【導(dǎo)讀】隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，公路的負(fù)荷量也隨之增加。111國(guó)道的道路狀況已不能滿(mǎn)足日常。需要，而且各種設(shè)施等級(jí)也過(guò)低，造成了道路及附屬設(shè)施的破壞。為了解決這些問(wèn)題，111. 國(guó)道的改建工程勢(shì)在必行，為今后更好的運(yùn)輸能力提供保障，緩解交通壓力。本文的主要內(nèi)容是對(duì)111國(guó)道改建工程第三標(biāo)段的路基設(shè)計(jì)。標(biāo)段沿途經(jīng)過(guò)較多的村莊以及沿湯河路線走向較多，并且?guī)r石大多屬于強(qiáng)風(fēng)化破碎巖石，活的影響以及對(duì)生態(tài)的保護(hù)，就成了重要的問(wèn)題。坡的設(shè)計(jì)并進(jìn)行穩(wěn)定性分析；路堤重力式擋土墻的設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 爆破震動(dòng)。爆破時(shí)人員、車(chē)輛撤離至警戒線以外。同時(shí)爆破作業(yè)時(shí)間要避開(kāi)列車(chē)通行時(shí)間。 在條件比較好的路段，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)爆破參數(shù)的優(yōu)化，為環(huán)境復(fù)雜條件地段的施工提供參考。 巖石爆破塊度以及路塹邊坡控制 爆破 時(shí)，嚴(yán)格控制巖石爆破塊度，以利于后期的清運(yùn)工作。鉆爆施工時(shí)，通過(guò)典型試驗(yàn)段的爆破，確定合理的孔網(wǎng)參數(shù)和炸藥單耗等爆破參數(shù)，控制巖石爆破塊度在合理范圍以?xún)?nèi)，以利于挖機(jī)的正常施工。 路塹邊界鉆爆施工質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到邊坡的穩(wěn)定性。為此在鉆爆施工時(shí)，首先控制路塹兩側(cè)炮孔的鉆孔位置，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)進(jìn)行鉆孔（孔網(wǎng)參數(shù)根據(jù)試爆效果確定）；同時(shí)在爆破施工時(shí)，嚴(yán)格控制炮孔裝藥量，必要時(shí)采用預(yù)裂或光面爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)對(duì)路塹邊坡的破壞，通過(guò)典型試驗(yàn)段的鉆爆施工，形成一套行之有效的施工方案。 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 三、路塹邊坡 設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析 （一）邊坡穩(wěn)定性分析方法 邊坡一般是指具有傾斜坡面的土體或巖體，由于破表面傾斜，在坡體本身重力及其他外力作用下，整個(gè)坡體有從高處向低處滑動(dòng)的趨勢(shì)，同時(shí)，由于坡體土（巖）自身具有一定的強(qiáng)度和認(rèn)為的工程措施，它會(huì)產(chǎn)生阻止坡體下滑的抵抗力。一般來(lái)說(shuō)，如果邊坡土（巖）體內(nèi)部某一個(gè)面上的滑動(dòng)力超過(guò)了土（巖）體抵抗滑動(dòng)的能力，邊坡將產(chǎn)生滑動(dòng)，即失去穩(wěn)定；如果滑動(dòng)力小于抵抗力，則認(rèn)為邊坡是穩(wěn)定的。 填方邊坡、挖方邊坡的穩(wěn)定分析是巖土分析中常見(jiàn)的分析內(nèi)容。邊坡的自重、孔隙水壓、附加荷載、 地震作用、波動(dòng)水壓力荷載對(duì)邊坡的穩(wěn)定影響很大。當(dāng)自重和外力作用下的邊坡內(nèi)部的剪切應(yīng)力大于邊坡巖土所具有的剪切強(qiáng)度時(shí)，邊坡將發(fā)生破壞。通過(guò)剪切應(yīng)力和剪切強(qiáng)度的分析來(lái)計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性的分析叫做邊坡穩(wěn)定分析。 一般推薦使用下列邊坡穩(wěn)定分析方法： A. 基于極限平衡理論的整體法 (mass procedure)和條分法 (slice method) B. 基于強(qiáng)度理論的極限分析法 (limit theory) C. 基于彈性理論的有限元法 (finite element method) 對(duì)邊坡進(jìn)行安全管理不僅要清楚邊坡的最小安全系數(shù)，而且需要對(duì)邊坡的破壞形態(tài)進(jìn)行分析，這樣才能在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)從而獲取有價(jià)值的監(jiān)測(cè)信息。有限元法可以提供所需數(shù)據(jù)，而且可以分析邊坡的破壞過(guò)程 。 MIDAS GTS的邊坡穩(wěn)定分析采用了基于有限元法的強(qiáng)度折減法。