趙志

（廣佛高速公路有限公司，廣東 廣州 510168）

高速公路既有高邊坡二次開挖是高速公路道路加寬或者路面改動施工中的一項重要工序，在二次開挖施工過程中由于受到施工條件的影響，其中包括周圍巖石應(yīng)力場影響因素、施工活動等，從而增加了二次開挖施工難度。隨著城市建設(shè)進程的不斷加快，高速公路施工工程量逐漸增多，這對高速公路既有高邊坡施工提出了更高的要求，不僅需要具有較高的施工質(zhì)量和施工效率，還要保證施工安全、有序推進。現(xiàn)有施工方法采取的施工技術(shù)和設(shè)備比較落后，且施工理念也比較陳舊，在實際施工中會出現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)承載性能較差、高邊坡失穩(wěn)等問題，為此，本文針對高速公路既有高邊坡施工要求，提出了一套二次開挖穩(wěn)定性分析和施工方法，為高速公路施工提供了理論依據(jù)。

一、高速公路既有高邊坡二次開挖穩(wěn)定性分析

（一）構(gòu)建高速公路既有高邊坡受力模型

在構(gòu)建高速公路既有高邊坡受力模型前，首先要按照通用條分法的基本原理劃分高速公路土質(zhì)邊坡，再通過構(gòu)建既有高邊坡受力模型分析邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，將高速公路既有高邊坡中失去穩(wěn)定性的滑動體從左到右劃分為x條垂直區(qū)域，從中選取第n條進行受力分析。第x條邊坡條塊的受力分析如圖1所示。

圖1 第x條邊坡條塊的受力分析圖

圖1中，di表示為邊坡條塊寬度；hg表示為后一邊坡條塊與該條塊的重合范圍；Ti表示為邊坡斜面長度；ai表示為邊坡條塊底部坡角；Ui表示為條塊底部孔隙水壓力；Ni表示為條塊底部有效法向力。由于在具體施工的過程中，邊坡滑動部位的面積、形狀已知，因此劃分邊坡條塊后，條塊的底長、寬、中心平均高度、底部坡角等參數(shù)均可確定。對于整體高速公路既有高邊坡而言，需求解出的未知量為：每條條塊的底部切向力及有效法向力；相鄰兩個條塊分界面上的法向條間力和切向條間力。在分析穩(wěn)定性的過程中，假設(shè)每塊滑體與整個高速公路既有高邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)均相同。

（二）邊坡二次開挖極限平衡方程計算

完成構(gòu)建高速公路既有高邊坡受力模型后，根據(jù)需要確定在邊坡靜止狀態(tài)下，高速公路既有高邊坡的極限平衡分析方程。

第x條邊坡條塊底部切向力方向平衡方程如式（1）所示：

式（1）中，Q表示為邊坡水平方向地震力，其他物理量與圖1相符。為方便后續(xù)分析出高速公路既有高邊坡的穩(wěn)定性，按照常用思維邏輯簡化假定。

定義1：簡化后的假定應(yīng)滿足高速公路既有高邊坡的力學(xué)特征和施工過程中的合理要求，通過上述方式劃分多條邊坡條塊，當每條邊坡條塊垂直方向上的安全穩(wěn)定系數(shù)大于劃分條塊的側(cè)面剪應(yīng)力時，邊坡側(cè)面未達到極限平衡狀態(tài)。

定義2：根據(jù)Tresca屈服準則和Mises屈服準則，當邊坡抗剪強度指標降低到與安全系數(shù)相同數(shù)值的倍數(shù)后，邊坡會逐漸達到極限平衡狀態(tài)。

定義3：考慮到邊坡約束條件，當邊坡條塊的寬度足夠小時，邊坡端點兩側(cè)作用力的合力平行于該條塊頂點位置。

對于已知的邊坡滑動面，條塊側(cè)面的剪切力與法向力均在土質(zhì)邊坡的破壞強度線以下的應(yīng)力圓上。因此，高速公路既有高邊坡中條塊之間的相互作用力存在相互影響。根據(jù)邊坡側(cè)邊的力矩平衡要求得出回力平衡限度，通過式（1）計算得出高速公路既有高邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)，并調(diào)整得到最終滿足要求的穩(wěn)定參數(shù)數(shù)值，從而完成對公路土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的分析。

