高填路堤路基边坡安全稳定性计算

许斯伟

(中交路桥华东工程有限公司，上海　201203)



高填路堤路基边坡安全稳定性计算

许斯伟

(中交路桥华东工程有限公司，上海201203)

摘要:介绍了温州绕城高速公路北线二期工程的地质与气候条件，采用不平衡推力法、传递系数法以及简便方法，计算了该工程高填路基边坡的稳定性，得出了一些有利于高填方路段施工的结论。

关键词:高速公路，路基，边坡，稳定性

1　工程概况及难点

1．1工程概况

温州绕城高速公路北线二期工程位于温州乐清市境内，路线全长13．4 km，道路全线包含隧道、桥梁、深挖的路堑、高填路堤等不同类型。

1．2地质条件

根据地质勘探资料，高填路堤路段的地表为厚度不等的残坡积含粘性土碎石层，属普通土(Ⅱ);下伏基岩为凝灰岩、辉绿岩，属软石(Ⅳ)。

1．3气候条件

工程区地处亚热带海洋性季风气候区，全年四季分明，温和湿润，降水量充沛。温州地处浙江东南沿海，夏季多台风，在台风侵袭期，降水量大，并且降水集中、历时短、强度大。

1．4工程难点

温州绕城高速公路北线二期工程，地质多为凝灰岩，地处沿海，为亚热带海洋性季风气候区，雨量充沛，并且多台风，因此，高填路堤的边坡安全稳定性，需要格外重视，以确保施工安全和建成后的道路运行安全。

2　高填路基边坡安全稳定性计算

2．1概况

高填方路堤位于YK38+620～YK38+770，为采石废弃场地，最大高度为31 m，地基为中风化岩石，承载力高。本处因地制宜，采用填石路堤设计。边坡分四级放坡，由上至下为:第一节坡率为1∶1．5，高度8 m;第二节坡率为1∶1．75，高度8 m;第三节坡率为1∶2．0，高度10 m;第四节坡率为1∶2．5，放坡至地面，边坡平台均为2 m。以YK38+682高填方路堤断面为例(如图1所示)。

图1　YK38+682高填方路堤典型断面图

此处为半填半挖路段，由于填挖交界处断面为倾斜断面，存在边坡滑动的可能，从而产生水平的推力，对坡脚片石混凝土挡墙造成影响，形成质量事故。故需对边坡进行稳定性计算，将影响降到最低甚至没有。为确保安全，采用3种算法，保证计算的准确性。

根据坡率大小，为方便计算，将断面分成3个土条，划分情况见图2。

图2　土条划分示意图

根据上述划分示意图，经测量和计算，得到YK38+682坡面的计算参数模型图，如图3所示。

图3　YK38+682坡面部分参数计算模型图

按偏安全考虑，选取粘聚力小，内摩擦角小的参数，即ci= 29 kPa，φi=40°，γ=21．3 kN/m3。

岩土参数取值见表1。

表1　岩土参数取值参照表

2．2不平衡推力法

采用不平衡推力法进行分析计算路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性，公式如下:

式中:WQi——第i个土条的重力与外加竖向荷载之和;

Ei－1——第i－1个土条传递给第i个土条的下滑力。

用公式逐个土条进行计算，稳定系数Fs根据JTG D30—2015公路路基设计规范表3．6．11取1．45。

WQi:土条重力+400(40 t压路机激振力)，计算中以m为单位长度。

αi:见图3，分别为45°，18°，1°。

li:见图3，分别为35．99 m，17．03 m，42．66 m。

经计算，E1=1 490．2 kN，E2=－1 176．3 kN，因E2为负数，无向下传递的力，E3无需计算。

2．3传递系数法

结构受力图见图4。

图4　结构受力图

式中:fs——稳定系数;

Pi——第i条块剩余下滑力的合力，kN;

Wi——第i个土条的重力与外加竖向荷载之和，kN;

ψi——第i条块的剩余下滑力传递至第i+1条块时的传递系数(j=i)。

根据上述公式，推导出:

按偏安全考虑，选取粘聚力小，内摩擦角小的参数，即ci= 29 kPa，φi=40°，γ=21．3 kN/m3。

经计算得:

R1=5 185．046 kN;R2=6 114．047 kN;R3=7 953．516 kN;ψ1= 0．51;ψ2=0．767;T1=4 935．452 kN;T2=2 176．318 kN;T3= 139．715 kN。

代入公式得:fs=3．923，根据系数大于1．3，满足安全要求。根据安全系数，每块条块的剩余下滑力的合力分别为:

P1=14 177．753 kN;P2=9 654．55 kN;P3=－0．374 kN。

综上，由于P3＜0，第3块条块不产生向下的下滑力，因此，不会冲击挡土墙，满足工程安全要求。

2．4简便方法(fellenius法)

采用简便方法(fellenius法)，计算安全系数Fs，根据，若Fs≥1．3，则满足安全要求，若Fs≤1．3，则路堤滑动面不满足安全要求，需要采取加固措施。

式中:Wi——第i个土条的重力与外加竖向荷载之和;

μi——第i块土条在滑动面上的空隙水压力;

Zi——第i个滑块的平均厚度，从偏安全的角度，本计算取Zi=lisinθi;

γw——水的重度，取γw=10 kN/m3。

综上，参数值设定如下:

Wi:土条重力+400(40 t压路机激振力)，即Wi=γsi+400。

经计算:安全系数Fs≈1．94。

满足Fs≥1．3的边坡稳定要求，因此，本段工程中，断面的水平滑动推力对片石混凝土挡墙不产生影响。

2．5结论

根据上述计算，本工程高填方路段上层路堤传递下来的水平推力，在下层路堤中粘聚力的作用下已经抵消，对片石混凝土挡墙不产生影响。

参考文献:

［1］JTG D30—2004，公路路基设计规范［S］．

［2］ ［日］本松冈元．土力学［M］．罗汀，姚仰平，译．北京:中国水利水电出版社，2001．

［3］ 姜德义，朱合华，杜云贵．边坡稳定性分析与滑坡防治［M］．重庆:重庆大学出版社，2005．

［4］GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范(报批稿)［S］．

［5］ JTG F10—2006，公路路基施工技术规范［S］．

中图分类号:U416．1

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0160-02

收稿日期:2016-04-02

作者简介:许斯伟(1982-)，女，硕士

The calculation on safety and stability of high fill embankment slope

Xu Siwei
(CCCC Road and Bridge East China Engineering Limited Company，Shanghai 201203，China)

Abstract:This paper introduced the geological and climate conditions of Wenzhou belt highway north line phaseⅡengineering，used the imbalance thrust force method，transfer coefficient method and simple method，calculated the stability of this engineering project high fill embankment slope，gained some conclusion in favor of high fill roadbed construction．

Key words:highway，roadbed，slope，stability