陡坡及高填路堤稳定性分析计算及设计

32道路交通城市道桥与防洪2015年6月第6期陡坡及高填路堤稳定性分析计算及设计刘毅(上海市政交通设计研究院有限公司，上海市200030)摘要：以广西钦州地区某拟建主干路一段高边坡与陡坡结合的路堤为工程实例，针对陡坡及高填路堤稳定性分别进行阐述计算，在计算论证基础上进行设计，并采取相应的技术措施以确保路堤的整体稳定性，可为类似的工程提供解决问题的思路。关键词：陡坡；高填路堤；稳定性分析；设计中图分类号：U416．1文献标志码：B文章编号：109—7716(2015)06—0032—041．2地质条件1工程背景根据地质勘察资料，该采石坑由于是人工开拟建工程位于广西壮族自治区钦州市，工程挖，地质剖面明显，由上至下依次分布为：表面为范围内地貌特征主要为剥蚀微丘、田地、虾塘等单厚度O．20～3．70m填土层，为人工筑堤形成产物，元，局部剥蚀微丘被采石开挖，形成深约14m的下卧厚度1．1O一3．40m的强风化基岩。层下为风化采石坑。砂岩，节理裂隙较发育，岩芯多呈碎块和短柱状，道路设计中不可避免的遇到这些采石坑，形岩石坚硬。地下水为裂隙水，裂隙为泥质充填，透成陡坡、高填路基，这些路基的稳定、路基沿基底水性弱。地下水与地表水相连通，水位受养殖和潮斜坡滑动的稳定性是亟待解决的问题。总结以往水涨落周期性影响。结合工程经验，各土层主要物类似高填、陡坡路堤的断面、路基填料、结构尺寸理力学参数取值见表1。的设计经验，定性分析判定路基的稳定性、寻求经1．3地震济合理的定量设计思路是非常有必要的，并为以该地区地质岩层连续性较好，构造简单，工程后类似工程提供借鉴。区抗震设防烈度6度，中风化岩剪切波速经验值1．1场地条件为500m／s，属坚硬土层；建筑场地类别为Ⅱ类，属本工程位于钦州市滨海新城沙井岛片区，道抗震一般地段。工程抗震按7度设防。路等级为城市主干路，局部路段道路路基遇采石2高填陡坡路堤危害及原因分析坑，长约60m，受规划线位控制，道路平面线形无法避让采石坑，半幅道路位于采石坑范围。该处采高填陡坡路堤常见病害有路基不均匀沉降导石坑底高程约为一16．0m(85国家高程，下同)左致的纵横向开裂、路基滑动导致的工程滑坡或边右，道路设计高程约为4．8m左右，故路基边坡最坡坍塌等。大高度约为2O．8m。采石坑边缘距坑底距离约为针对前述工程现状，本工程路基底无软弱滑30m，高度为16．7m，原地面线边坡平均坡率为动面，故可能的路堤病害发生主要原因有以下几1：1．8，最大坡率处接近1：0．85。根据《公路路基设点：计规范》3．6，该段路基属于高边坡及陡坡路堤，须(1)高填土路堤填土压实不足或路基填料为进行路堤稳定性验算，见图1。不良土质时，因路堤存在空隙，在雨水及行车荷载的作用下产生竖向压缩变形，路堤失稳破坏。(2)路堤边坡潜在的滑动面在雨水渗流或冲刷的作用下，存在滑动的趋势，从而引起路堤的侧向位移或沉降。(3)陡坡路基处于半填半挖地段，差异沉降造图1采石坑处剖面简面(单位：m)成路面裂缝或变形。收稿日期：2015—03—12(4)斜坡路基填料选择不当和路基边缘压实作者简介：刘毅(1978一)，男，黑龙江宁安人，工程师，从事道路设度不够，边坡对季节性较为敏感。当坡面未封闭处计工作。 2015年6月第6期城市道桥与防洪道路交通33理，雨季边坡水渗透，常在距路基边缘1．0～2．5m范围内的填方边坡上发生纵向裂缝。(5)高边坡路堤坡脚防护与加固不妥，导致坡脚处抗力不足导致的路基下滑，致使路基沉降开裂；(6)路基排水系统设计不完善导致的路基范围内排水不良会引起路基填土含水量大、土质松软、强度降低、边坡坍塌、堤身沉陷或滑动。3高填陡坡路堤稳定性分析3．1软件初步分析针对路堤边坡较高且位于陡坡上的实际情图3简化Bishop法最不利滑动面(单位：m)况，如何选择安全合理的路基断面及结构形式，是(2)瑞典条分法检算简化Bishop法本段路基设计的重点。考虑到地基情况对计算结果有较大影响，本鉴于路堤基底为中风化岩层，承载力高，路堤次计算的非自然形成地质情况，路堤直接填筑在填筑施工过程中稳定性好，完工后的路堤断面在中风化岩上，地基平均固结度可按U=I考虑更加路堤自重及行车荷载作用下属最不利工况，故本合理，即地基完全固结。