二、高速公路既有高邊坡二次開挖施工方法

（一）邊坡二次開挖整體施工流程設(shè)計

將高速公路既有高邊坡二次開挖施工看作一個系統(tǒng)工程，通過明確對應(yīng)的建設(shè)管理、勘察設(shè)計、施工及監(jiān)管部門，形成各部門間的高效技術(shù)交流通道，以實現(xiàn)信息化的邊坡二次開挖整體施工。在具體施工過程中，二次開挖與一次開挖相比對穩(wěn)定性的要求更高，因此不僅要保障施工安全順利進行，同時還需要確保施工質(zhì)量。

具體的信息化邊坡二次開挖整體施工流程為：首先，對高速公路既有高邊坡二次開挖現(xiàn)場進行地質(zhì)勘查，勘查過程中應(yīng)采用現(xiàn)代化防接觸勘查手段，防止對邊坡結(jié)構(gòu)造成二次破壞。其次，通過勘查結(jié)果確定該施工邊坡的具體坡體結(jié)構(gòu)特征，并預(yù)測其未來可能產(chǎn)生的破壞問題。再次，在明確可能存在的問題后，將其作為基礎(chǔ)設(shè)計方案，并根據(jù)不同結(jié)構(gòu)特點分級、分區(qū)域開挖加固施工，實時記錄施工過程中產(chǎn)生的鉆探信息，為后續(xù)確定檢測方案提供數(shù)據(jù)參考。最后，根據(jù)檢測二級結(jié)果確定各等級邊坡的穩(wěn)定性，并將信息反饋到施工方案設(shè)計中，再次修改不完善設(shè)計內(nèi)容，按照新的施工方案完成對高速公路既有高邊坡二次開挖。

（二）開挖與支護

為避免在高速公路既有高邊坡二次開挖處出現(xiàn)沉降方面的質(zhì)量問題，可在高速公路開挖銜接處鋪設(shè)道路格柵，以提高施工過程的穩(wěn)定性。在路基開挖過程中，將舊路基的邊坡挖成臺階狀，挖除待銜接的道路兩邊的硬路肩，處理好地下水的滲漏工作后進行排水設(shè)施的施工，并將路基頂面延伸到80cm～90cm，完成對高速公路原有路基的預(yù)處理。為避免邊坡傾斜度對高速公路道路施工工程造成質(zhì)量問題，在原有路基頂層下15cm～25cm處鋪設(shè)一層復(fù)合型格柵，寬度控制在5.0m～6.0m之間，并且要求每延米的橫（道路中車輛行駛正向方向）與縱（垂直道路方向）可承擔的最大斷裂力可滿足20kN／m～60kN／m的要求?？紤]到可能受到二次開挖滑坡的影響，應(yīng)預(yù)留約20cm的邊坡平臺，并將平臺設(shè)置成大于或等于5.0%的排水坡。

在完成高速公路既有高邊坡二次開挖后，結(jié)合公路設(shè)置的標準化標高計算施工道路的伸長系數(shù)，當伸長系數(shù)小于0.5時，需要在二次開挖路基60m段處再次鋪設(shè)一層格柵進行公路施工支護；當伸長系數(shù)在0.5～0.8之間時，僅鋪設(shè)60m段處格柵支護即可；當系數(shù)大于0.8時，無需持續(xù)鋪設(shè)土木格柵。

三、結(jié)語

為提升高速公路施工的質(zhì)量與效率，本文開展了高速公路既有高邊坡二次開挖穩(wěn)定性分析，并結(jié)合結(jié)果調(diào)整了高速公路的施工方法。此次課題的研究成果，可以保障施工行為的規(guī)范化及施工成果的高質(zhì)量。因此，在同類型工程施工中擴展應(yīng)用該施工方法，可以保障道路的施工質(zhì)量。