山区公路项目陡坡高填方路基变形及稳定性分析

李元韬

摘要 为有效探究陡坡高填方路基稳定性及变形规律，提升高填方路基施工技术水平，保证路基填筑质量，文章结合某高速公路路基施工实践，通过建立高填方路基模型及现场监测，系统分析了不同填筑方案下高填方路基竖向沉降及侧向位移变化情况，并对其稳定性实施综合评估。结果显示：（1）陡坡高填方路基沉降变形与普通路基存在显著差异，其沉降变化曲线为“勺形”，且各部位沉降差别较大。（2）高填方路基侧向位移呈先增后减变化趋势，且在二级边坡位置侧向位移最大，设置阶梯对侧向位移影响较小，而设置土工格栅能显著降低路基侧向位移，并有效提升边坡稳定性。

关键词 公路工程项目；陡坡高填方段；数值模拟；土工格栅；路基稳定性

中图分类号 U416.14文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）08-0095-03

0 引言

山区地形复杂，地质条件恶劣，公路项目建设时，为适应地形、线形等各方面条件需要，通常需将线路布设于陡坡位置，显著降低路基稳定性，影响公路运营安全。因此，为保证陡坡高填方路基运营安全，需采取科学有效的措施进行加固处理，以提升路基边坡整体稳定性，保证公路使用安全。

1 工程概况

某山区高速公路项目，兼具城市主干道功能，其高路堤段路基宽为56 m，道路中线位置填方高度为14 m，线路左侧陡坡采用九级边坡设计，各级坡高8 m，整体高度72 m。其中，由基顶起，前四级边坡坡比依次为1∶1.5、1∶1.5、1∶1.75、1∶1.75，剩余坡比均为1∶2。而路基下部边坡坡度为1∶3，为典型的高填方路基。

2 高填路基模型

2.1 参数选取

路基底部地层以片岩为主，存在显著的变质发育特征，质地较为完整，强度较高。该路段路基填筑材料以片岩、石灰岩为主，其相关技术指标完全满足设计标准要求。通过现场勘查及相关试验，测得基岩、填料及土工格栅各项性能指标。

2.2 计算模型

利用Abaqus软件构建数值模型，对各种填筑方案下高填方路堤变形和稳定性实施模拟分析[1]，主要工况如下。①工况一：路基与地基均为原始状态。②工况二：地基设置阶梯，阶宽≥2 m，路基不设土工格栅。③工况三：地基设置阶梯，路基高度32 m区域内，每间隔1 m设置一道土工格栅，共设置32层。路堤数值模型如图1所示。

3 计算结果分析

3.1 路基顶面沉降分析

通过数值模拟，得到工况一条件下路基顶面沉降变化曲线，如图2所示。

由图2可知：

（1）相较于普通路基顶面沉降变化曲线，高填方路基沉降变化曲线存在显著差异，其整体变化形态呈“勺形”。

（2）当距道路中心线距离逐渐增大时，基顶沉降呈现先增后减的变化趋势，其最大和最小沉降分别出现在距中心线20 m和27.5 m位置，其值依次为?47.40 mm和?11.10 mm。

（3）路基各部位沉降存在显著差异，其左、右边缘部位沉降差为33.20 mm，最大沉降差值为36.20 mm。根据沉降曲线变化规律可知：路基沉降与填筑高度存在较大相关性，但填筑高度最大处和沉降最大部位并不一致。

不同工况条件下路基顶面沉降量，如表1所示。

由表1可知：三种工况条件下路基顶面沉降差异不大，且沉降变化趋势基本一致，充分说明高填方路基施工中设置台阶及铺设土工格栅对其沉降变形影响较小。

3.2 路基边坡侧向位移分析

根据路基边坡实际情况，科学布设侧向位移监测点，并选择G1～G10十个典型测点记录侧向位移[2]。测点布设形式，如图3所示。

根据统计的各点处的侧向位移数据，绘制不同工况条件下路基侧向位移变化曲线[3]，具体如图4所示。

由图4可知：①三种工况条件下侧向位移变化趋势基本一致，整体呈现先增后减的规律，其侧向位移最大处位于二级边坡处，坡脚位置侧向位移趋于0。②三种工况条件下路基最大侧向位移依次为27.9 mm、27.7 mm、20.2 mm，其中工况一、二条件下路基侧向位移基本相同，而工况三条件下侧向位移相对较小。

