公路高填陡坡路堤的稳定性分析与设计要点

舒广志

(中铁城际规划建设有限公司，江西 赣州 341000)

1 加强制定高填陡坡路堤整体稳定性方案

1.1 稳定性分析

要对施工路段的环境进行详细地勘察，并对相关的地质进行科学的分析，通过对比分析路段的条件，综合防治高填陡坡路堤边坡危害的发生，在这个过程中要提前做处理方案。

1.2 施工准备及要点

在公路工程的设计与施工准备中，技术人员要详细了解公路工程的相关情况，例如水文条件、地质条件以及特殊的环境因素等，综合考虑后对勘察数据进行整理统计。只有通过对工程环境、地质数据的精准掌握和分析，设计人员才能制定科学合理的防护方案，这也是保障工程质量的前提。在具体的设计与施工过程中，根据已有的工程记录，分析各种高填陡坡路堤的病害类型，同时认真整理分析施工中高填陡坡路堤的稳定数据，对公路高填陡坡路堤的边坡整体稳定性进行研究。施工人员在对工程段的地质水文整体掌握的前提下，构建科学合理的地上与地下部分的排水系统，避免地下水和地上水相互作用危害路基高边坡的稳定性。在施工过程中，设计人员要严格考察高填陡坡路堤的现场情况，对高填陡坡路堤边坡的坡形和坡率实施精准计算，进行合理的工程设计，确保边坡坡率和坡形与现场的岩石特征相符合，最大限度地缩减针对边坡的加固施工。这些措施一方面强化高填陡坡路堤边坡的防护能力，另一方面确保了高填陡坡路堤的整体稳定性。

1.3 监测措施

公路完工后和使用前，相关部门还要在一定时间内对高填陡坡路堤的边坡进行监测，及时整理监测的数据信息，对于那些稳定性不佳的段落设立长期的观测站，进行持续性的稳定性观测。在后续的公路养护工作中，必须建立健全养护制度，对于公路边坡危害的高发区要具体落实到人，做到监测的定时定点，确保及时发现危害和及时处理。对于通过分析计算存在隐患的路段，必须采取针对性的、特殊的措施进行预防，例如限制重量、加强排水、对支挡防护实施加固等措施。

2 具体的案例解析

2.1 边坡稳定性分析

案例项目位于赣州市于都县，路线为南北走向，公路全长6.6 km。采用设计速度为60 km/h的一级公路标准建设，路基宽度设计为24.5 m。全线共计四处高填陡坡路堤，本文以其中一处具有代表性的路基为例。工程场区呈现一般发育的岩体风化裂隙，通常断层密集带通过和规模的裂隙不会发生。岩层产状 57°∠5°，节理裂隙关键发育表现为两组，节理1为340°∠78°，节理2为84°∠75°。可为一般裂隙的发育，为闭合～微张的状态，没有发生没有水、填充或者少量填充的现象，呈现一般的组合。本文采取赤平投影法对公路高填陡坡路堤边坡实施稳定性分析。分析结果显示，该边坡岩体呈现部分的结构稳定。

2.2 稳定性的计算

(1)完全采用不平衡推力法计算二元结构面处稳定性。必须综合分析地震、天然状态、连降暴雨等，基于该区域为6°的抗震设防烈度，所以，只需要对两种工况进行考虑率：自重以及自重+暴雨。重力作用于边坡体称之为自重，计算的方法基于地下水位上面的按照天然重度实施计算，地下水位之下的按照饱和重度计算。影响边坡的暴雨因素体现在两个方面，地下水因为深入的变化，以及隐藏滑动面和边坡体在地下水位以上的含水量，基于此形成的坡体自重的变化、动水压力的变化、变化的浮托力、还有坡体和潜在滑动面抗强度参数的改变，对边坡稳定性造成影响。计算参数包括内摩擦角、粘聚力和坡体土层厚度。在第一种工况 时，地下水位在隐藏滑动面以下，天然自重是自重计算的标准，内摩擦角和天然凝聚力是计算抗滑力的手段；基于第二种工况，饱和状态的形成是因为暴雨的渗入，利用饱和重度计算自重体，利用内摩擦角和粘聚力计算抗滑力。在第二种工况时，基于降雨造成的入渗呈现饱和状态，计算自重体采用饱和重度，计算抗滑力采取粘聚力和内摩擦角。剖面的概化必须根据计算，利用的软件是某软件的平衡推力法。在滑动面搜索和条款划分可以由计算机完成。在第一种工况下，计算稳定性结果，显现的边坡稳定系数为0.46<1.34，第二种工况下的安全稳定系数为0.42<1.24，都显现状态的不稳定。

(2)计算坡脚厚层粉质黏土稳定性可以采用Bishop法和剩余下滑力计法。首先上部土层剩余下滑力实施计算：第一块滑体剩余下滑力为231.255 KN，下滑力角度32.523°；第三块滑体剩余下滑力为1 127.646 KN，下滑力角度 27.790°；而均显示为零的是第二和第四块滑体剩余下滑力。通过等效厚层粉质黏土层和剩余下滑力的作用力，简化模型，再计算坡脚厚层粉质黏土层的稳定性。

