王劍英,王天成

(1.黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150050;2.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程與應(yīng)急管理學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150076)

0 前 言

早期的高速公路由于對(duì)未來(lái)交通量的預(yù)測(cè)不夠準(zhǔn)確,同時(shí)受當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、施工技術(shù)水平、設(shè)計(jì)理念等因素影響,大部分高速公路按雙向四車(chē)道建設(shè),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和車(chē)輛保有量的迅速提高,很多早期修建的高速公路無(wú)法滿足當(dāng)前的交通量[1,2],公路改擴(kuò)建是解決這類(lèi)問(wèn)題的有效方法,同時(shí)拓寬路基穩(wěn)定性也成為廣大學(xué)者研究熱點(diǎn)。本文以高速公路四車(chē)道改建為六車(chē)道為例,分析拓寬路基穩(wěn)定性。原有路基寬度26 m,改建路基寬度34.5 m,采用雙側(cè)加寬,每側(cè)需增加4.25 m寬度,其中土路肩寬度0.75 m,硬路肩寬度3 m,假設(shè)硬路肩邊緣作用一車(chē)輛荷載,荷載大小25 kPa[3]。

高速公路路面結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)層力學(xué)指標(biāo),擬定如表1[4,5]。路基填料為碎石土,地基為粉質(zhì)粘土。以8 m高路基為例,分析路基穩(wěn)定性。

表1 高速公路路面結(jié)構(gòu)型式

1 應(yīng)用理正深基坑軟件7.0分析路基穩(wěn)定性

新舊路基結(jié)合良好,成為一個(gè)整體,沒(méi)有差異沉降,路面面層沒(méi)有開(kāi)裂,如圖1。

圖1 拓寬路基示意圖

應(yīng)用理正深基坑軟件7.0找到最不利圓心及滑動(dòng)圓弧半徑,此種情況最不利圓弧位于坡面上,如圖2,最不利圓心及半徑見(jiàn)表2(圓弧序號(hào)3),坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)位于坡腳。

圖2 最不利圓心及滑動(dòng)圓弧半徑

表2 滑弧圓心及半徑

表3 土條計(jì)算指標(biāo)

通過(guò)計(jì)算得出此邊坡最小穩(wěn)定系數(shù)Kmin=1.493大于1.25,所以邊坡穩(wěn)定。由于路面面層沒(méi)有開(kāi)裂,面層、基層抗剪強(qiáng)度高,不會(huì)發(fā)生貫穿路面結(jié)構(gòu)層的破壞,因此穩(wěn)定系數(shù)最小的滑動(dòng)面在邊坡坡面部位。

2 條分法分析邊坡穩(wěn)定性

新舊路基結(jié)合良好,但存在差異沉降,路面面層開(kāi)裂,如圖3,假設(shè)此時(shí)面層的抗剪強(qiáng)度為零,滑動(dòng)圓弧通過(guò)路面結(jié)構(gòu)層底新舊路基結(jié)合處,并且通過(guò)坡腳,圓心在36°線上,如圖。采用條分法[6,7],利用公式1計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。

圖3 條分法計(jì)算示意圖

(1)

式中:k為邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù);ci、φi為第i個(gè)土條滑動(dòng)面上的粘聚力、內(nèi)摩擦角,(kPa、°);Si為第i個(gè)土條的面積;ΔGi為縱向取1延長(zhǎng)米第i個(gè)土條的重量(包括土條范圍內(nèi)的路面及荷載),kN;θi為第i個(gè)土條滑弧中點(diǎn)切線與水平面的夾角,即法線與豎直面的夾角;li為第i個(gè)土條在滑動(dòng)面上的滑弧長(zhǎng)度。

通過(guò)1、2兩種情況對(duì)比,Kmin=1.493和Kmin=1.492,發(fā)現(xiàn)路面開(kāi)裂對(duì)路基穩(wěn)定性的影響并不大,說(shuō)明路基的穩(wěn)定性決定了路基路面的穩(wěn)定性。

3 不平衡推力法分析邊坡穩(wěn)定性

新舊路基結(jié)合不良,產(chǎn)生差異沉降,路面面層開(kāi)裂,并已斷開(kāi),新建路基可能會(huì)沿原邊坡表面和原地面滑動(dòng),采用不平衡推力法,應(yīng)用公式2、3分析路基穩(wěn)定性[8],如圖4。

圖4 不平衡推力法計(jì)算示意圖

將滑動(dòng)土體按滑動(dòng)面坡度分為兩部分,計(jì)算參數(shù)如表4,為簡(jiǎn)化計(jì)算,加寬路面結(jié)構(gòu)層厚度0.66 m范圍內(nèi)的重度用路基填料重度代替,為提高安全度,假定路基填土與地基之間的粘聚力為零。

表4 滑體計(jì)算指標(biāo)

(2)

E2=E1cos(α1-α2)-

(3)

式中:K為安全系數(shù)取1.25;ci、φi為第i個(gè)滑動(dòng)土體的粘聚力、內(nèi)摩擦角,kPa、°;si為第i個(gè)滑體的面積;Gi為縱向取1延長(zhǎng)米第i個(gè)滑體的重量(包括滑體范圍內(nèi)的路面及荷載),kN;αi為第i個(gè)滑體滑動(dòng)面傾角;li為第i個(gè)滑體滑動(dòng)面長(zhǎng)度;Ei為第i個(gè)滑體的剩余下滑力。

經(jīng)計(jì)算E1=4.86,E2=-30.98,第二個(gè)滑塊的剩余下滑力E2為負(fù)值,說(shuō)明路基邊坡穩(wěn)定。

從計(jì)算結(jié)果分析,第一塊滑體的剩余下滑力已經(jīng)大于零,說(shuō)明第一塊滑體不穩(wěn)定,如果原地面橫坡變陡,或雨水從裂縫滲入導(dǎo)致路基填土或原地面抗剪強(qiáng)度變低,路基有失穩(wěn)的可能性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了拓寬路基穩(wěn)定性分析的方法,應(yīng)用理正深基坑軟件7.0、條分法、不平衡推力法等路基穩(wěn)定性分析方法,并附詳細(xì)計(jì)算過(guò)程,由于本人學(xué)識(shí)有限,不當(dāng)之處敬請(qǐng)同行指證。