摘"要：高速公路改擴建工程中，高邊坡的開挖過程穩(wěn)定性是一個重要的研究課題。本文通過對高邊坡開挖施工中存在的穩(wěn)定性問題進行分析，提出了一系列的解決措施，包括邊坡硬防護、優(yōu)化工藝和設(shè)備、監(jiān)測和警示等。通過這些措施的實施，可以有效降低高邊坡開挖過程對交通安全造成的風險，確保施工過程順利進行。

關(guān)鍵詞：高速公路；改擴建工程；高邊坡開挖過程；穩(wěn)定性文章編號：2095-4085（2024）07-0040-03

0"引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，高速公路改擴建工程的需求不斷增長。然而，在高速公路改擴建工程中，面臨著高邊坡開挖過程的穩(wěn)定性問題，這不僅會對施工工期和成本造成影響，還可能給交通安全帶來風險。因此，研究高邊坡開挖過程的穩(wěn)定性具有重要意義。

1"項目背景

G5京昆高速綿陽至成都段擴容工程TJ10標段線路起于三臺縣永明鎮(zhèn)，在涪城區(qū)豐谷鎮(zhèn)境內(nèi)與成萬高速共線，將現(xiàn)有成萬高速公路“四改八”，沿途經(jīng)涪

江特大橋、豐谷互通到達關(guān)帝鎮(zhèn)，通過新建關(guān)帝樞紐互通與成萬高速分離，往楊家鎮(zhèn)方向與新建路線相連接，通往成都。標段起訖里程樁號：K27+000-K41+891.412， 主線長度14.89km， 塘汛樞紐連接線4.6km， 總長19.49km。

沿線上跨成萬高速施工點位共11處，涉及3座橋梁拆除重建（綿三天橋、K36天橋、K35天橋），2座渡槽拆除重建（K33渡槽、K35渡槽），3座橋梁新建（F2、C2、D2匝道橋），3座橋梁幫寬（豐谷互通主線橋、李家灣中橋、馬家大橋）。上跨橋梁結(jié)構(gòu)形式均為鋼箱梁結(jié)構(gòu)（見圖1）。

2"高邊坡開挖前的地質(zhì)調(diào)查與分析

2.1"工程區(qū)地質(zhì)特征描述

在進行高速公路改擴建工程高邊坡開挖前，首先需對工程區(qū)的地質(zhì)特征進行詳細描述。這些地質(zhì)特征包括但不限于土層分布、地層巖性、斷裂帶和節(jié)理系統(tǒng)、地下水位等。通過詳細的地質(zhì)調(diào)查，在工程區(qū)域

內(nèi)收集和分析各種地質(zhì)數(shù)據(jù)，可以為后續(xù)的邊坡穩(wěn)定性研究提供基礎(chǔ)。例如，工程區(qū)的土層分布情況直接影響著邊坡開挖的穩(wěn)定性。不同類型的土層具有不同的工程性質(zhì)，如顆粒級配、密度、孔隙水壓力等。巖性是另一個重要因素，它決定著巖體的強度和變形特性。斷裂帶和節(jié)理系統(tǒng)在邊坡開挖過程中可能會導(dǎo)致巖體破裂和滑動的風險。地下水位的高低會對土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響［1］。

2.2"巖土工程性質(zhì)測試與分析

在地質(zhì)特征描述的基礎(chǔ)上，還需要進行一系列巖土工程性質(zhì)的測試與分析。通過對土體和巖石樣本進行室內(nèi)試驗，可以確定其物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及水文性質(zhì)等。在土體方面，常見的性質(zhì)測試包括顆粒分析、比重測定、液塑限度測試等。這些數(shù)據(jù)可用于土體分類、計算受力狀態(tài)等。另外，還可以進行土體壓縮和剪切試驗，以獲得其變形和強度特性。對于巖石，可以進行抗壓、抗拉和抗剪強度等試驗，以了解其力學(xué)性質(zhì)。此外，還應(yīng)對地下水位進行監(jiān)測和記錄，以確定地下水位的變化及可能對邊坡穩(wěn)定性的影響。另需考慮季節(jié)性和長期水位變化，并對水文數(shù)據(jù)進行分析。

