王梅

（甘肅省白銀公路事業(yè)發(fā)展中心靖遠(yuǎn)公路段，甘肅白銀 730600）

0 引言

公路路基邊坡是公路工程的重要組成部分，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到公路的安全性和可靠性。公路路基邊坡穩(wěn)定性失效可能導(dǎo)致土體滑坡、崩塌和沉降等問題，給公路運(yùn)營和使用帶來嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。為了解決公路路基邊坡失穩(wěn)問題，保障公路正常運(yùn)營和行車安全，對公路路基邊坡的穩(wěn)定性和加固措施等進(jìn)行研究，進(jìn)而為公路設(shè)計(jì)人員提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，以更好地保證公路路基邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

1 公路路基邊坡穩(wěn)定性分析

1.1 公路路基邊坡穩(wěn)定性的基本原理

公路路基邊坡穩(wěn)定性的基本原理是指在公路路基邊坡設(shè)計(jì)和施工中，保持邊坡穩(wěn)定所依據(jù)的基本原理和理論。公路路基邊坡的穩(wěn)定性主要受土體力學(xué)和重力作用的影響[1]。

第一，重力平衡原理：要保證公路路基邊坡穩(wěn)定，則要求邊坡所受到的重力與其抵抗力相平衡，邊坡上的土體重力不超過其抗滑力和抗傾覆力。

第二，摩擦和黏聚力原理：土體內(nèi)部存在顆粒間的摩擦力和顆粒間的黏聚力，這些力能夠提供一定的抗滑和抗傾覆的能力，對公路路基邊坡穩(wěn)定性起重要作用。

第三，土體的力學(xué)性質(zhì)：土體的強(qiáng)度、剛度和變形特性對公路路基邊坡穩(wěn)定性至關(guān)重要。了解土體的力學(xué)性質(zhì)，如抗剪強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和變形模量等，有助于評估公路路基邊坡的穩(wěn)定性。

第四，水文因素：水分對公路路基邊坡穩(wěn)定性有重要影響。水分能改變土體的強(qiáng)度和抗滑性能，引起土體飽和及滲流，導(dǎo)致邊坡變形和破壞。因此，需要在公路路基邊坡穩(wěn)定性分析中考慮水文因素。

1.2 影響公路路基邊坡穩(wěn)定性的因素

影響公路路基邊坡穩(wěn)定性的因素是多方面的，包括地質(zhì)、水文、土體力學(xué)和工程因素等。

第一，地質(zhì)條件：地質(zhì)構(gòu)造、巖石類型、土層的性質(zhì)和分布等都會影響公路路基邊坡的穩(wěn)定性。例如，存在節(jié)理、斷層或可溶性巖層的地質(zhì)條件，會增加邊坡破壞的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1 所示。

圖1 斷層滑坡

第二，水文因素：降雨、地下水位和地表水變化會導(dǎo)致邊坡土體飽和度或滲流增加，降低土體的抗剪強(qiáng)度和抗滑性能，從而增加邊坡的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

第三，土體力學(xué)特性：土壤的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角、黏聚力和變形特性等參數(shù)決定了邊坡的抗滑和抗傾覆能力，不同類型的土體具有不同的力學(xué)特性，對公路路基邊坡穩(wěn)定性的影響也不同[2]。

第四，邊坡幾何特征：邊坡的坡度、高度、坡面形狀等幾何特征會直接影響公路路基邊坡的穩(wěn)定性，較陡的坡度和較高的高度會增加邊坡滑動(dòng)和傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，坡面形狀也會影響水分滲入和土體的穩(wěn)定性。

第五，工程活動(dòng)：邊坡開挖、填筑，挖掘基坑和邊坡防護(hù)等工程活動(dòng)會改變邊坡原有的穩(wěn)定狀態(tài)，增加邊坡破壞的可能性。

1.3 常用的公路路基邊坡穩(wěn)定性分析方法

1.3.1 經(jīng)驗(yàn)法

經(jīng)驗(yàn)法是基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和已有案例，通過參數(shù)化的方法評估公路路基邊坡的穩(wěn)定性。采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行公路路基邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，通常需要使用一些公式來計(jì)算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)或安全系數(shù)。以Bishop 公式為例，如式（1）所示：

Bishop 公式考慮土層的強(qiáng)度參數(shù)、邊坡剪切面的形態(tài)特征以及作用力的影響，綜合計(jì)算邊坡的安全系數(shù)。安全系數(shù)Fs大于1 表示邊坡穩(wěn)定，小于1 表示存在穩(wěn)定性問題。