文仅对运营期的路堤稳定性进行分析。根据上述简化Bishop法求得的滑动圆弧，按3．2经典方法验算分析瑞典条分法计算求得的安全系数为1．42，小于简3_2_1路堤整体稳定性分析化Bishop法求得的安全系数1．434，且结果相近，(1)最不利滑动面的确定与规范条文中说明中“简化Bishop计算结果比瑞按前述路基边坡建立模型，以边坡坡脚处为典条分法平均大6．5％”相符合，证明计算结果合坐标轴0点，采用瑞典条分法计算整体最不利滑理。动面，滑弧圆心位于X=13．143、Y=27．805处，滑动(3)简化Bishop法检算瑞典条分法圆弧半径为27．805m。滑动面出口距离坡脚处高约根据《公路路基设计规范》(JTGD30—2004)1．84m，求得安全系数为1．377，见图2；采用简化(以下简称“规范”)，“路堤的堤身稳定性、路堤和Bishop法求得整体最不利滑动面滑弧圆心位于地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法进行分析X=8．3、Y=36．81处，滑弧半径为36．809m，此时安计算”，稳定安全系数Fs计算公式如下：全系数为1．434，见图3。∑一一∑+Qi)sina当土条i滑弧位于地基中时：c出b+ditan面+U+Q)tan~—‘m当土条i滑弧位于路堤中时：一±一‘其中：cos图2条分法最不利滑动面(单位：m)通过上述公式，对瑞典条分法确定的滑动面 34道路交通城市道桥与防洪2015年6月第6期进行检算，求得安全系数为1．485，较瑞典条分法4．1填料选择安全系数大7．8％，符合规范要求，计算合理。路基填料对路基的稳定性起到决定性作用，(4)安全系数分析所以在工程施工之前须对路基填料做严格的试结合本工程特点，采用简化Bishop法计算时验，包括各种填土，土工材料等。在施工中路堤一按固结度U=I考虑，采用两种计算方法求得的最般都是选用粗粒土级别较好的(如砂砾土)来做为不利滑动面的两个安全系数与检算过程中所取得填料的。的两个个安全系数分别如下：结合工程区域为低山丘陵地区，存在大量石由瑞典条分法取得的1．377、1．42与简化方，可利用石方填筑坑底路堤，同时坑底无用地限Bishop法取得的1．434、1．485，结果相近且最大相制，可采用lO～15m的反压护坡道平台，对增强底差7．8％，符合规范说明的6．5％左右，取得的安全部路堤稳定性，减少沉降变形有利，并在填石路堤系数均大于规范规定的1．35，路堤堤身稳定性满坡脚处设置块石砌筑挡墙以收缩坡脚，稳定路堤。足要求。考虑原地面为岩层，可在原状地面处采用挖台阶3_2_2路堤沿斜坡地基滑动稳定性分析处理，以改善路堤的整体稳定性。地面横坡都与1：2．5时，应预防路堤沿地面陡4．2路基填料c、(p值与安全系数的关系坡下滑。下滑情况一般分为路堤沿基底接触面及根据对区域勘察情况及道路施工情况的调查路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑两种分析，区域取土存在较大的差异。同时，路堤填料情况。本工程不存在地基覆盖层，故仅需分析验算ca值对路堤稳定性计算存在较大影响，为此，利路堤沿基底接触面滑动的情况。用前述模型，分别调整c、值，以求解同一模型的根据《规范》：路堤沿斜坡地基滑动稳定性分安全系数(见表2)，并对勘察报告中提供的填料性析采用不平衡推力法进行分析计算，稳定安全系质进行验证，以明确路基填料C、值变化对路堤数计算公式如下：稳定性的影响关系，对施工期间的路基填料的选E=tana一1[Ciz+c0st+1择起指导作用。一1r通过计算求得的安全系数不难发现，当内摩tan~擦角值不变的情况下，路堤的安全系数近似按l=c。si一isin1一一一1一一—58％的线性增大；当粘聚力C不变的情况下，路堤的经计算，安全系数较大，分析原因主要是现状安全系数在内摩擦角小于40。时，按约22％的线性地基为中风化岩层、路堤基底摩阻力大、抗滑能力增大，大于40。