2.3"邊坡穩(wěn)定性評價方法選擇

常見的方法包括經(jīng)驗法、解析法和數(shù)值模擬法。經(jīng)驗法是基于過去的工程經(jīng)驗和實例，結(jié)合工程區(qū)的地質(zhì)特征，進行邊坡穩(wěn)定性評估。這種方法具有操作簡單、速度快等優(yōu)勢，但僅適用于簡單的邊坡情況。解析法是基于力學(xué)原理和巖土力學(xué)理論，通過解析求解邊坡的穩(wěn)定性方程。這種方法要求具備一定的理論基礎(chǔ)，適用于各種復(fù)雜的邊坡情況。數(shù)值模擬法是采用數(shù)值計算工具，如有限元法、離散元法等，對邊坡開挖過程進行數(shù)值模擬。它能夠考慮更多復(fù)雜因素的影響，提供更準確的邊坡穩(wěn)定性評價結(jié)果?？筛鶕?jù)實際需要和可行性，結(jié)合以上因素，選擇最合適的方法進行邊坡穩(wěn)定性評價，并分析其適用性和局限性［2］。

3"高邊坡開挖過程中的地應(yīng)力變化分析

3.1"地應(yīng)力變化規(guī)律探討

高邊坡開挖過程中，地下土體所受的應(yīng)力狀態(tài)會發(fā)生顯著的變化。為了探討地應(yīng)力變化的規(guī)律，在進行高邊坡開挖前和開挖過程中，需要對地下土體的初始應(yīng)力狀態(tài)進行測量和分析。地下土體初始應(yīng)力狀態(tài)由地表荷載、地下水壓力以及地層本身的自重所引起。通過現(xiàn)場測量和實驗室試驗，可以獲取初始應(yīng)力狀態(tài)下的地應(yīng)力分布情況。在開挖過程中，隨著土體的開挖和剝離，土體所受的應(yīng)力分布將發(fā)生變化。這是由于土體的失重效應(yīng)以及周圍巖土體應(yīng)力分布的調(diào)整所致。地應(yīng)力的變化對邊坡的穩(wěn)定性具有重要影響。

3.2"開挖對應(yīng)力場的影響分析

開挖過程中對土體的剝離和移除將導(dǎo)致土體下方形成一個空洞或不完全填充的區(qū)域，從而改變了地下土體的應(yīng)力場分布?？斩磪^(qū)域中的應(yīng)力狀態(tài)將會發(fā)生改變，并對周圍土體施加壓力。此外，開挖還會導(dǎo)致周圍地下水位發(fā)生變化，從而改變地下水對土體的側(cè)向壓力。這些變化會直接影響土體的穩(wěn)定性。因此，在高邊坡開挖過程中，需要通過數(shù)值模擬或?qū)崪y等方法來研究開挖對土體應(yīng)力場的影響。這可以幫助評估開挖過程中土體的受力狀態(tài)，并為邊坡穩(wěn)定性分析提供重要依據(jù)。

3.3"地應(yīng)力變化對邊坡穩(wěn)定性的影響

土體的應(yīng)力狀態(tài)直接影響邊坡的穩(wěn)定性。地應(yīng)力的變化會導(dǎo)致土體內(nèi)部的剪切強度、摩擦角等工程參數(shù)發(fā)生變化，從而影響邊坡的承載能力和抗滑穩(wěn)定性。當?shù)貞?yīng)力的變化導(dǎo)致土體強度降低，邊坡可能出現(xiàn)滑動或失穩(wěn)的風險。此時，需要進行邊坡穩(wěn)定性的重新評估，并采取相應(yīng)的支護措施。此外，在開挖過程中，地應(yīng)力變化還可能導(dǎo)致邊坡表面的沉降或變形。這些變形現(xiàn)象會對邊坡的穩(wěn)定性造成不利影響，并可能引發(fā)其他地質(zhì)災(zāi)害。因此，準確分析地應(yīng)力變化對邊坡穩(wěn)定性的影響非常重要。通過合理的工程設(shè)計和監(jiān)測手段，可以及時發(fā)現(xiàn)邊坡穩(wěn)定性問題，并采取相應(yīng)的安全措施，以保證工程安全進行。