式（1）中：Fs表示邊坡穩(wěn)定系數(shù)；為土壤的黏聚力；Nc、Nq、Nr是標(biāo)準(zhǔn)形狀因子，根據(jù)邊坡剪切面的幾何形狀確定；W為邊坡剖面單位長度的自重；σH為水平力的合力（N）；σV為垂直力的合力（N）；L為邊坡的長度（m）；β為邊坡的坡度角。

1.3.2 解析法

解析法是基于力學(xué)原理和假設(shè)的前提條件，通過解析求解邊坡穩(wěn)定狀態(tài)和破壞機(jī)理的方法。采用解析法進(jìn)行公路路基邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，需要根據(jù)邊坡的幾何形狀和土體力學(xué)性質(zhì)，采用力學(xué)平衡原理和彈性理論進(jìn)行求解[3]。以極限平衡分析法為例，在邊坡破壞前，邊坡所受的剪力和正應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡方程，可以得到公路路基邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算公式：

式（2）中：W 表示邊坡所承受的穩(wěn)定荷載，W1為邊坡頂部的重力荷載，W2為邊坡底部的支撐力荷載，W3為邊坡上的摩擦力荷載。

1.3.3 數(shù)值模擬法

采用數(shù)值模擬法進(jìn)行公路路基邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)，需要將邊坡劃分為有限數(shù)量的小元素，利用有限元、有限差分或邊界元等方法，計(jì)算每個(gè)小元素上的力學(xué)狀態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬和求解。在數(shù)值模擬中，通常采用摩爾-庫倫準(zhǔn)則等塑性理論描述土體的變形和破壞過程。

2 公路路基邊坡加固措施

2.1 常見的加固措施

第一，表面排水措施：通過排水系統(tǒng)，包括排水溝、排水管道和排水井等，有效地排除邊坡內(nèi)部和周圍的積水，減少水分對公路路基邊坡穩(wěn)定性的影響。

第二，邊坡修整和坡面保護(hù)：通過對邊坡進(jìn)行修整和保護(hù)，包括清理邊坡上的雜草和雜物、修補(bǔ)和強(qiáng)化邊坡表面，提高公路路基邊坡穩(wěn)定性和抗侵蝕能力。

第三，植被加固：通過植被種植和保護(hù)，形成邊坡綠化帶，利用植物的根系固土和吸水功能，增強(qiáng)邊坡的抗滑和抗侵蝕能力。

第四，土工材料加固：使用土工合成材料，如土工格柵、土工布、土工膜等，在邊坡內(nèi)部形成加筋和過濾層，提高土體的整體穩(wěn)定性和抗滑性能。

第五，邊坡加固鋼筋混凝土護(hù)坡：通過在邊坡表面建立鋼筋混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)，提高邊坡的抗滑和抗侵蝕能力，同時(shí)提高邊坡的美觀性和耐久性。

第六，土石工程結(jié)構(gòu)加固：如土石方加固、土石塊加固、擋土墻、邊坡錨固等，通過加固結(jié)構(gòu)設(shè)置和土石體互相支撐，提高邊坡的整體穩(wěn)定性和抗滑性能[4]。

第七，邊坡防護(hù)網(wǎng)：安裝邊坡防護(hù)網(wǎng)，以有效防止邊坡土體滑坡和坍塌，保護(hù)邊坡的穩(wěn)定性和安全性。

實(shí)際加固時(shí)，需要綜合考慮邊坡的地質(zhì)條件、水文條件、土體力學(xué)特性及工程要求等因素，并根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。同時(shí)，實(shí)施加固措施后，應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測和評估，確保加固效果符合預(yù)期。

2.2 加固措施的選擇原則

選擇路基邊坡加固措施時(shí)，應(yīng)遵循以下原則（見表1）。

表1 加固措施選擇原則

綜合考慮以上原則，并根據(jù)具體情況和工程要求，選擇適合的加固措施，能夠有效提高公路路基邊坡的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 加固措施的設(shè)計(jì)與施工

2.3.1 基坑加固

（1）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基坑加固應(yīng)按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括基坑開挖深度、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、支護(hù)材料的選擇、支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。根據(jù)工程地質(zhì)和土力學(xué)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，確定坑基開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)類型和支護(hù)材料的規(guī)格，同時(shí)進(jìn)行靜力分析和動(dòng)力分析，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足相關(guān)要求[5]。

（2）施工要點(diǎn)

基坑加固施工應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，包括基坑開挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝和固定、支護(hù)材料填充和固結(jié)等；基坑開挖應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并進(jìn)行現(xiàn)場勘察和監(jiān)測；支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，并進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)；支護(hù)材料填充和固結(jié)應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