时，基本可认为已属于风化岩，对线强；现状地基坡线至路堤边缘处已基本结束，路堤性关系的适应性不是太适用，但从上述计算可以边坡投影长度范围内现状坡线基本水平，故最后证明，路基填料的值相对于C值对安全系数的一块滑体抗滑力较大，故路堤沿现状斜坡地基不影响更大，故改善填料的内摩擦角相对可以更好会产生滑动。的达到提高路堤稳定性的目的，这也与工程实际(如填石路堤较填土路基更加稳定)相符合。4增强高填陡坡路堤稳定性的措施4．3设置支挡构筑物提高陡坡及高填方路堤的稳定主要有以下几路堤坡脚处设置支挡构筑物如挡土墙及防滑种措施。一是改善基底状况，增加滑动面的摩擦力铲等。由于支挡构筑物的设置将导致圆弧滑动面或减小下滑力；二是改变填料及断面形式，如采用向填方体或向地基深层移动。向上移动时，由于填大颗粒填料活放缓坡脚处的边坡以增加抗滑力；方材料本身的抗剪强度参数一般大于地基，所以，三是在坡脚处设置支挡构筑物。稳定系数必然较高；向下移动时，本工程的地基为表2不同c、值下安全系数分布 2015年6月第6期城市道桥与防洪道路交通35中风化基岩，不存在软弱土层，地基承载力好、抗填方高度、分层铺设土工格栅、设置反压护坡道剪强度高，抗滑力较大，稳定系数相应增大；少数等。情况下，滑动圆弧面从防护设施位置通过，则由于对于特殊路基，上述措施不能满足的情况下，构筑物或防滑铲的高抗剪强度，替换了原来的土，综合工程投资，可采用抗滑桩等复合地基或采用也使稳定系数得到提高。如采用防滑铲，宜采用透轻质材料(如EPS或粉煤灰等)减轻堤身自重以增水性天然碎砾石材料，除起到坡脚置换作用外，还强路堤的稳定性。起到排水的作用，以保证填方坡脚的强度不因地5结论下水的作用而下降。4．4其他措施通过工程实践，结合道路设计过程中遇到的路基的稳定性除路基自身填料、地基边坡坡工程难题，在路基设计过程中根据相关地质资料，率以及地基土的特性外，与路基的填筑速度、路基因地制宜采取有效的技术措施以确保路基稳定，的断面形式、地基土的水文特性及固结度密切相注意路基的填料设计，应作为路基设计的基本原关。上述部分影响因素中可通过技术手段进行调则之一。整，在此基础上，则需要设计人员对采取相应技术本文是对陡坡、高填路堤的稳定性分析及设措施以增强路基的稳定性。计思路探讨，提出石方填筑、设置反压护坡道及设增强路堤稳定性除上述措施外，还可以从以置土工格栅灯技术措施，能有效提高陡坡、高填路下方面进行处治：如加强填方体与斜坡的衔接，改堤的稳定性。通过上述措施，在满足工程建设要求善基底状况(陡坡处自然地面挖台阶处理)、完善的基础上，总结设计经验并对类似工程提供相应排水、做好覆盖层(土体或风化岩体的处理)、降低的参考与建议，供设计人员借鉴。国务院通过基础设施和公用事业特许经营管理办法国务院总理李克强近日主持召开国务院常务会议，通过《基础设施和公用事业特许经营管理办法》，在能源、交通、水利、环保、市政等基础设施和公用事业领域开展特许经营。《办法》还明确，境内外法人或其他组织均可通过公开竞争，在一定期限和范围内参与投资、建设和运营基础设施及公用事业并获得收益。完善特许经营价格或收费机制，政府可根据协议给予必要的财政补贴，并简化规划选址、用地、项目核准等手续。政策性、开发性金融机构可给予差异化信贷支持，贷款期限最长可达30年。允许对特许经营项目开展预期收益质押贷款，鼓励以设立产业基金等形式人股提供项目资本金，支持项目公司成立私募基金，发行项目收益票据、资产支持票据、、企业债、公司债等拓宽融资渠道。国务院推出《基础设施和公用事业特许经营管理办法》，是从深化投融资体制改革的全局角度，对政府和社会资本合作及特许经营进行系统化的顶层设计。基础设施和公用事业特许经营主要是为了引入民资，一方面拓宽公用事业资金来源，另一方面，也有利于打破现有垄断局面，提高公用事业建设效率和服务意识，运用市场化思维来运营。广东金融学院教授许巍则表示，《办法》的出台标志着国家积极鼓励吸引社会资本投资基建，有利于盘活社会资金，提高资金使用效率，同时也为基建投资提供了筹资渠道，有利于基建行业发展。许巍指出，开展特许经营立法，为发展混合所有制经济打开了新的空间。他强调，改革是循序渐进的，对于部分关系国家安全或者对民资吸引力弱的项目，依然需要政府主导。