摘 要：對于高速公路路基穩(wěn)定性而言，要保證其豎向變形以及側(cè)向變形都在合理的范圍之內(nèi)，可以通過沉降板對路基的豎向變形進(jìn)行觀測，路基沉降超過極限值可能會對公路的行車安全造成影響，甚至對道路的結(jié)構(gòu)造成破壞。除了對路基沉降的觀測，本文還介紹了一些關(guān)于路基側(cè)線變形的防治措施，主要是通過邊樁對公路側(cè)向位移進(jìn)行觀測，為了防止由于側(cè)向位移引起的豎向沉降，需要開展對高速公路路基穩(wěn)定性的研究。

關(guān)鍵詞：高速公路 路基 沉降 穩(wěn)定性

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0053-02

1 工程概況

在十一五規(guī)劃期間，國家重點(diǎn)對安徽省的高速公路進(jìn)行了進(jìn)一步規(guī)劃，確定了十一五期間安徽省公路發(fā)展綱要，安徽省的高速公路建設(shè)進(jìn)入了一個快速發(fā)展的階段，高速公路如雨后春筍般的大量涌現(xiàn)出來，為了進(jìn)一步加強(qiáng)安徽省高速公路建設(shè)的步伐，根據(jù)安徽省高速公路規(guī)劃的數(shù)據(jù)顯示，到2020年時，安徽省高速公路建設(shè)的總里程將達(dá)到5500 km，形成四通八達(dá)的公路網(wǎng)建設(shè)。

安徽省沿江高速公路工程東起蕪湖市南郊張韓村，終至安慶大渡口，全長166.7 km。該工程設(shè)計為全封閉、全立交、全部控制出入，路基寬26 m，雙向四車道，瀝青混凝土路面，行車速度為100 km/h。沿江高速公路為國家重點(diǎn)公路天津—— 汕尾、東營—— 香港（銅陵—— 九江支線）的重要組成部分。向東與南京相連，向西與武漢、九江相接，通過蕪湖、銅陵、安慶長江大橋與已建成通車的國道主干線合寧高速公路、合安高速公路、合蕪高速公路共同構(gòu)筑兩條快速通道，它的建設(shè)，對沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)作用。

沿江高速公路工程建設(shè)所在地處于長江中下游地區(qū)，按照水域劃分屬于長江流域，公路兩側(cè)地表較為平坦，但地勢較高，由于公路沿線需要跨越多條公路來了路線，所以有高填方路堤出現(xiàn)，公路兩側(cè)地下水位較淺，經(jīng)過改造，公路兩側(cè)已經(jīng)種植水稻等農(nóng)作物。公路沿線的不良地質(zhì)主要表現(xiàn)為軟土、液化土等等。

2 問題提出及解決方案

在沿江高速公路的快速建設(shè)過程中，路基的穩(wěn)定性問題比較突出，而造成高速公路路基邊坡失穩(wěn)的重要原因之一就是“粉土”的工程性質(zhì)較差。下面結(jié)合兩個地基軟化較嚴(yán)重典型標(biāo)段的數(shù)據(jù)（表1）對標(biāo)段的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

2.1 沉降觀測方案

由于公路路基處于多水地段，路段周圍土體含水量較高，土體結(jié)構(gòu)在受到外力作用時容易發(fā)生破壞，在交通荷載以及土體自重的的作用下，路基容易發(fā)生沉陷，在高速公路建設(shè)前，應(yīng)該先對公路路基采取堆載預(yù)壓或者固結(jié)沉降等措施減小路基沉降，但是公路在長期使用過程中仍然會產(chǎn)生沉降變形。

本路段工程因其特有的施工特點(diǎn)造成了濕軟地基處治方案的特殊性，具體方法是在高速公路沿線進(jìn)行長期的路基沉降觀測以及路基側(cè)向觀測。沉降板的布設(shè)是兩側(cè)據(jù)中樁14 m處安置1塊沉降板。從埋板開始每3天觀測一次。通過與永久水平坐標(biāo)點(diǎn)的對比，若沉降量達(dá)到1.5 cm/d，則停止加載。

