管沟开挖施工边坡的稳定性分析

2013-12-09刘勇文

黄河水利职业技术学院学报 2013年4期

李忠，刘勇文

（黄河水利职业技术学院，河南开封 475004）

0 引言

用于敷设管道的槽沟称为管沟。在粉沙、碎石土等地区开挖石油、天然气管沟的过程中，常进行无支护开挖，其边坡可能会发生滑坡、崩塌，危及人们的生命和财产安全。如，2002 年9 月29 日，西气东输一安装机组在连头施工地段，就发生一起因管沟突然大面积塌方，致使1 人死亡的施工事故。

造成管沟边坡滑坡、崩塌的主要因素有［1～2］：（1）边坡土体的性质。一般在粉沙土、碎石土及黄土地区发生滑坡的可能性比较高。（2）开挖边坡的坡度。坡度愈陡，发生滑坡的几率愈大。（3）边坡所受的外力。如边坡坡顶有大面积堆载，则发生滑坡的可能性大增。另外，管沟边坡的稳定性还与土体的含水量及边坡的坡高有一定的关系。本文试对粉沙地区管沟边坡在不同的坡度、高度、外力等条件下边坡的稳定性进行分析。

1 管沟边坡稳定性计算

1.1 计算参数选取

在管沟开挖施工过程中，两侧坡顶会堆积大量土料或其他材料。为了保证边坡稳定，要求堆积材料在挖方边缘0.8 m 以外，堆土或材料高度不宜超过1.5 m。若土体单位体积重量为20 kN／m3，则其最大堆载外力为30 kPa。

在不同的地区，土体的物理力学性质指标有所差异。根据相关资料［3］，选取了粉沙的物理力学性质指标（如表1 所示）。

表1 粉沙的物理力学性质指标Table 1 Physical mechanical property index of silty sand

1.2 计算方法

管沟边坡的潜在滑面形态为圆弧面，拟采用瑞典条分法对其稳定性进行定量分析计算。具体计算时，采用理正岩土计算软件中的边坡稳定分析方法进行计算。

1.3 计算工况

对应于管沟开挖深度分别为3 m、5 m、6 m，土体状态分别为天然状态和饱和状态，选取6 种计算工况。各种工况的堆载均为30 kPa，每一种工况的管沟开挖坡度分别为1∶1.5、1∶1.2、1∶1.0、1∶0.8、1∶0.2、直立，具体工况情况如表2 所示。

2 管沟稳定性计算结果及分析

2.1 计算结果

在天然和饱和状态下，当管沟边坡土体为粉沙、并在30 kPa 堆载作用下，对于不同坡度、不同开挖深度，边坡稳定性分析计算结果如表3 所示。在各种工况条件下，安全系数与边坡坡度的关系如图1～图6 所示。

表2 计算工况Table 2 Working condition calculation

2.2 稳定分析

由表3 及图1～图6 得出：（1）在各种工况条件下，随着边坡开挖坡度的增大，其安全系数均随之减小；随着边坡开挖深度的增大，其安全系数也均随之减小。（2）管沟边坡在饱和状态下的边坡稳定性降低很大，即使在天然状态下、属于非常安全的开挖坡度，在饱和状态下也容易发生滑坡。在施工中，如果遇见雨雪天气，容易引起含水量增大，管沟边坡稳定性将会降低。（3）对应于安全系数等于1 时，在工况1、工况2、工况3（天然）的条件下，开挖坡度分别为1∶0.7、1∶0.9、1∶1.0。对应于安全系数等于1 时，在工况4、工况5、工况6（饱和）的条件下，开挖坡度分别为1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3。在选取管沟边坡开挖坡度时，可参考这些数据。