4"高邊坡開挖過程中的邊坡變形與破壞機制分析

4.1"邊坡的沉降特征與變形行為分析

在高邊坡開挖過程中，邊坡的沉降特征和變形行為是關(guān)注的重點。邊坡開挖后，土體會受到剪切力和應(yīng)力的改變，從而引起沉降和變形。因此，對邊坡沉降特征和變形行為進行分析十分重要。邊坡的沉降特征通常表現(xiàn)為邊坡表面的垂直下沉或傾斜。通過監(jiān)測邊坡表面的位移，可以了解邊坡沉降的發(fā)展情況以及變形速率。同時，還需考慮邊坡的不均勻沉降現(xiàn)象，例如沿邊坡高度和不同位置的沉降差異。除了沉降，邊坡的變形行為也需要分析。主要包括邊坡的側(cè)限擴張、土體的收縮和膨脹、裂縫的出現(xiàn)等。這些變形行為會對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生直接影響。通過實地觀察和監(jiān)測，可以獲得邊坡變形的詳細行為特征和規(guī)律。

4.2"邊坡的裂縫發(fā)展與破壞機理分析

在高邊坡開挖過程中，裂縫的發(fā)展與破壞是邊坡穩(wěn)定性的主要關(guān)注點。邊坡變形和應(yīng)力的改變會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和擴展，進而影響邊坡的強度和穩(wěn)定性。裂縫的發(fā)展機理與邊坡的力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。主要包括土體的強度、剪切帶的形成與演化、水的滲透和排泄等。由于開挖導(dǎo)致的土體內(nèi)部應(yīng)力釋放和變化，使土體可能出現(xiàn)剪切破壞，從而產(chǎn)生裂縫。裂縫的發(fā)展過程分為萌芽期和擴展期兩個主要階段。在萌芽期，裂縫形成但尚未擴展；而在擴展期，裂縫逐漸擴大并影響邊坡的穩(wěn)定性。通過實地觀察、測量和數(shù)值模擬等手段，可以分析邊坡裂縫的形成機制、擴展規(guī)律以及其對邊坡穩(wěn)定性的影響。這對于評估邊坡的穩(wěn)定性和制定相應(yīng)的支護措施具有重要意義。

4.3"變形和破壞與巖土工程參數(shù)關(guān)系分析

邊坡的變形和破壞過程與巖土工程參數(shù)之間存在著密切的關(guān)系。巖土工程參數(shù)包括土體的物理性質(zhì)（如密度、 含水量）和力學(xué)參數(shù)（如抗剪強度、 摩擦角）等。通過實驗室試驗和現(xiàn)場監(jiān)測，可以獲取土體的巖土工程參數(shù)，并與邊坡的變形和破壞過程進行關(guān)聯(lián)分析。例如，通過剪切試驗研究土體的剪切強度與變形特性之間的關(guān)系；通過密度試驗研究土體的壓縮性與沉降變形之間的關(guān)系。這些分析可以揭示邊坡變形和破壞過程的機制和規(guī)律，并為邊坡設(shè)計和支護提供依據(jù)。

5"高邊坡開挖過程穩(wěn)定性控制措施

5.1"支護結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計原則

在高邊坡開挖過程中，為保證施工安全和坡體穩(wěn)定，需要采取一系列的措施進行支護結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計?？筛鶕?jù)邊坡的地質(zhì)條件和工程要求，選擇適當?shù)闹ёo結(jié)構(gòu)類型。常見的支護結(jié)構(gòu)包括噴射混凝土、錨桿錨索、爆破塊石體等。不同的地質(zhì)條件和工程要求適合采用不同的支護結(jié)構(gòu)，因此需充分了解邊坡的巖土特性和受力情況，以確定最合適的支護方式。支護設(shè)計要充分考慮整體穩(wěn)定性和變形控制，從而確保支護結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度滿足要求。例如，在較高的邊坡上，可采用邊坡分段或階梯式支護，以減小邊坡的斜坡長度，提高穩(wěn)定性。此外，應(yīng)根據(jù)地下水位和降雨情況，設(shè)計合理的排水系統(tǒng)，減少水分對邊坡穩(wěn)定的影響。另外，還需考慮施工工藝和時間進度等因素，合理安排支護結(jié)構(gòu)的施工順序和方法。例如，可采用先開挖后支護的工藝，通過及時設(shè)置臨時支撐或噴射混凝土等方式來維持邊坡的穩(wěn)定性。同時，還要加強監(jiān)測和預(yù)警，確保在變形或位移超過預(yù)定范圍時能及時采取應(yīng)急措施，以保證工程安全［3］。

