基于剩余推力法的南方某高速路边坡的稳定性计算及加固方式探讨

２０１８钲３　３－　基于剩余推力法的南方某高速路边坡的稳定性　计算及加固方式探讨　

孙世国，宋维琦，王子彪　（北方工业大学土木工程学院，北京１０００４１）　

摘要：本研究采用了钻探手段，查明了边坡的物质组成和结构特征，基于剩余推力法获得的滑动面和安全系数，使用ＧｅｏＳｌｏｐｅ软件　定量计算了边坡的安全系数，并对边坡进行普通锚索加固、盘式锚索加固、减载，提高边坡的稳定性，最后得到不同的加固和造价方　案，对于该标段边坡加固工作具有一定参考价值。　关键词：边坡；安全系数；盘式锚索；加固　

Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｒｏａｄ　ｓｌｏｐｅ　·　’　、　·　１　１　１　·　１　１　＇　＇　’　ｉｎ　ｓｏｕｔｈｅｒｎ　ｈｉｎａ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｔｈｒｕｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　

ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　

Ｓｕｎ　Ｓｈｉｇｕｏ，Ｓｏｎｇ　Ｗｅｉｑｉ，Ｗａｎｇ　Ｚｉｋａｉ　（Ｎｏａｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４３）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ａｓｃｅｒｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｓａｆｅｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｔｈｒｕｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｗａｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ　ｕｓｉｎｇ　ＧｅｏＳｌｏｐｅ　ｓｏ，ｗａｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｗａｓ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｏｒｄｉｎａｒｙ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｄｉｓｋ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｌｏａｄ　ｓｈｅｄｄｉｎｇ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｇｅｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｓｔ　ｐｒｏｇｒａｍ，ｉｔ　ｈａｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｎｄｅｒ　ｓｅｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ；ｓａｆｅｔｙ　ｆａｃｔｏｒ；ｄｉｓｃ　ａｎｃｈｏｒ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　

