公路路基边坡稳定性及加固措施研究

王梅

（甘肃省白银公路事业发展中心靖远公路段，甘肃白银 730600）

0 引言

公路路基边坡是公路工程的重要组成部分，其稳定性直接关系到公路的安全性和可靠性。公路路基边坡稳定性失效可能导致土体滑坡、崩塌和沉降等问题，给公路运营和使用带来严重的风险。为了解决公路路基边坡失稳问题，保障公路正常运营和行车安全，对公路路基边坡的稳定性和加固措施等进行研究，进而为公路设计人员提供理论依据和实践指导，以更好地保证公路路基边坡的稳定性和安全性。

1 公路路基边坡稳定性分析

1.1 公路路基边坡稳定性的基本原理

公路路基边坡稳定性的基本原理是指在公路路基边坡设计和施工中，保持边坡稳定所依据的基本原理和理论。公路路基边坡的稳定性主要受土体力学和重力作用的影响[1]。

第一，重力平衡原理：要保证公路路基边坡稳定，则要求边坡所受到的重力与其抵抗力相平衡，边坡上的土体重力不超过其抗滑力和抗倾覆力。

第二，摩擦和黏聚力原理：土体内部存在颗粒间的摩擦力和颗粒间的黏聚力，这些力能够提供一定的抗滑和抗倾覆的能力，对公路路基边坡稳定性起重要作用。

第三，土体的力学性质：土体的强度、刚度和变形特性对公路路基边坡稳定性至关重要。了解土体的力学性质，如抗剪强度、抗压强度和变形模量等，有助于评估公路路基边坡的稳定性。

第四，水文因素：水分对公路路基边坡稳定性有重要影响。水分能改变土体的强度和抗滑性能，引起土体饱和及渗流，导致边坡变形和破坏。因此，需要在公路路基边坡稳定性分析中考虑水文因素。

1.2 影响公路路基边坡稳定性的因素

影响公路路基边坡稳定性的因素是多方面的，包括地质、水文、土体力学和工程因素等。

第一，地质条件：地质构造、岩石类型、土层的性质和分布等都会影响公路路基边坡的稳定性。例如，存在节理、断层或可溶性岩层的地质条件，会增加边坡破坏的风险，如图1 所示。

图1 断层滑坡

第二，水文因素：降雨、地下水位和地表水变化会导致边坡土体饱和度或渗流增加，降低土体的抗剪强度和抗滑性能，从而增加边坡的失稳风险。

第三，土体力学特性：土壤的抗剪强度、内摩擦角、黏聚力和变形特性等参数决定了边坡的抗滑和抗倾覆能力，不同类型的土体具有不同的力学特性，对公路路基边坡稳定性的影响也不同[2]。

第四，边坡几何特征：边坡的坡度、高度、坡面形状等几何特征会直接影响公路路基边坡的稳定性，较陡的坡度和较高的高度会增加边坡滑动和倾覆的风险。同时，坡面形状也会影响水分渗入和土体的稳定性。

第五，工程活动：边坡开挖、填筑，挖掘基坑和边坡防护等工程活动会改变边坡原有的稳定状态，增加边坡破坏的可能性。

1.3 常用的公路路基边坡稳定性分析方法

1.3.1 经验法

经验法是基于实践经验和已有案例，通过参数化的方法评估公路路基边坡的稳定性。采用经验法进行公路路基边坡稳定性分析时，通常需要使用一些公式来计算边坡的稳定系数或安全系数。以Bishop 公式为例，如式（1）所示：

Bishop 公式考虑土层的强度参数、边坡剪切面的形态特征以及作用力的影响，综合计算边坡的安全系数。安全系数Fs大于1 表示边坡稳定，小于1 表示存在稳定性问题。

式（1）中：Fs表示边坡稳定系数；为土壤的黏聚力；Nc、Nq、Nr是标准形状因子，根据边坡剪切面的几何形状确定；W为边坡剖面单位长度的自重；σH为水平力的合力（N）；σV为垂直力的合力（N）；L为边坡的长度（m）；β为边坡的坡度角。

1.3.2 解析法

解析法是基于力学原理和假设的前提条件，通过解析求解边坡稳定状态和破坏机理的方法。采用解析法进行公路路基边坡稳定性分析时，需要根据边坡的几何形状和土体力学性质，采用力学平衡原理和弹性理论进行求解[3]。以极限平衡分析法为例，在边坡破坏前，边坡所受的剪力和正应力处于平衡状态，根据平衡方程，可以得到公路路基边坡稳定性的计算公式：

式（2）中：W 表示边坡所承受的稳定荷载，W1为边坡顶部的重力荷载，W2为边坡底部的支撑力荷载，W3为边坡上的摩擦力荷载。

1.3.3 数值模拟法

采用数值模拟法进行公路路基边坡稳定性分析时，需要将边坡划分为有限数量的小元素，利用有限元、有限差分或边界元等方法，计算每个小元素上的力学状态和应力状态，并利用计算机进行模拟和求解。在数值模拟中，通常采用摩尔-库伦准则等塑性理论描述土体的变形和破坏过程。

