山区高填陡斜坡路堤接弃土场或填平区问题研究

2019-11-05陈祖鑫

福建交通科技 2019年5期

陈祖鑫

(福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004)

0 引言

福建省位于东南沿海地区，山区地形地质复杂，高等级公路布线较为困难，桥梁和隧道所占比例较高，施工难度大；同时，山区公路工程填挖量大，造价高。为了确保高等级公路的技术标准，修筑山区公路时，局部路段只能采取高填或深挖的措施来解决跨沟或越岭的问题。

在高填陡坡路基所在的山坳地段，常常可以设置为弃土场或填平区，如此设计可消耗大量弃方，同时对路基起反压护道作用，提高路基边坡稳定性，再次，可以防止在山坳处积水。但往往在施工过程中，弃土场和填平区填土压实度达不到要求，土质松散，同时，未做好排水措施。在降雨作用下，雨水入渗，长期淤积无法排除，使得路基湿度大大上升，影响路基稳定性，同时，使得路基土软化，产生不均匀沉降，最终导致路面开裂或边坡垮塌。本文依托莆田至炎陵高速公路永泰梧桐至尤溪中仙段(福州市境) 工程对接弃土场或填平区的陡坡高填路基进行计算分析，并提出处置方案[1-5]。

1 项目概况

本项目路线全长约42.241257km，路线起于永泰县梧桐镇镇潼关村，与福永高速衔接，路线由东南往西北经丘演、三富、白湾至永泰的嵩口镇、长庆镇，止于盖洋乡珠峰村，与湄洲湾至重庆高速公路三明段相接，线路区的地势总体是东南部盆地区低(起点)，西北部中低山区(终点)高。

2 数值分析模型

2.1 计算模型

本文采用Geo-studio 软件中的Slope/W 模块计算边坡稳定性，采用Sigma/W 模块计算边坡位移变形[1-5]。本文选取该项目典型断面建立模型，计算模型如图1～图2 所示，对于弃土场和填平区情况分别选取一种模型。计算范围为150m 宽，60m 高。根据实际钻探结果，地下水位于原地面底下约为1m，路基填料为土方。地质自上而下分别为坡积粉质粘土、砂土状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩。计算边坡位移变形时的边界条件如图3～图4 所示，下部和右侧设置固定约束，左侧采用水平约束。弃土场模型在路面和边坡选取A、B、C、D、E、F六个位移观测点，填平区模型在路面和边坡选取A、B、C、D、E 五个位移观测点，如图5～图6 所示。

图1 弃土场计算模型

图2 填平区计算模型

图3 弃土场边界条件

图4 填平区边界条件

图6 填平区位移观测点

边坡稳定性方法根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中3.6.9 条的规定采用Bishop 法。本项目选取模型为路堤沿陡斜坡地基，因此，路堤的安全系数正常工况下应达到1.30[5]，非正常情况(降雨状态下)应达到1.20。

2.2 计算参数

计算参数均采用摩尔库仑模型，土层参数取自实际工程钻探和根据室内资料而制定，其参数如表1 所示。

表1 各土层物理力学参数

3 计算结果

3.1 路基接弃土场

弃土场模型计算结果如图7～图14 所示。从图中7～图8 可以看出，正常情况下在边坡安全系数为2.677 时，满足设计要求。但在长期降雨作用下，雨水入渗，使得弃土场中土含水量大大增加，水分入渗路堤土，导致弃土场和路堤土抗剪强度明显下降，导致路基边坡稳定性下降至1.863，但由于弃土场起到的反压作用，从稳定性上边坡仍然满足规范要求。

图7 正常状态下弃土场路基稳定性

图8 非正常状态下弃土场路基稳定性

图9～图10 为路基横向位移，向左方向为负，向右方向为正。从图中看出，弃土场位置位移为正，正常状态最大值达到8.7cm，越往深处位移值越小；路基边坡处横向位移值为负，最大值达到17.3cm，越往深处位移值越小；在路基长期泡水状态后弃土场处和边坡处最大横向位移值分别达到11.7cm 和23.6cm，说明路基在长期泡水后横向位移明显增加。

图9 正常状态下弃土场边坡横向位移(m)

图10 非正常状态下弃土场边坡横向位移(m)

图11～图12 为路基竖向位移，向上为正，向下为负。从图中可以看出，弃土场顶部和边坡滑动面处路基竖向位移最大，均为负值，正常状态最大值达到51.1cm，路基长期泡水后沉降最大值达到66.8cm，说明路基在长期浸水后竖向位移同横向位移一样明显增加。

图11 正常状态下弃土场边坡竖向位移(m)

图12 非正常状态下弃土场边坡竖向位移(m)

图13～图14 为路基总位移，值均为正值，由于路基竖向位移明显大于横向位移，因此总位移变化趋势和竖向位移基本一致，弃土场顶部和边坡滑动面处路基总位移最大，正常状态最大值达到53.3cm，路基长期泡水后总位移最大值达到70.2cm，说明路基在长期浸水后总位移明显增加。

图13 正常状态下弃土场边坡总位移(m)

图14 非正常状态下弃土场边坡总位移(m)

对弃土场模型中6 个观测点在正常状况和长期浸水情况下路基位移状况进行计算，得出结果如图15～图17所示，从图中可以明显看出，在长期受水影响状况下路基边坡各点的横向位移、竖向位移和总位移均明显低于正常状况下的各点位移。说明若弃土场压实度不足，排水设施不完善情况下，路基边坡在长期受水影响下，容易造成失稳或沉降变形过大。

图15 弃土场边坡观测点横向位移变化

图16 弃土场边坡观测点竖向位移变化

图17 弃土场边坡观测点总位移变化

3.2 路基接填平区

填平区模型计算结果如图18～图19 所示。从图中18～图19 可以看出，正常情况下在边坡安全系数为1.326，满足设计要求。但在长期降雨作用下，同弃土场情况一样，雨水入渗，导致填平区和路堤土抗剪强度明显下降，路基边坡稳定性下降至1.069，不满足规范要求。

图18 正常状态下填平区路基稳定性

图19 非正常状态下填平区路基稳定性

经过计算，路基横向位移整体向左偏移，正常状态最大值达到23.8cm，越往深处位移值越小，在路基长期泡水状态后填平区处最大横向位移值达到31.4cm，说明路基在长期泡水后横向位移明显增加。

图20～图21 为路基竖向位移，向上为正，向下为负。从图中可以看出，边坡滑动面处路基竖向位移最大，为负值，正常状态最大值达到53.3cm，路基长期泡水后沉降最大值达到72.8cm，说明路基在长期浸水后竖向位移同横向位移明显增加。

总位移变化趋势和竖向位移基本一致，边坡滑动面处路基总位移最大，正常状态最大值达到57.7cm，路基长期泡水后总位移最大值达到79.2cm，说明路基在长期浸水后总位移明显增加。

图20 正常状态下填平区边坡竖向位移(m)

图21 非正常状态下填平区边坡竖向位移(m)

对填平区模型中5 个观测点在正常状况和长期浸水情况下路基位移状况进行计算，得出结果如图22～图24所示。从图中可以明显看出，在长期受水影响状况下路基边坡各点的横向位移、竖向位移和总位移均明显低出正常状况下的各点位移。说明若填平区压实度不足，排水设施不完善情况下，路基边坡在长期受水影响下，容易造成失稳或沉降变形过大。