小南海水库库区防汛公路路基边坡稳定性分析及防护

□李拥军 □任剑飞 □张亚兵（安阳市彰武南海水库工程管理局）

1.引言

路基边坡滑塌是水库库区防汛公路常见破坏现象之一。如河滩路堤、高路堤或软弱地基上的路基，就可能因水流冲刷、边坡过陡或地基承载力过低而出现填方土体（或连同原地面土体）沿某一剪切面产生坍塌。为此，必须对可能出现的失稳或已出现失稳的路基进行分析、防护，保证路基既达到稳定性要求，又满足经济性需求。

2.影响库区路基边坡稳定性因素

小南海水库位于河南省安阳市西南35km的海河流域卫河支流洹河上，地属温带大陆性气候，夏、秋季节降水量大，占全年降水量的70%～80%，库区防汛公路路基边坡滑塌破坏时有发生，影响公路畅通，危及水库防汛安全。依据土力学原理，路基边坡滑塌是由于边坡土体中的剪应力超过其抗剪强度所产生的剪切破坏，因此，凡是使土体剪应力增加或抗剪强度降低的因素，都可能引起边坡滑塌。小南海水库库区防汛公路路基边坡稳定性影响因素可归纳为以下几点：

2.1 边坡土质、岩石风化破碎程度

水库库区地处太行山脉，库区防汛公路傍山修筑，部分路段为填土路基，填筑土体为就近选用砂性土，土质抗剪强度低，部分路段为山体开挖，山坡岩石风化破碎、剥落现象严重，稳定性降低。

2.2 水的活动

边坡的破坏与水的活动有关，库区洹河为季节性河流，夏、秋季节库区上游来水量、降水量大，水位落差大，路基易受河水浸泡、冲刷，边坡土体含水量的增加，既降低了土体的抗剪强度，又增加了土内的剪应力，再加上浮力和动水压力作用，使边坡处于最不利状态，较易失稳。

2.3 边坡的几何形状

库区部分山涧段防汛路为填土高路基，路基具有高、陡的边坡，因其重心高，加上坡脚河流流水冲刷，稳定条件极差，易发生滑塌破坏。

3.库区路基边坡稳定性分析

路基边坡稳定性分析方法很多，归纳起来可分为力学分析法和工程地质比拟法两大类。力学分析法又称极限平衡法，假设边坡沿某一形状滑动面破坏，按力学平衡原理进行计算，根据滑动面形状的不同，又分为直线法、圆弧法、折线法3种，其中圆弧法较接近工程实际，被广泛采用。

小南海水库库区西善应村段防汛公路为山沟填土高路堤，路基高11m，上边坡坡度约为1∶1.5，高4m，下边坡坡度约为1：1.9，高7m，顶宽9m。路基填土为亚粘土，土的各项参数为粘聚力c=10kPa、内摩擦角 24°(t anφ=0.45)、容重 r=17kN/m3,路面荷载采用挂车 -80（800kN）。

表1 圆弧法边坡稳定性分析表

3.1 分析验算过程

3.1.1 根据工程情况，用Aut oCAD绘制路基横断面图，并做出一条通过路基右边缘的滑动曲线。将挂车-80（800kN）换算成当量土柱高h0。设其中一辆挂车停歇在路肩上，另一辆以最小间距d=0.4m与它并排。按下列公式换算土柱高为

式中：N—横向分布的车辆数，单车道N=1，双车道N=2；Q—每一辆车的重量，kN；L—汽车前后轴（或履带）的总距，L=6.4m；B—横向分布车辆轮胎最外缘之间总距，其公式为

其中：N为车辆数，等于2；d为车身之间的净距，等于0.4m；b可近似地取车身宽度，等于3.5m，则B＝7.4m，故h0＝2.0m。

3.1.2 按4.5H法确定滑动圆心辅助线（不考虑荷载换算土层高度）。在横断面图上，自左坡脚A向下引竖线，在竖线上截取高度H=h（路堤高度）得点C，自C点向右引水平线，在水平线上截取4.5H，得点M。连接左坡脚A、左坡顶B，计算连线AB与水平线的夹角θ。arct anθ=h/1=0.52，得θ=27.3°，查《公路设计手册》粘土边坡通过坡脚的极限破裂圆弧中心位置的有关角值表，得β1=25°，β2=35°。在横断面图上A、B点做出角β1、β2，相交于点N，连接直线M N,则滑动圆弧曲线圆心在直线M N上。

3.1.3 滑动圆弧圆心确定。用直线连接可能滑动圆弧面的两端点AB，做直线AB的中垂线交滑动圆心辅助线M N于点O，点O即是该滑动曲线的圆心。

3.1.4 画出土体圆弧滑动面，将圆弧范围内土体分为8段,算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖线之间的偏角αi

式中：Xi—所分每段圆弧中点距圆心竖线的水平距离，圆心竖线左侧为负，右侧为正；R—滑动曲线半径。

每一分段的滑动圆弧曲线可以近似取直线，将各分段图形简化为梯形或三角形，计算其面积Ωi，其中包括荷载换算成土柱部分的面积在内。

3.1.5 以路堤纵向长度1m计算出各分段的重力Gi，将每一段的重力Gi化为二个分力。

一在滑动曲线法线方向分力Ni=Gi cosαi；

二在滑动曲线切线方向分力Ti=Gi si nαi；并分别求出此两者之和，∑Ni和∑Ti,

3.1.6 算出滑动曲线圆弧长L,列圆弧边坡稳定性分析表,计算稳定系数K1。

稳定系数

3.1.7 在横断面图中绘制出通过路基中线和距左边缘1/4处的另外两条滑动曲线，用上述相同步骤计算出稳定系数K2=1.38，K3=1.42。

3.2 分析验算结果

选取具有代表性的3滑动面进行验算，边坡稳定系数均满足工程规范规定（1.25～1.50）范围要求，故可判定，本路段内边坡处于稳定状态。

4.库区防汛公路路基边坡防护方法

小南海水库库区防汛公路路基边坡防护方法主要采用工程防护和植物防护两大类。

4.1 工程防护

在不易于草木生长的岩石段路基，根据实际地形地貌，采用锚杆铁丝网喷浆或喷射混凝土护面、干砌石或浆砌石护面，将坡面封闭隔绝或隔离，保护岩石路基边坡表面免受降水、日照、风力、大气等自然因素的影响，防止和延缓岩土表面的风化、剥落等演变过程，达到保护路基边坡的稳定性。

4.2 植物防护

在填土路基地段边坡，采用种草、植草皮、植树等防护措施，种草选取多年生、耐寒、耐旱、根系发达草种，植树选取容易成活树种，利用植被对边坡的覆盖作用、植物根系对边坡的加固作用，保护路基边坡免受大气降水与地表径流的冲刷。

5.结语

防汛公路畅通是水库防汛体系的重要环节，是水库安全度汛的重要保障。在水库汛前检查工作中，水库工程技术管理人员应当注重对影响防汛公路畅通隐患的排查，对隐患进行快速、正确的分析判断，进而采取有效的防护措施。