第一种工况的边坡稳定系数为1.12<1.24；第二中工况的边坡稳定系数为1.03<1.24，皆为不稳定状态。

(3)稳定性计算公式

通过有效构建离散化有限单元模型，利用特殊形式的单元类型，比如四边形或三角形等，将计算模型进行大小适宜的单元划分，各单元的连接通过节点来实现。以虚功规则为基础，实施离散化有限元计算模型的构建，采用不同形式的单元形式，将计算模型进行大小适宜的单元划分，并假定各单元间的连接通过节点来实现

[ke]{δ}-{F}

(1)

式中：设置的单元节点力为{F}；[Ke]则表示为单元刚度矩阵。方程平衡的总体性:各单元节点的叠加力与节点位移之间的内在联系，形成如下按照节点位移列阵构成下面的根据节点位移列阵，公式(2)为基本未知量的线性代数方程组

(2)

公中：整体刚度矩阵设定为[K]。借助增量法

—初应力法，获得节点位移矢量{U}。各单元的以力和应变实施计算要根据相应节点的位情况，之后根据力学材料的应力情况对各单元的主应力(σ↓1，σ↓3以及最大主应力(τ1)与x轴的夹角(a)进行计算：

(3)

2.3 关于沉降的计算

针对主固结沉降计算可以利用分层总和法计算进行，借助压缩试验获得的e-p曲线计算参数。堤计算断面可以选定最不利断面，断面相关参数要按计算要求输入，利用两种软件对沉降和稳定实施计算，分别为堤坝设计软件和岩土软土地基路基软件。本试验的计算结果显示：路面完成之后，为0.15 m的地基沉降，残余沉降在基准期内为0.163 m。相关规范并没有对沉降后的控制标准进行规定，而是认真分析另外对某高速路部分的均匀沉降结果，得出结论为：为杜绝不均匀变形在路基的发生，路基高填方结束后沉降管控标准设定4 cm较合适。可基于具体的基底为厚层黏土层的地区都达不到这个标准，所以一般是根据桥头沉降标准实施管控，规定为10 cm。但按照沉降计算数据，该区域工程完成后呈现大于10 cm的沉降，不符合相关的控制标准。

3 要点设计

通过严格分析边坡的稳定性和沉降状况以及对数据的计算，同时综合相关项目的研究数据，本文设计的坡率、坡形和平台宽度具备合理性。考虑该地段高填陡坡路堤斜坡面上的覆盖薄层有可能滑塌，可以对其进行清除，直到中风化粉砂岩层。由此形成的最不利界面为中风化粉砂岩与路基填土的分界面，很容易产生滑动面而且基于路基的很大沉降，必须加固处理坡脚处基底。但因为坡脚处很弱的地基承受力，所以，挡土墙支护和反压护坡挡土的方案不适宜采用，可以综合采用开挖宽平台和土工格栅的多层性，而且陡坡的坡度要缩短，促进不同砂土和岩石层的黏结力，加固处理的具体措施可以采用水泥搅拌桩处理坡脚处的地基。同时为了预防地下水形成的风险，要切实加强排水设施。倘若地表横坡的坡度大于1∶2.4，就要及时清除地层17 m的耕植层以及粉质黏土，另外在基岩上构筑横坡台阶，设定4%的内倾度，其宽度为4 m，利用土工格栅作为台阶之间的搭接处理，在平台位置可布置三层土工格栅；可以利用水泥搅拌桩对坡脚处实施深层处理，搅拌桩的直径为0.6 m，长度为11.4 m，搅拌桩的间距为2 m，桩顶铺设60 cm的碎石垫层；坡面的防护可以采用菱形骨架植草；各级边坡踏步和急流槽要每隔50～100 m进行设置，利用M7.5的浆砌片进行砌筑；坡脚处构建矩形混凝土排水沟，规格为60 cm×70 cm，雨水可以通过骨架水槽流进排水沟。

实施了上述措施后对高填陡坡路堤实施稳定性验算。

第一，对填土地段利用Bishop的不平衡推力法，对平台开挖的不同土层之间界面稳定性实施验算。第一种工况的边坡稳定系数为2.28，第二种工况的边坡稳定系数为1.91，都呈现稳定趋势。第二，对水泥搅拌桩加固处理后的沉降实施验算：完成路面工程时，地基呈现沉降为0.056 m；工程完成后在基准期内的残余沉降为0.066 m。可以满足沉降的管控标准。

4 结束语

总而言之，在公路建设施工中，为了确保高填陡坡路堤边坡锚固施工的安全、顺利进行，必须选择技术能力强、施工经验丰富的施工队伍，并且工程过程中的监督是至关重要的。在道路设计的环节中，务必要综合考虑诸多方面的因素。对于高填陡坡路堤，有很多种处治的技术手段，要根据具体工程地质的情况，选择了灵活的处理方式，例如反压护坡手段、支护挡土墙、支护锚杆以及抗滑桩等。