土質(zhì)路堤高邊坡加固后變形明顯下降，但垂直位移較大，應(yīng)優(yōu)化施工工藝，提高路基壓實度；

(2)分析邊坡變形監(jiān)測結(jié)果，路堤邊坡水平位移和垂直位移均小于預(yù)警值，說明邊坡穩(wěn)定性良好；

(3)分析抗滑樁變形監(jiān)測結(jié)果，所選抗滑樁樁頂累積位移監(jiān)測結(jié)果為9.77mm，遠低于預(yù)警值，說明該處邊坡抗滑樁處于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合分析，路堤高邊坡水平位移、垂直位移，以及抗滑樁位移均低于設(shè)計預(yù)警值，說明邊坡和抗滑樁穩(wěn)定性較好。