2.2 側(cè)向位移觀測方案

通常使用邊樁對路基的側(cè)向位移進(jìn)行觀測，本文的試驗(yàn)方法是采用邊樁對試驗(yàn)路段的斷面進(jìn)行觀測。為了便于對路基的側(cè)向位移進(jìn)行觀測，采用邊樁設(shè)置于路堤兩側(cè)的坡腳。

在路基穩(wěn)定檢測過程中，路基側(cè)向變形是一個比較敏感的指標(biāo)，可以通過提高路基側(cè)向變形的監(jiān)測精度來提高對軟土地基穩(wěn)定監(jiān)控的水平。目前采用的路基沉降預(yù)測方法，通常是在曲線數(shù)字?jǐn)M合的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，但是這種方法忽略了側(cè)向變形的影響，沉降結(jié)果也實(shí)際結(jié)果的差異較大。

側(cè)向位移點(diǎn)布設(shè)在路堤兩側(cè)的坡腳處，離坡腳20 m處，標(biāo)段內(nèi)每100 m設(shè)置一次。每3天觀測一次，側(cè)移量達(dá)到5 mm/d時，標(biāo)志著不穩(wěn)定出現(xiàn)，停止加載。

3 路基沉降分析

當(dāng)前對沉降規(guī)律的研究大都是基于經(jīng)典理論的分析。其實(shí)，沉降的組成部分包含由側(cè)向位移產(chǎn)生部分附加沉降量，以及其他因素（如沖擊壓實(shí)）產(chǎn)生的沉降。

3.1 沉降的機(jī)理

土是由三相體系組成的非飽和體，三相體系的構(gòu)成為固體土顆粒、液態(tài)水和氣體組成的多孔介質(zhì)，在土體自重和外部荷載的作用下，土體中空隙中的空氣被壓縮，氣體和液體被排除三相體系，土的應(yīng)力變化與變形是與時間相關(guān)的函數(shù)。

根據(jù)土體變形的發(fā)展過程，沉降主要有以下幾個階段。

3.1.1 塑-彈性變形

在對土體進(jìn)行擾動填筑的過程中，路基土經(jīng)過攤鋪、灑水、分層碾壓等施工工藝被強(qiáng)制壓縮，由于填土厚度的累加，填土的重量不斷增加，下層土受到的壓力越來越大，土體開始發(fā)生彈性形變。在土體沉降的這一階段中，填土高度與沉降量成正比。

3.1.2 不均勻變形階段

在土體的變形過程中，由于材料不均勻及其不受側(cè)向約束的影響，土體的應(yīng)力分布不同于自重應(yīng)力對其的影響，在路堤內(nèi)應(yīng)力集中的部分，土體內(nèi)部容易產(chǎn)生剪切變形，從而造成橫線不均勻沉降，這種變形引起的沉降在工程初期影響不明顯，但是日后會逐漸表現(xiàn)出來。

3.1.3 蠕變階段

應(yīng)變隨著時間的增長而增長就是蠕變現(xiàn)象。由于土體載荷和路面荷載是在施工完成之后很長時間內(nèi)逐步形成的，所以蠕變不是在公路竣工之后才產(chǎn)生的。在填方路堤采用水平分布層填筑法分層填筑的過程中，可能在各層填筑的時間上產(chǎn)生時間差，蠕變沉降就是在時間間隙中產(chǎn)生。由于產(chǎn)生的時間存在間隔，所以這種蠕變沉降是一種不連續(xù)沉降。

高速公路路基沉降計算主要包括兩個方面的內(nèi)容：一是路基沉降量計算；二是路基沉降時間統(tǒng)計。在處理應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系時，通常采用胡克定律進(jìn)行處理。

在公路路基的施工過程中，普遍采用以下幾種方法對路基沉降量進(jìn)行計算。

（1）分層總和法。

假定地基土為直線變形體，在有限厚度的范圍內(nèi)逐層求出其沉降量，然后進(jìn)行累加，其累加值即為累計沉降量。計算公式如（1）。

（2）考慮前期固結(jié)壓力沉降的計算方法。

路基土的最終沉降主要由三部分組成：瞬時沉降、主固結(jié)沉降以及次固結(jié)沉降。三種沉降并不獨(dú)立發(fā)生，而是相互影響，所以在計算時要考慮相互作用的因素。