有限元法利用邊界上的力的平衡條件和協(xié)調(diào)條件、本構(gòu)方程、邊界條件等對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的方法，可以較為真實(shí)地模擬現(xiàn)場(chǎng)條件，不必事先假定破壞面的情況下，可以通過(guò)分析自動(dòng)得到較為真實(shí)的破壞狀態(tài)。使用有限元法做邊坡穩(wěn)定分析的方法大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)是使用強(qiáng)度折減法直接計(jì)算，一類(lèi)是將計(jì)算的應(yīng)力值與極限平衡法結(jié)合來(lái)決定安全系數(shù)。強(qiáng)度折減法是通過(guò)逐漸減小剪切強(qiáng)度 (c,φ )直到計(jì)算沒(méi)有收斂為止，將沒(méi)有收斂的階段視為破壞，并將該階段的最大的強(qiáng)度折減率作為邊坡的最小安全系數(shù)。 最小安全系數(shù)的計(jì)算方法： 強(qiáng)度折減法在計(jì)算最小安全系數(shù)時(shí)，認(rèn)為邊坡的彈性模量 E和泊松比 ν 不變，將粘聚力c 和內(nèi)摩擦角 φ 按下面方式逐漸減小，直到計(jì)算發(fā)散為止，將發(fā)散時(shí)的 s F 作為最小安全系數(shù)。針對(duì)剪切破壞的邊坡破壞的安全系數(shù)公式如下： fsF ??? 其中： ? 為邊坡的剪切強(qiáng)度，可通過(guò)莫爾－庫(kù)侖基準(zhǔn)按下面公式計(jì)算 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 ??? tannc?? f? 滑動(dòng)面上的剪切應(yīng)力，可按下面公式進(jìn)行計(jì)算 fnff c ??? ta n?? SRFccf? 剪切強(qiáng)度因子 ??????? ? SR Ff ?? ta nta n1 剪切強(qiáng)度因子 SRF 強(qiáng)度折減系數(shù) （二）典型邊坡穩(wěn)定性分析 在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算之前， 應(yīng)根據(jù)邊坡水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)特征以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對(duì)邊坡的可能破壞形式和邊 坡穩(wěn)定性狀態(tài)做出定性判斷， 確定邊坡破壞的邊界范圍、邊坡破壞的地質(zhì)模型，對(duì)邊坡破壞趨勢(shì)做出判斷。 邊坡工程穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，其穩(wěn)定性系數(shù)應(yīng)不小于表 31 規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，否則應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行處理。 表 31 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù) 邊坡工程安 全等級(jí) 穩(wěn)定 安全系數(shù) 計(jì)算方法 一級(jí)邊坡 二級(jí)邊坡 三級(jí)邊坡 平面滑動(dòng)法 折線滑動(dòng)法 圓弧滑動(dòng)法 注：對(duì)地質(zhì)條件很復(fù)雜或破壞后果極嚴(yán)重的邊坡工程，其穩(wěn)定 安全系數(shù)宜適當(dāng)提高。 國(guó)道 111（湯河口 —— 市界段）改建工程第三標(biāo)段（ K40+010—— 市界）中的邊坡為巖質(zhì)邊坡，邊坡巖質(zhì)主要類(lèi)型為近期人工堆積層、新近沖洪積層、第四紀(jì)坡積層、第四紀(jì)沖洪積層和白堊紀(jì)花崗巖層及太古代片麻巖層。其中白堊紀(jì)花崗巖層和太古代片麻巖層為強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)大部分破壞，故屬于大規(guī)模碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡，宜采用圓弧法計(jì)算。 影響邊坡穩(wěn)定因素分析 影響邊坡穩(wěn)定的因素有：巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)、水的作用、風(fēng)化作用、地震、地應(yīng)力、地形地貌及人為因素等。 （ 1）巖石性質(zhì)。巖石的成因類(lèi)型、 組成的礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和物理力學(xué)性質(zhì)等是決XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 定邊坡穩(wěn)定決定性的因素。