2 公路路基边坡加固措施

2.1 常见的加固措施

第一，表面排水措施：通过排水系统，包括排水沟、排水管道和排水井等，有效地排除边坡内部和周围的积水，减少水分对公路路基边坡稳定性的影响。

第二，边坡修整和坡面保护：通过对边坡进行修整和保护，包括清理边坡上的杂草和杂物、修补和强化边坡表面，提高公路路基边坡稳定性和抗侵蚀能力。

第三，植被加固：通过植被种植和保护，形成边坡绿化带，利用植物的根系固土和吸水功能，增强边坡的抗滑和抗侵蚀能力。

第四，土工材料加固：使用土工合成材料，如土工格栅、土工布、土工膜等，在边坡内部形成加筋和过滤层，提高土体的整体稳定性和抗滑性能。

第五，边坡加固钢筋混凝土护坡：通过在边坡表面建立钢筋混凝土护坡结构，提高边坡的抗滑和抗侵蚀能力，同时提高边坡的美观性和耐久性。

第六，土石工程结构加固：如土石方加固、土石块加固、挡土墙、边坡锚固等，通过加固结构设置和土石体互相支撑，提高边坡的整体稳定性和抗滑性能[4]。

第七，边坡防护网：安装边坡防护网，以有效防止边坡土体滑坡和坍塌，保护边坡的稳定性和安全性。

实际加固时，需要综合考虑边坡的地质条件、水文条件、土体力学特性及工程要求等因素，并根据具体情况进行设计和施工。同时，实施加固措施后，应进行监测和评估，确保加固效果符合预期。

2.2 加固措施的选择原则

选择路基边坡加固措施时，应遵循以下原则（见表1）。

表1 加固措施选择原则

综合考虑以上原则，并根据具体情况和工程要求，选择适合的加固措施，能够有效提高公路路基边坡的稳定性和可靠性。

2.3 加固措施的设计与施工

2.3.1 基坑加固

（1）设计要点

基坑加固应按照相关设计规范和标准进行设计，包括基坑开挖深度、基坑支护结构、支护材料的选择、支护结构的稳定性等。根据工程地质和土力学参数进行相关计算，确定坑基开挖支护结构类型和支护材料的规格，同时进行静力分析和动力分析，确保支护结构的稳定性满足相关要求[5]。

（2）施工要点

基坑加固施工应按照相关技术规范和标准进行，包括基坑开挖、支护结构安装和固定、支护材料填充和固结等；基坑开挖应按照设计要求进行，并进行现场勘察和监测；支护结构安装应按照设计要求进行，并进行质量检验；支护材料填充和固结应按照相关标准和规范进行，确保支护结构的稳定性和安全性。

2.3.2 土钉加固

（1）设计要点

按照相关设计规范和标准进行土钉加固设计，包括土钉长度、间距和倾斜角度确定、土钉材料和规格选择、土钉布置方案确定等。土钉长度应根据边坡的稳定性分析结果和土体力学参数确定，间距应根据边坡的高度和坡度确定，倾斜角度应根据土体的强度和稳定性要求进行调整。土钉材料应满足相关标准和规范，并在施工前对其进行质量检验。

（2）施工要点

土钉加固（见图2）施工应按照相关技术规范和标准进行，包括钻孔、锚固和土钉加固等。钻孔应按照设计要求进行，钻孔直径、钻孔深度和钻孔间距等要符合相关要求，以保证加固效果。锚固部分的处理应注意锚固体的材料性能和长度、锚固点的埋置深度以及锚固体与土体之间的黏结性等问题，保证锚固的牢固性和稳定性。土钉加固施工应注意土钉的布设、预应力调节和监测等问题，以保证加固效果。同时，施工现场的安全管理也非常重要，施工人员应严格遵守安全操作规程，采取必要的防护措施，确保施工安全、顺利进行。

图2 土钉加固示意图

土钉加固计算公式可根据不同的土体和钉杆材料来确定，常见的土钉加固计算公式包括双线性法、梁式法和板式法等。以双线性法为例，其计算如式（3）所示：

式（3）中：Fs为土钉的承载力（N），Ks为土钉的侧向土阻力系数，H为土钉的有效长度（m），n为土钉的数量，Ai为第i根土钉的横截面积（m2），qi为第i根土钉所受的荷载。

土钉加固的监测数据主要包括土钉的应力、变形和位移等参数。通过对土钉加固监测数据进行分析和比对，可以及时发现土钉加固中存在的问题和隐患，及时采取相应的措施进行调整和修补，从而保障加固效果和工程安全。

3 案例分析

某公路的一处边坡位于地质复杂的区域，经历了长期风化和水侵蚀，边坡出现了较大的变形和滑坡风险。为了确保公路的安全性和可靠性，进行了公路路基边坡稳定性分析，并设计了相应的加固措施。

3.1 公路路基边坡稳定性分析

进行边坡地质勘察和土壤试验，收集表2 所示数据。

利用收集到的数据，采用极限平衡法进行公路路基边坡稳定性分析。通过计算，确定了边坡的安全系数和最不稳定滑动面的位置。

3.2 加固设计

基于公路路基边坡稳定性分析的结果，设计加固方案。考虑到边坡的高度和土壤特性，选择以下加固措施。第一，土钉加固。根据土层参数和设计要求，确定土钉的长度、间距和倾斜角度。土钉长度：8m；土钉间距：1.5m；土钉倾斜角度：20°。第二，加固施工。根据设计方案进行边坡加固施工。施工过程中进行以下数据记录和分析。钻孔数据：钻孔深度、孔径和孔距；土钉数据：土钉的实际长度和倾斜角度；施工质量控制：检测土钉的锚固深度和拉力。第三，监测和评估：完成加固施工后，进行边坡监测和评估，收集以下数据。边坡位移监测：使用测量仪器记录边坡的位移和变形情况；加固效果评估：对比施工前后的监测数据，评估加固措施的效果和公路路基边坡稳定性。

4 结语

分析公路路基边坡稳定性需要综合运用多种方法和手段，并依靠准确记录和分析实际数据来指导工程设计和施工。在实际加固施工中，综合考虑土体的力学特性、工程环境和实际监测数据等多种因素，能确保公路路基边坡长期稳定和工程安全可靠。