3.3 路基边坡稳定性分析

边坡安全系数模拟计算时，通常利用强度折减法进行计算[4]，采用Abaqus系统实施模拟分析时，对于路基边坡失稳判别方法主要包括如下三种情况：①计算结果不收敛。②特征点位移发生突变。③路基产生塑性区。通过数值模拟计算得到各种工况条件下路基安全系数，如表2所示。

由表2可知：①路基填筑施工时，设置阶梯及铺设土工格栅均能有效提高路基整体稳定性。②由工况一能够看出，高陡边坡上方修建高填方路基，若不对路基实施加固处理，很容易引发路基失稳现象。

不同工况条件下路基顶部沉降变化规律，如图5所示。

由图5可知：路基失稳状态下，三种工况对应的路基顶部沉降和正常条件下大致相同，但各工况下的最大沉降部位均向外侧移动，位于距路基中心线23.5 m部位，其值依次为?57.9 mm、?76.0 mm和?96.4 mm，说明路基边坡失稳时，其周边边坡会出现较大沉降变形。

为有效探究布设阶梯、土工格栅两种施工方案对路基变形控制效果，分别计算出三种工况条件下路基正常及失稳时边坡顶部同一测点的沉降差。现将差值为3.3 mm为临界值，当差值超过3.3 mm时，表示此处受边坡失稳影响；反之，不受边坡失稳影响。

三种工况条件下边坡失稳波及区域边界依次位于距道路中心线9 m、5.5 m和?20 m位置。其中，相较于前两种工况，工况三波及范围较大，充分说明采用土工格栅对路基实施加固，其有效加固范围更大，能有效提升路基整体性、稳定性。

4 路基监测

4.1 路基监测方案

路基监测区域通过工况三实施路基填筑施工，先在原始边坡表面设置阶梯，然后在路基填筑时铺设土工格栅[5]。路基填筑完毕，对路基深层侧向位移及边坡整体位移实施监测。其中深层位移通过测斜仪进行检测，共设置两个测点，依次为ZK1、ZK2。边坡整体位移则通过全站仪进行检测，共检测5个点，依次为Z1～Z5。其测点布设形式，如图6所示。

4.2 路基深部土体侧向位移

深层位移监测结果显示，两测点位置总位移依次为19.03 mm、20.05 mm，其值相对较小，说明路基边坡较为稳定。充分证明原地基设置阶梯+路基设置土工格栅方案，能有效控制路基深部侧向位移。

4.3 路基边坡侧向位移

通过全站仪测量结果可知，路基产生的最大、最小侧向位移分别为25 mm和?4 mm，且雨期过后各点位置侧向位移显著下降。充分说明陡坡高填方路基采取设置阶梯+铺设土工格栅加固方案，能有效降低路基侧向位移，提升边坡整体稳定性。

5 结语

综上所述，该文结合某高速公路项目案例，利用有限元模型及现场监测，针对不同施工条件下高陡边坡路基沉降及侧向位移实施分析，并对其稳定性进行全面评估，得出如下结论：

（1）陡坡高填路基各部位沉降存在较大差异，整体沉降曲线呈“勺形”，其中路基右侧边缘部位路基沉降较大，左侧相对较小；三种工况条件下路基顶面沉降差异不大，且沉降变化趋势基本一致。

（2）三种工况条件下侧向位移变化趋势基本一致，整体呈现先增后减的规律，其侧向位移最大处位于二级边坡处，坡脚位置侧向位移趋于0。

（3）高陡边坡路基填筑施工时，若不对路基实施加固处理，很容易引发路基失稳现象；而设置阶梯及铺设土工格栅均能有效提高路基整体稳定性。

（4）通过数值模拟分析及现场监测能够看出，陡坡高填方路基采取设置阶梯+铺设土工格栅加固方案，能有效降低路基侧向位移，提升边坡整体稳定性。

参考文献

[1]韦立纯. 不同因素对高填方路基边坡变形的影响分析[J]. 西部交通科技， 2023（8）： 72-73+129.

[2]程义强. 高填陡坡路基施工工艺及主要控制要点[J]. 价值工程， 2020（10）： 146-148.

[3]陈思远， 武小菲， 姜宏， 等. 陡坡地段土石混填路基压实特性研究[J]. 路基工程， 2022（4）： 57-63.

[4]吕俊磊. 陡坡填方路基h型桩板墙受力机理研究[J]. 路基工程， 2020（3）： 140-145.

[5]马松. 公路项目高填方路基段沉降变形的影响因素分析[J]. 交通科技与管理， 2023（9）： 117-119.