随着高速路网的完善，山区高速公路增多，高速路边坡稳定　性研究成为国内外研究的热点和焦点。经过近三十年的发展，　边坡稳定性从定性评价、半定量评价发展到现今的定量评价，评　价范围也从区域风险评价发展到区域风险评价与场地风险评　价、单体风险评价并举¨Ｊ。　近年来边坡变形破坏过程的复杂性以及影响边坡稳定性因　素的不确定性，加上一些新学科、新理论的引入和交叉，逐步形　成了一些边坡稳定性分析的新方法，比如模糊数学分析法，灰色　系统分析法以及神经网络分析法等，在工程实践中，传统的极限　平衡法原理简单，其精度可以满足大多数工程的需要，而且是经　过长期工程实践被证明了的有效的计算方法因而被广泛使用。　剩余推力法是边坡稳定性计算的方法之一，是我国水利、交通和　铁道部门在核算滑坡稳定时普遍使用该方法。其优点是借助于　滑坡构造特征分析及剩余推力计算，可以获得任意形状滑动面　在复杂荷载作用下的滑坡推力，计算方法简洁。锚索具有承载　强度高、预应力大、注浆方便、端锚与全长锚固相结合等优点，能　加固岩土体，限制其变形，改善岩土体的力学参数及应力状态，　适用于复杂条件矿井、水电站、公路、铁路、以及其他灾害边坡等　工程的加固治理　’　。　本文主要考虑极限状态下边坡稳定性情况，基于剩余推力　法获得的滑动面和安全系数计算结果采取相应的边坡加固措　施，对稳定性差的边坡分别进行普通锚索、盘式锚索、减载及其　·８４·　组合方式加固，并计算对应造价，得到最优方案。　１　边坡概况及地质特征　据野外调查及钻孔结果，建立了如下地质地层的模型，覆盖　层为可塑状粉质粘土，约２．５ｍ厚，容重＾ｙ为１７ｋＮ／ｍ３，摩擦角‘Ｐ　为７。，粘聚力ｅ为１５ｋＰａ；下伏基岩为粉砂质泥岩，强风化层厚　７ｍ一８ｍ，容重．ｙ为２０ｋＮ／ｍ３，摩擦角‘Ｐ为１４。，粘聚力ｅ为０—　６ｋＰａ，中风化岩层较稳定，容重　为２２ｋＮ／ｍ３，摩擦角‘Ｐ为３５。，　粘聚力Ｃ为４０ｋＰａ。　２稳定性分析及加固　为便于比较分析，本次研究普通锚索均采用ｌｘ７标准型、直　径２１．６ｒａｍ、公称抗拉强度ｆｐｔｋ为１８６０ＭＰａ，抗拉强度设计值ｆｙ　为１２６０ＭＰａ，每根钢绞线极限张拉荷载为５０４ｋＮ，屈服张拉荷载　为４５４ｋＮ，设计钻孔直径取１６０ｍｍ，锚盘安装扩孔尺寸为　２６０ｍｍｘ１８０ｍｍ。　锚固力设计值根据剩余推力法计算脚本执行，计算时控制　安全系数为１．３５，根据ＧｅｏＳｌｏｐｅ计算得到的滑面和划分的条块　信息计算剩余推力值。使用Ｇｅｏｓｌｏｐｅ软件，建立边坡几何模型　如图１所示，采用Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法、Ｍ—Ｐ法和剩余推力法对　边坡天然条件下的稳定性系数进行计算，计算得出该边坡Ｂｉｓｈ—　ｏｐ安全系数为０．２７５，Ｊａｎｂｕ安全系数为０．２６６，Ｍ—Ｐ安全系数　为０．２７１，剩余推力法安全系数为０．５４。根据最新《建筑边坡设　计规范》（ＧＢ５０３３０—２０１３）要求，对于永久边坡类型的一级边坡　２０ｌ８年３月　工西建材　工程技术　稳定安全系数值应达到１．３５以上，　此，设汁时尽量控制安全　系数任规定值以』　＝根据条块问推力大小，加固优化可往８～３２　条块间设置锚索以提高边坡的稳定性（冈１）。　高氍　０　１（）　３０　４０　５０　６０　图１边坡几何模型图　距离　２．１普通锚索加固　根据锚索设计规范和《公路路基设汁规范》进行锚索设计：　锚索轴向托力设计值：剩余推力计算结果为９２８．１５７ｋＮ，滑面倾　角１０．７９３。，取锚索倾角为２０。，则锚索轴向拉力设计值Ｎ　＝１．３　９２８．１５７　ＣＯＳ１０．７９３／ｃｏｓ２０＝１２６１．３３ｋＮ、　锚索钢绞线最小截面面ｆｊＪ：Ａ　＝１．０　ｌ２６１．３３／（０．６９　１２６０　１０　）＝１４５１ｎｌｌｌｌ　；锚索钢绞线数最：ｎ＝１４５１　１０　／（订　０．０２１６　／４）＝３．９６，取ｎ＝４；锚索布置和单孔锚固力设汁值：设　计锚索水平间　２．５ｍ，垂直间距５ｍ，共９排，取锚索安全系数为　２．２，Ｐ　＝１２６１．３３　２．５／９：３５０．３７ｋＮ；锚网体设计：按水泥砂浆　与锚索张拉钢材粘结强度计算锚同段长度为Ｌ　＝２．２　３５０．３７／　（０．６　４　３．１４　０．０２１６　３４００）＝１．３９ｍ，按锚固体与孔壁的粘　结强度确定锚阎段Ｋ度为Ｌ　＝２．２　３５０．３７／（３．１４　０．１６　４５０）＝３．４ｌｌ１１’　《公路路基没汁规范》规定，锚同长度取Ｌ　与　Ｉ　中较大值，不小于３ｍ，不大于１０ｍ．凡不超过７．２ｍ，闪此，该处　墩锚同段长度４ｍ。　加固后，Ｂｉｓｈｏｐ的安全系数为１．１４５，Ｊａｎｂｕ的安全系数为　１．１ｌ５，Ｍ—Ｐ的安全系数为１．１４２，加同后安全系数均未达到　１．３５以上，不符合要求。　２．２盘式锚索加固　盘式锚索对比普通锚索的优势在于同样型号的材料设置　下，实验表明盘式锚索的承载力接近普通锚索的２倍。加固后，　Ｂｉｓｈｏｐ的安全系数为１．４８９，Ｊａｎｂｕ的安伞系数为１．３９４，Ｍ—Ｐ的　安全系数为１．４８９，符合要求　．　２．３减载措施　减载措施主要综合考虑橄限状态与局部危险状念滑动面位　置和形状，适　设莲平台和削坡方案。减载后，Ｂｉｓｈｏｐ的安全系　数为１．４６４，Ｊａｎ１）ｕ的安全系数为１．３３３，Ｍ—Ｐ的安全系数为　１．４６３，符合要求　２．４加固与减载结合　普通锚索加固后，Ｂｉｓｈｏｐ的安全系数为１．４８６，Ｊａｎｈｕ的安全　系数为１．３９６，Ｍ—Ｐ的安全系数为１．４８７，符合要求。盘式锚索　加固后，Ｂｉｓｈｏｐ的安全系数为１．５８６，Ｊａｎｂｕ的安全系数为１．４２９，　Ｍ—Ｐ的安全系数为１．５８１，符合要求　３工程总造价对比分析　采用广联达计价软件（；ＲＱ４．０对该项目进行单位１：程预算　分析，根据该省建设丁程相关计价定额和清单１－程箅董规则以　及最新材料价格信息，结合边坡设计计算结果，分别计算出整体　锚索加同、整体减载和加同　减载相结合的总造价清单计价表，　计算该标段边坡加同Ｔ　程总造价，对比各加固方法总造价（表　１）　表１　工程总造价对比汇总　汁算坡长　减载　锚索加固　局部减载　（Ｉ１１）　普通　龋式　普通　盘式　ｌ０Ｏ　３７８３９４．２６　８２５５８３．２６　８５８８１０．１７　４９７３６３．１６　５０７３５３．１５　