2.3.2 土釘加固

（1）設(shè)計(jì)要點(diǎn)

按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土釘加固設(shè)計(jì)，包括土釘長度、間距和傾斜角度確定、土釘材料和規(guī)格選擇、土釘布置方案確定等。土釘長度應(yīng)根據(jù)邊坡的穩(wěn)定性分析結(jié)果和土體力學(xué)參數(shù)確定，間距應(yīng)根據(jù)邊坡的高度和坡度確定，傾斜角度應(yīng)根據(jù)土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求進(jìn)行調(diào)整。土釘材料應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并在施工前對其進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。

（2）施工要點(diǎn)

土釘加固（見圖2）施工應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，包括鉆孔、錨固和土釘加固等。鉆孔應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，鉆孔直徑、鉆孔深度和鉆孔間距等要符合相關(guān)要求，以保證加固效果。錨固部分的處理應(yīng)注意錨固體的材料性能和長度、錨固點(diǎn)的埋置深度以及錨固體與土體之間的黏結(jié)性等問題，保證錨固的牢固性和穩(wěn)定性。土釘加固施工應(yīng)注意土釘?shù)牟荚O(shè)、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)和監(jiān)測等問題，以保證加固效果。同時(shí)，施工現(xiàn)場的安全管理也非常重要，施工人員應(yīng)嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，采取必要的防護(hù)措施，確保施工安全、順利進(jìn)行。

圖2 土釘加固示意圖

土釘加固計(jì)算公式可根據(jù)不同的土體和釘桿材料來確定，常見的土釘加固計(jì)算公式包括雙線性法、梁式法和板式法等。以雙線性法為例，其計(jì)算如式（3）所示：

式（3）中：Fs為土釘?shù)某休d力（N），Ks為土釘?shù)膫?cè)向土阻力系數(shù)，H為土釘?shù)挠行чL度（m），n為土釘?shù)臄?shù)量，Ai為第i根土釘?shù)臋M截面積（m2），qi為第i根土釘所受的荷載。

土釘加固的監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括土釘?shù)膽?yīng)力、變形和位移等參數(shù)。通過對土釘加固監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)土釘加固中存在的問題和隱患，及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和修補(bǔ)，從而保障加固效果和工程安全。

3 案例分析

某公路的一處邊坡位于地質(zhì)復(fù)雜的區(qū)域，經(jīng)歷了長期風(fēng)化和水侵蝕，邊坡出現(xiàn)了較大的變形和滑坡風(fēng)險(xiǎn)。為了確保公路的安全性和可靠性，進(jìn)行了公路路基邊坡穩(wěn)定性分析，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的加固措施。

3.1 公路路基邊坡穩(wěn)定性分析

進(jìn)行邊坡地質(zhì)勘察和土壤試驗(yàn)，收集表2 所示數(shù)據(jù)。

利用收集到的數(shù)據(jù)，采用極限平衡法進(jìn)行公路路基邊坡穩(wěn)定性分析。通過計(jì)算，確定了邊坡的安全系數(shù)和最不穩(wěn)定滑動(dòng)面的位置。

3.2 加固設(shè)計(jì)

基于公路路基邊坡穩(wěn)定性分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)加固方案?？紤]到邊坡的高度和土壤特性，選擇以下加固措施。第一，土釘加固。根據(jù)土層參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，確定土釘?shù)拈L度、間距和傾斜角度。土釘長度：8m；土釘間距：1.5m；土釘傾斜角度：20°。第二，加固施工。根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行邊坡加固施工。施工過程中進(jìn)行以下數(shù)據(jù)記錄和分析。鉆孔數(shù)據(jù)：鉆孔深度、孔徑和孔距；土釘數(shù)據(jù)：土釘?shù)膶?shí)際長度和傾斜角度；施工質(zhì)量控制：檢測土釘?shù)腻^固深度和拉力。第三，監(jiān)測和評估：完成加固施工后，進(jìn)行邊坡監(jiān)測和評估，收集以下數(shù)據(jù)。邊坡位移監(jiān)測：使用測量儀器記錄邊坡的位移和變形情況；加固效果評估：對比施工前后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估加固措施的效果和公路路基邊坡穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

分析公路路基邊坡穩(wěn)定性需要綜合運(yùn)用多種方法和手段，并依靠準(zhǔn)確記錄和分析實(shí)際數(shù)據(jù)來指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工。在實(shí)際加固施工中，綜合考慮土體的力學(xué)特性、工程環(huán)境和實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)等多種因素，能確保公路路基邊坡長期穩(wěn)定和工程安全可靠。