4 考慮側(cè)向位移的路堤沉降分析

4.1 側(cè)向位移引起的沉降量計算

關(guān)于側(cè)向位移引起的地基沉降量計算，本文主要采用公式推導(dǎo)的計算方式進(jìn)行計算，沉降構(gòu)成分解見圖1。計算假設(shè)如下。

（1）路堤在側(cè)向變形前后，其橫截面均按照矩形進(jìn)行處理。

（2）土體體積在壓縮式保持不變。

（3）填筑的路堤僅在橫向上有變形，在其他方向上沒有變形。

以上數(shù)據(jù)顯示，地基處治對于控制地基沉降的效果明顯，由此推出，側(cè)向位移占總位移量的21%左右。

4.2 側(cè)向位移引起的沉降量分析

通過對路基沉降的分析，我們可以深入了解沉降的構(gòu)成，瞬時沉降主要包括彈性變形和側(cè)向位移。

5 邊坡穩(wěn)定性研究

在高速公路建設(shè)過程中，由于地形地貌的限制，導(dǎo)致高填深挖作業(yè)，從而產(chǎn)生大量的高路堤、深路塹。對這些路段的邊坡穩(wěn)定性在施工前要進(jìn)行計算，根據(jù)計算結(jié)果采取適當(dāng)措施防止事故的發(fā)生。

5.1 穩(wěn)定性評價方法

邊坡穩(wěn)定性的分析方法一般可以分為定性分析法以及定量分析法，隨著一些更深的理論的產(chǎn)生，逐漸一批新的評價方法如工程地質(zhì)法、邊坡可靠性分析法等開始得到應(yīng)用。

通過對高速公路沿線的工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查來獲取邊坡穩(wěn)定性數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸納總結(jié)影響邊坡穩(wěn)定性的方法統(tǒng)稱為定性分析法。采用這種方法可以對邊坡失穩(wěn)的原因進(jìn)行分析，并從分析結(jié)果中得到邊坡失穩(wěn)力學(xué)機(jī)制以及邊坡土體結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理。采用這種方法可以快速地對邊坡穩(wěn)定現(xiàn)狀等級作出評定。

通過考慮高速公路上荷載類型等因素對邊坡土體進(jìn)行穩(wěn)定性分析的方法通常稱為定量分析法，其特點(diǎn)是可以選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)對路基邊坡的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算。

5.2 多因素敏感性分析

選取粘聚力、內(nèi)摩擦角、中度、坡高、坡比，這5個因素進(jìn)行正交表安排實(shí)驗(yàn)，計算個參數(shù)的范圍及水平，并做出評價。（表4）

從本文涉及的沿江公路的工程實(shí)際來看，路基邊坡的高度是影響路基穩(wěn)定性的最主要因素，在其他因素都相近的情況下，可以采取提高邊坡抗剪強(qiáng)度的方法提高路基邊坡穩(wěn)定性。

6 結(jié)論及建議

（1）路基的填筑材料多為粉土，粉土顆粒細(xì)，水的穩(wěn)定性差，路基的失穩(wěn)大多是由于水的侵蝕所引起的。

（2）高速公路路塹邊坡的穩(wěn)定性是一個復(fù)雜的工程問題。路塹邊坡是人工開挖邊坡，不良的排水措施和人為的開挖是邊坡失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素，邊坡穩(wěn)定性是一個綜合的系統(tǒng)問題，其穩(wěn)定性評價并不是單一的力學(xué)理論能代替的，要把定性分析和定量計算相結(jié)合。

（3）高速公路路塹邊坡是一種永久邊坡，穩(wěn)定性評價的一次結(jié)論，無法代表邊坡永久的穩(wěn)定性狀況，必須結(jié)合定期調(diào)查與監(jiān)測分析。

（4）為了避免滑動破壞，高速公路素土的抗剪強(qiáng)度應(yīng)不低于59kPa。

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對邊坡穩(wěn)定性敏感度大小的因素依次是（從大到?。┢赂?gt;內(nèi)摩擦角>坡比>凝聚力>重度，可以采用提高邊坡抗剪強(qiáng)度的方法提高邊坡穩(wěn)定性指標(biāo)。

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