管溝開(kāi)挖施工邊坡的穩(wěn)定性分析

李 忠，劉勇文

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

0 引言

用于敷設(shè)管道的槽溝稱為管溝。 在粉沙、碎石土等地區(qū)開(kāi)挖石油、天然氣管溝的過(guò)程中，常進(jìn)行無(wú)支護(hù)開(kāi)挖，其邊坡可能會(huì)發(fā)生滑坡、崩塌，危及人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。 如，2002 年9 月29 日，西氣東輸一安裝機(jī)組在連頭施工地段，就發(fā)生一起因管溝突然大面積塌方，致使1 人死亡的施工事故。

造成管溝邊坡滑坡、崩塌的主要因素有［1～2］：（1）邊坡土體的性質(zhì)。 一般在粉沙土、碎石土及黃土地區(qū)發(fā)生滑坡的可能性比較高。 （2）開(kāi)挖邊坡的坡度。坡度愈陡，發(fā)生滑坡的幾率愈大。 （3）邊坡所受的外力。 如邊坡坡頂有大面積堆載，則發(fā)生滑坡的可能性大增。 另外，管溝邊坡的穩(wěn)定性還與土體的含水量及邊坡的坡高有一定的關(guān)系。 本文試對(duì)粉沙地區(qū)管溝邊坡在不同的坡度、高度、外力等條件下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 管溝邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

1.1 計(jì)算參數(shù)選取

在管溝開(kāi)挖施工過(guò)程中，兩側(cè)坡頂會(huì)堆積大量土料或其他材料。 為了保證邊坡穩(wěn)定，要求堆積材料在挖方邊緣0.8 m 以外， 堆土或材料高度不宜超過(guò)1.5 m。若土體單位體積重量為20 kN／m3，則其最大堆載外力為30 kPa。

在不同的地區(qū)，土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)有所差異。根據(jù)相關(guān)資料［3］，選取了粉沙的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)（如表1 所示）。

表1 粉沙的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)Table 1 Physical mechanical property index of silty sand

1.2 計(jì)算方法

管溝邊坡的潛在滑面形態(tài)為圓弧面， 擬采用瑞典條分法對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析計(jì)算。 具體計(jì)算時(shí)， 采用理正巖土計(jì)算軟件中的邊坡穩(wěn)定分析方法進(jìn)行計(jì)算。

1.3 計(jì)算工況

對(duì)應(yīng)于管溝開(kāi)挖深度分別為3 m、5 m、6 m，土體狀態(tài)分別為天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)， 選取6 種計(jì)算工況。各種工況的堆載均為30 kPa，每一種工況的管溝開(kāi)挖坡度分別為1∶1.5、1∶1.2、1∶1.0、1∶0.8、1∶0.2、直立，具體工況情況如表2 所示。

2 管溝穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 計(jì)算結(jié)果

在天然和飽和狀態(tài)下，當(dāng)管溝邊坡土體為粉沙、并在30 kPa 堆載作用下，對(duì)于不同坡度、不同開(kāi)挖深度，邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果如表3 所示。在各種工況條件下，安全系數(shù)與邊坡坡度的關(guān)系如圖1～圖6 所示。

表2 計(jì)算工況Table 2 Working condition calculation

2.2 穩(wěn)定分析

由表3 及圖1～圖6 得出：（1）在各種工況條件下，隨著邊坡開(kāi)挖坡度的增大，其安全系數(shù)均隨之減??；隨著邊坡開(kāi)挖深度的增大，其安全系數(shù)也均隨之減小。（2）管溝邊坡在飽和狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性降低很大，即使在天然狀態(tài)下、屬于非常安全的開(kāi)挖坡度，在飽和狀態(tài)下也容易發(fā)生滑坡。 在施工中，如果遇見(jiàn)雨雪天氣，容易引起含水量增大，管溝邊坡穩(wěn)定性將會(huì)降低。 （3）對(duì)應(yīng)于安全系數(shù)等于1 時(shí)，在工況1、工況2、工況3（天然）的條件下，開(kāi)挖坡度分別為1∶0.7、1∶0.9、1∶1.0。對(duì)應(yīng)于安全系數(shù)等于1 時(shí)，在工況4、工況5、工況6（飽和）的條件下，開(kāi)挖坡度分別為1∶1.1、1∶1.2、1∶1.3。在選取管溝邊坡開(kāi)挖坡度時(shí)，可參考這些數(shù)據(jù)。

表3 各工況的安全系數(shù)計(jì)算成果Table 3 Safety coefficient calculation results of each working condition

圖1 工況1 安全系數(shù)與坡度變化曲線Fig.1 Condition 1: Curve of safety coefficient and slope changes

圖2 工況2 安全系數(shù)與坡度變化曲線Fig.2 Condition 2: Curve of safety coefficient and slope changes

圖3 工況3 安全系數(shù)與坡度變化曲線Fig.3 Condition 3: Curve of safety coefficient and slope changes

圖4 工況4 安全系數(shù)與坡度變化曲線Fig.4 Condition 4: Curve of safety coefficient and slope changes

圖5 工況5 安全系數(shù)與坡度變化曲線Fig.5 Condition 5: Curve of safety coefficient and slope changes

圖6 工況6 安全系數(shù)與坡度變化曲線Fig.6 Condition 6: Curve of safety coefficient and slope changes

3 結(jié)語(yǔ)

管溝邊坡開(kāi)挖是一個(gè)臨時(shí)性工程， 存在很大的安全隱患。 在施工時(shí)，要選擇合適的開(kāi)挖坡度、控制好施工質(zhì)量，尤其在管道接頭處，需要采取特別的安全防護(hù)措施。

［1］ 陳希哲.土力學(xué)與地基基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004：224－234.

［2］ 錢(qián)家歡.土工原理與計(jì)算［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1996：302－318.

［3］ 《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.4 版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007：195－196.