由堅(jiān)硬、礦物穩(wěn)定、抗風(fēng)化性好、強(qiáng)度較高的巖石構(gòu)成的路塹邊坡，其穩(wěn)定性一般較好，反之就較差。 （ 2）巖體結(jié)構(gòu)。巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)面性狀及其與坡面的關(guān)系是巖石路塹邊坡穩(wěn)定的控制要素。 （ 3）水的作用。水的滲入使巖體的質(zhì)量增大，巖石被軟化而抗剪強(qiáng)度降低；地下水的滲流作用將對(duì)巖體產(chǎn)生動(dòng)水壓力等，這些對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。 （ 4）風(fēng)化作用。風(fēng)化作用使巖體裂隙增多、擴(kuò)大，透水性增加抗剪強(qiáng)度降低。 （ 5）地形地貌。臨空面的存在以及邊坡的高度、坡度等都是直接與邊 坡穩(wěn)定有關(guān)的因素。 （ 6）地震。地震將是邊坡巖體的剪應(yīng)力增大、抗剪強(qiáng)度降低。 （ 7）地應(yīng)力。開(kāi)挖邊坡使巖石的初始應(yīng)力狀態(tài)改變，坡腳附近出現(xiàn)剪應(yīng)力集中帶，坡頂和坡面的一些部委可能出現(xiàn)張應(yīng)力區(qū)。再現(xiàn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，開(kāi)挖邊坡能使巖體中的殘余構(gòu)造應(yīng)力釋放，可直接引起路塹邊坡的變形破壞。 （ 8）人為因素。邊坡不合理的設(shè)計(jì)、開(kāi)挖，大量的施工用水的滲入及爆破等都能造成邊坡的失穩(wěn)。 典型邊坡選擇 在邊坡穩(wěn)定性分析過(guò)程中，主要運(yùn)用 MIDAS GTS 邊坡穩(wěn)定性分析軟件對(duì)深挖路塹進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。 在國(guó)道 111（ 湯河口 —— 市界段）改建工程第三標(biāo)段（ K40+010—— 市界）中，多處深挖路塹需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，以下面（圖 3圖 32）兩處典型坡面為例，用 MIDAS GTS 軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。 圖 31 2K47+380 處路塹邊坡 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 32 2K49+ 處路塹邊坡 典型邊坡穩(wěn)定性分析 （ 1） 2K47+380 處坡面進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算： 1）巖層屬性 表 32 巖土的物理參數(shù) 巖土層 重度 (kN/m3) 粘聚力 (kPa) 內(nèi)摩擦角 (176。) 角礫巖 18 31 19 2） 其它計(jì)算參數(shù) 表 33 巖土的其它計(jì)算參數(shù) 彈性模量 E（ kpa） 泊松比 K0 100000 1 3）計(jì)算模型 (如圖 33 所示 ) 4）計(jì)算結(jié)果 通過(guò) 運(yùn)用 MIDAS GTS 軟件 計(jì)算得到的安全系數(shù) ?sF ，不能滿(mǎn)足安全系數(shù)。在計(jì)算結(jié)果中能明顯看坡面的位移和剪切應(yīng)變很大，很難保證邊坡的穩(wěn)定，不能得到穩(wěn)定的路塹邊坡， 需要進(jìn)行加筋處理，初步選定 的加筋結(jié)構(gòu)為錨桿。錨桿材料為： 錨桿是直徑為32mmHRB335 鋼筋。 （圖 34 為邊坡變形前，圖 35 為邊坡的位移變形，圖 36 為邊坡的最大剪切應(yīng)變） XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 33 2K47+380 邊坡模型 圖 34 2K47+380 處邊坡變形前 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 35 2K47+380 處邊坡的位移變形圖 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，此處的邊坡在坡頂處的位移最大，最下面的坡面位移也相對(duì)較大，很可能出現(xiàn)破壞，形成不穩(wěn)定邊坡。 圖 36 2K47+380 處邊坡的最大剪切應(yīng)變 通過(guò)計(jì)算得知，在該 處的邊坡坡腳處的剪切應(yīng)變最大。 5） 對(duì) 2K47+380 進(jìn)行加筋處理后邊坡穩(wěn)定性分析報(bào)告如下： XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 ① 錨桿參數(shù) 表 34 錨桿參數(shù) 鋼筋 彈性模量（ kpa） 泊松比 重度 (KN/m3) HRB335 202100000 其中錨桿長(zhǎng)度均為 12m，錨固長(zhǎng)度為 4m。 ② 計(jì)算模型 圖 37 加錨桿后的邊坡 圖 38 加錨桿后的邊坡計(jì)算模型 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 ③ 計(jì)算結(jié)果 通過(guò) 運(yùn)用 MIDAS GTS 軟件 計(jì)算得到的安全系數(shù) Fs=， 滿(mǎn)足安全系數(shù)要求。坡面的位移變形也 減小了，最大剪切應(yīng)變也變小了，能得到穩(wěn)定的路塹邊坡。（圖 39 加錨桿后未變形的坡面，圖 310 加錨桿后的變形位移圖， 311 加錨桿后的最大剪切應(yīng)變） 圖 39 加錨桿后未變形的邊坡 圖 310 加錨桿后的變形位移 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，此處的邊坡變形位移明顯減小了，雖然坡頂處變形位移仍是最大的，但是仍然處于穩(wěn)定狀態(tài)。 圖 311 加錨桿后的最大剪切應(yīng)變 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知：該處的最大剪切應(yīng)變?nèi)栽谄履_處，但出于穩(wěn)定狀態(tài)。 （ 2） 2K49+ 處坡面 進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 1）巖層屬性 表 35 巖土物理參數(shù) 巖土層 重度 (kN/m3) 粘聚力 (kpa) 內(nèi)摩擦角 (176。) 角礫巖 18 31 19 2)其它計(jì)算參數(shù) 表 36 其它計(jì)算參數(shù) 彈性模量 E（ kpa） 泊松比 K0 100000 1 3)計(jì)算模型 （如圖 312 所示） 4）計(jì)算結(jié)果 通過(guò)計(jì)算得到的安全系數(shù) ?sF ，不滿(mǎn)足安全系數(shù)要求。在計(jì)算結(jié)果中能明顯看坡面的位移和剪切應(yīng)變很大，很難保證邊坡 的穩(wěn)定，不能得到穩(wěn)定的路塹邊坡， 需要進(jìn)行XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 加筋處理， 初步選定的加筋結(jié)構(gòu)為錨桿。錨桿材料為 直徑為 32mm 的 HRB335 鋼筋。 （圖313 為邊坡變形前，圖 314 為邊坡的位移變形圖，圖 315 為邊坡的最大剪切應(yīng)變） 圖 312 2K49+ 處邊坡模型 圖 313 2K49+ 處邊坡變形前 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 314 2K49+ 處的位移變形圖 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以知道，此處的邊坡位移變形量較大，其中坡頂處的位移變形最大，最下面的坡面的變形也相對(duì)較大，很難保持邊坡的穩(wěn) 定性。 圖 315 2K49+ 處邊坡的最大剪切應(yīng)變 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可得知，該處的最大剪切應(yīng)變較大，坡腳處應(yīng)變最大，容易破壞形成不穩(wěn)定邊坡。 5） 對(duì) 2K49+ 進(jìn)行加筋處理后邊坡穩(wěn)定性分析報(bào)告如下： ① 錨桿參數(shù) XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 表 37 錨桿參數(shù) 錨桿 彈性模量（ kpa） 泊松比 重度 (KN/m3) HRB335 鋼筋 202100000 其中錨桿的長(zhǎng)度均為 12m，錨固長(zhǎng)度為 4m。 ② 計(jì)算模型 圖 316 加錨桿后的邊坡 圖 317 加錨桿后的邊 坡計(jì)算模型 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 ③ 計(jì)算結(jié)果 通過(guò)計(jì)算得到的安全系數(shù) Fs=，滿(mǎn)足安全系數(shù)要求。從計(jì)算結(jié)果中可以看出邊坡的位移變形明顯減小，最大剪切應(yīng)變也變小了，可以得到穩(wěn)定的路塹邊坡。（圖 318 為加錨桿后未變形的邊坡，圖 319 為加錨桿后邊坡的位移變形圖，圖 320 為加錨桿后邊坡的最大剪切應(yīng)變） 圖 318 加錨桿后邊坡變形前 圖 319 加錨桿后邊坡的位移變形 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，此處的邊坡在加了錨桿后，位移變形量明顯減小了，雖然坡頂處的變形量仍最大，但出于穩(wěn)定狀態(tài)。 XX 工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 320 加錨桿后邊坡的最大剪切應(yīng)變 通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以知道，加錨桿后該處邊坡的最大剪應(yīng)變明顯減