４　总结　剩余推力法计算边坡稳定系数时未号虑水文条件，计算值　偏大，植入锚索后对于受力分配问题不能较好解决，　此还不能　够广泛应用　。　造价分析参考该省２００４版定额库，介于市场价格信息搜集　局限以及废渣运距统一为ｌｋｍ以内问题，部分人材机价格仍有　待调整　。　计算结果表明减载措施相对于其它加固方法造价更低，一　个原因是该方法废渣运距统一为ｌ　ｋｍ以内，所得价总价偏于保　守，另一个原因是计算时　于对于强Ｊｘｌ化层粘聚力的极限状态　考虑，大幅减小了该岩层力学参数粘聚力，导致部分锚索计算用　量较保守，但实际稳定性更好。结合加同效果、劳动强度和工程　造价，推荐使用盘式锚索加局部减载的加周方法。　

参考文献　［１］丁参军，张林洪，于国荣，等．边坡稳定性分析方法研究现状与趋势　［Ｊ］．水电能源科学，２０１ｌ（０８）．　［２］卢谨华，邬星华，李树亭，等．浅析赣定高速边坡破坏类型与治理方法　［Ｊ］．江两建材，２０１４（２０）．　［３］王艳霞，模糊数学在边坡稳定分析中的应用　Ｊ］．岩土力学，２０１０　（０９）．　［４］熊海丰．基于人丁神经网络技术的边坡稳定性评价研究　Ｊ］．武汉理　工大学，２００３（０５）．　ｆ　５］王旭，刘东升，宋强辉，等．基于极限平衡法的边坡稳定性町靠度分析　［Ｊ］．地下空间与工程学报，２０１６（０３）．　

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