5.2"臨近既有高速進行高邊坡拓寬開挖施工的交通安全問題解決方案

在臨近既有高速路進行高邊坡拓寬開挖施工時，容易出現(xiàn)落石等問題，會對交通安全造成風險。為了解決這個問題，可以在邊坡的關(guān)鍵部位設(shè)置硬質(zhì)防護，如混凝土梁、鋼筋網(wǎng)或巖石錨桿等。這樣可以增加邊坡的穩(wěn)定性，減少邊坡的崩塌和落石的可能性。在施工過程中，可使用先進的工藝和設(shè)備來提高施工效率，并減少對邊坡穩(wěn)定性的不利影響。例如，使用無爆破的施工方法，能減少震動和沖擊力對邊坡的影響；使用高效的挖掘設(shè)備，可減少對土體的擾動和松動。此外，在進行邊坡開挖之前，可以進行前期的地質(zhì)勘察和評估，以確定邊坡的穩(wěn)定性，并制定相應(yīng)的施工方案和控制措施。在施工過程中，需要對邊坡進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)邊坡變形和位移的異常情況，并采取相應(yīng)的措施，如撤離施工人員和臨時限制交通等，以確保交通安全。同時，與既有高速的管理部門進行密切合作，制定好施工期間的交通管理方案，從而確保施工區(qū)域的交通暢通和安全。

5.3"既有高速路基幫寬的新老路基不均勻沉降問題解決方案

在既有高速路基幫寬的過程中，新老路基之間會存在不均勻沉降的問題。為了減少這個問題的發(fā)生，在新老路基接觸區(qū)域的軟土地基可以采用碎石樁或水泥攪拌樁等處理方法，以提高軟土地基的承載力和抗沉降能力。這些樁體能夠增加土體的側(cè)向支撐和固結(jié)，減少沉降的發(fā)生。對于幫寬邊坡，可以在邊坡上設(shè)置臺階，并在臺階位置進行強夯，以增加邊坡的穩(wěn)定性，并減少邊坡下滑和土體沉降的風險。臺階的設(shè)置能夠改變土體的應(yīng)力狀態(tài)，并分散荷載，減少不均勻沉降的可能性。同時，在幫寬路基的填筑過程中，需要采取適當?shù)目刂拼胧＠?，可在?m填筑一層路基后，進行沖擊碾壓，以增加填筑層的密實度和穩(wěn)定性。此外，考慮到不均勻沉降的情況，可以進行分層填筑，每層填筑之間需進行充分的振動或加固處理。這樣可以均勻地分布荷載和應(yīng)力，減少新老路基之間的差異，降低不均勻沉降的風險。

5.4"水位控制對邊坡穩(wěn)定性的影響分析

水位的變化會直接影響邊坡土體的飽和度和有效應(yīng)力，從而對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在開挖邊坡時，如果存在高水位，水的滲透和滲流會對土體的結(jié)構(gòu)和強度產(chǎn)生破壞，并增加土體的重力和液體壓縮力，使得邊坡的穩(wěn)定性降低。因此，在開挖邊坡前，需要進行合理的水位控制，降低地下水位來減少對邊坡的不利影響。另一方面，在填筑過程中，水位的控制也是關(guān)鍵。如果水位過高，會增加填筑土體的濕度和飽和度，導(dǎo)致土體的液化和減少強度，從而引起邊坡的沉降和失穩(wěn)。因此，在填筑路基時，需要控制好水位，保持土體的均勻飽和，以避免邊坡出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。然而，過分降低水位也可能對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生負面影響。當水位過低時，土體的飽和度下降，土壤粒子之間的顆粒間隙增大，土體強度下降，容易引發(fā)邊坡上部的滑坡和坍塌。因此，在水位控制過程中應(yīng)綜合考慮土體水分特性和邊坡的穩(wěn)定性需求［4-5］。

6"結(jié)語

總之，高邊坡開挖過程的穩(wěn)定性是高速公路改擴建工程中的重要問題。通過邊坡硬防護、優(yōu)化工藝和設(shè)備、監(jiān)測和警示等措施的實施，可以有效降低高邊坡開挖過程對交通安全造成的風險，進而保障施工過程的安全順利進行。

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