湖区软基地段斜坡高填路堤的稳定性研究

2013-08-05陈超

黑龙江交通科技 2013年7期

陈超

(洪湖市公路管理局)

1 工程概况

省道S214 仙崇线白庙至新堤集镇过境路段路面改造工程，沿线地质构造比较复杂，其中，K59 +000 至小港大桥K61 +500 路段属于软基地段，途径湖区，沟壑纵横，存在大量高填路堤、半填半挖路基及斜坡路基，地形较为复杂，为软土地基斜坡高填路堤。

2 场地条件

2.1 地层岩性

根据《工程岩体分级标准》，结合本地区的工程经验，在该工程区域内的主要岩土层，选取正确的岩体物理力学参数。

2.2 水文地质条件

线路穿越区拥有良好的排水设施，水流梯度比较大，通过大气降水来补给地下水含量，其水位容易受到季节性影响。

2.3 地震及区域稳定性

在确定地震及区域稳定性时，需要根据《中国地震动峰值加速度区划图》的具体规定，按照《公路工程抗震设计规范》的相关要求，设定地震动峰值加速度为0.05 g，地震基本烈度为Ⅵ度，地震动反应谱特征周期为0.35 s。

3 施工方案

该工程软基地段的特性是含水量大，压缩性高，但是其抗剪强度和承载力都比较低，不能保证路堤的稳定性。因此，必须结合本地区工程经验，充分考虑各种因素的影响，如经济、时间、安全等，根据软基地段施工的难易程度，采用分层填筑、机械碾压的施工方式，科学分析软弱土层的特性，采用合理的软土地基处理方案。本工程采用的施工方案主要是“清淤换填+土工格栅”。由于工程周边环境这种开挖过的碎石土拥有较好的工程特性，因此要将其收集起来，作为换填材料和路堤填筑材料。路堤高25 m，土工格栅共铺设5层，每层5 m。按现行《公路路基设计规范》，正确设置台阶，确保填土与斜坡地基接触面处能够契合，采取浆砌片石网格植草，防护边坡坡面，采用40 cm 厚M5.0 浆砌片石，防护坡脚处。路面以下8 m 内设置一级边坡，坡比为1∶1.5，路面以下8 ～20 m 设置一级边坡，坡比为1∶1.75，20 m 以下坡比为1∶2，每两级边坡衔接处用2 m 宽平台连接。

4 现场监测

进行现场监测时，需要正确分析工程的破坏形式，优质指导施工，在该路堤上选择了一批关键断面，如K183 +520等，埋设测点。每关键断面上的监测点分布如图1 所示。

图1 监测点分布图

5 斜坡地基上填方路堤破坏型式分析

为研究斜坡地基上高填路堤的破坏型式，收集了从路堤填筑完成之后250 d 之内的所有监测数据，包括水平位移y和沉降量s。由于依托工程的填方路堤断面型式比较单一，主要为梯形路堤。各个断面的型式也大同小异，因此选取了K183 +520 和K183 +600 两个具有代表性的断面作为研究对象分别作出这两个典型断面上各监测点的水平位移变化趋势图和沉降量趋势图(图中，水平位移垂直于路堤轴线指向路堤外侧为正)，见图2、图3。

图2 K183 +520 断面上的监测数据变化趋势图

图3 K183 +600 断面上的监测数据变化趋势图

综合图2、图3 可以发现一些规律:这两个断面上的监测数据变化趋势很相似，这表明各监测点的水平位移和沉降量非常接近。但是在原台2 和总台2 两个监测点上面，所测得的沉降量较小，而测得的其他各监测点，都具有相似的沉降趋势。由上面图2、图3 发现，在路堤外侧路肩位置，埋设总右监测点，能够得到最大沉降，由于填筑材料级配良好，再加上对该地基施工过程中，已经做好的压实工作，即使路堤堤身发生压缩，总沉降比原地表沉降大，但这种压缩量也很小。

6 加强斜坡高填路堤稳定性的分析方法

6.1 加强斜坡高填路堤的监测

根据软基地段所表现的各种特征现象，在进行斜坡高填路堤监测时，需要根据当地的天气情况，记录监测期间的地表状态，如果发现地表无明显变化，再对位移、土压力、地下水位、加固结构物应力进行监测，在坡体内埋设测斜管或其他感应元件，可以测得坡面地表点位移和深部位移。

6.2 加强斜坡高填路堤稳定性的定量分析

目前，用于分析路堤稳定性的方法有极限平衡法、有限元法、赤平极射投影法。本文在进行斜坡高填路堤稳定性的计算和分析，将面上作用力相对于圆心形成的阻滑力矩与滑动力矩的比值定义为土坡的稳定安全系数，采用的稳定安全系数K 计算公式如下

式中:i 为下标，代表土条编号;r0为水容重;b 为土条宽;l、a为分别为土条沿滑裂面的长度和坡角;c、φ 为有效抗剪强度指标;r、rm为土的湿容重和饱和容重;hw为土条底部中点的渗流水头，与土条滑动面相交;h1、h2为土条在浸润线以上和以下的高度。这种计算方法用最优化原理，采用圆弧滑裂面，搜索最小安全系数和相应临界滑裂面，通过假定破坏滑动面为一圆弧形面，土坡失稳破坏简化为一平面应变问题。