本文首先介绍曲线边坡在公路工程应用中的技术优势,分别从美观效果、安全稳定、行车状况三个方面探讨曲线边坡的结构特点与应用特点;其后,总结曲线边坡设计的方法和过程,通过一系列的前期工作和设计探索,确定曲线边坡结构型式,既能充分发挥美观效果,又能保证结构的安全。
2 曲线边坡的技术特点分析
2.1 美观特性分析
曲线边坡本身就涵盖了诸多美学要素,这与曲线本身的美观及所蕴含的特质相关。从结构美学考虑,受力性能好且稳定的边坡其美观效果也好,由于边坡可能由岩石或土料筑成,而岩土材料性能的不同其边坡的美学考虑要素也不一样[2]。
土质边坡中,土料具有很强的可塑性,可以很方便地设计做成任意形状,因此,也可以设计为各种美观的曲线边坡型式,给人以灵动、跳跃、轻巧的曲线美感,一般可以将曲线边坡设计成“曲线+直线+曲线”的型式,可以很好地将道路本身融入到周边环境中,通过流线型的变化也可以给驾驶员以变化的景观,不容易视觉疲劳,减少交通事故的发生。岩质边坡中,石材具有力感、刚劲有力、稳定挺拔等特性,因而此类边坡不宜过多地修饰形成设计的复杂曲线边坡形状,而应该根据岩石本身的出落特性进行适当的修饰,呈现稳重的力学美观,这样也能够给驾驶人员以安全感。
因此,需要根据具体的边坡特点,并适当考虑周边环境的特性,进行曲率边坡的设计。在造型上,曲线边坡可以通过诸多美学要素体现,例如,直线+圆弧形状、适当的视线变化增加美观。融合环境方便,如果周边环境是平原区域,则可以设计为直线或者接近直线的形状进行边坡设计,这可以使得道路的刚劲与环境的简洁呼应,如果环境是山区具有变化的线条,则尽量采用曲线边坡给环境以灵动美感。对于边坡材料而言,根据前述分析采用土质边坡可以设计为想要的曲线边坡,对于岩质边坡则不建议进行复杂曲线边坡的改造。
2.2 安全稳定性分析
曲线边坡虽然具有美观性的外形,但其设计的基础出发点仍然是保证边坡的安全与稳定,已有的道路工程中出现诸多边坡失稳引起的滑塌和滑坡问题,不仅阻碍了道路的正常通行,还会引起显著的人员伤亡和社会影响。
曲线边坡的失稳问题与常规直线边坡基本上是相同的,边坡失稳的主要模式仍然是滑动失稳,由于采用了曲线平缓过渡形式,因此曲线边坡的局部崩塌失稳问题不显著。滑动失稳的力学原理是整个边坡沿着岩土薄弱面开始滑动失效,对于不均匀的边坡岩土,这个薄弱面往往是岩土性能比较差的接触面,对于均匀性岩土,该滑动面是基于库伦理论确定的终极滑移面,但总归而言,边坡滑动失效的主要原因是岩土本身的向下滑动力大于岩土抵抗力,造成边坡剪切破坏失效,最终形成连续滑动面而导致破坏。
2.3 行车状况分析
曲线边坡相对于直线边坡就是在坡顶和坡脚位置进行了圆弧处理,由于坡脚和坡底对于行车舒适性及疲劳问题影响显著,因此,曲线边坡可以极大地改善驾驶员的行车条件。具体分析如下:
曲线边坡对原来的直线边坡在坡顶进行了圆弧过渡处理,这使得坡顶视线变得平缓,且极大地提高了行车视距,降低驾驶员的行车疲劳问题,并使得驾驶员能够及时地掌握前方道路基本状况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆坡脚位置处,车辆在横向偏移是会发生悬空的问题,如果坡脚没有经过处置而直接是折线变化,这显然会使得车辆失去稳定而翻车,但如果在坡脚位置采用流线形过渡,则可以显著减少这种悬空问题,使得车轮还能进行一定的转移和过渡。因此,采用曲线边坡构造型式可以增加驾驶员信心,提高驾驶舒适性和安全性。
3 曲线边坡设计的方法与要点
3.1 边坡设计的需求分析
详细调研工程建设背景,掌握建设区间范围内的地形和地貌,并分析岩土特性,根据道路建设要求确定边坡设计需要填方和挖方的土方量,明确岩土特性从而确定边坡坡率及高度等设计需求,确定区域内的道路美观需求以及沿线经济发展状况,对于旅游区域应该更加注重美观效果。所有的这些设计需求进行归纳,明确主次关系,最后建立边坡设计的基本需求表。
3.2 曲线边坡型式的设计
明确了边坡设计需求后,就可以确定边坡的基本型式,包括其高度、坡度和曲线边坡设计策略。对于边坡坡度小于1:4的情况下,可以分局道路建设要求和美观要求,进行各种曲线的设计和修饰,通过填方和挖方的方法确定所需要的道路曲线边坡型式,这类边坡的稳定性问题基本能得到保障,因此曲线设计的空余较大。对于边坡坡度大于1:4的情况,则需要根据边坡高度选用曲线设计策略,对于高度3m以内的,可以采用1:1.5~1:3的边坡坡率,并适当对坡顶和坡脚进行修饰形成曲线边坡;对于高度3~4.5m情况,需要采用两种以上的坡度变换形成曲线边坡,且对于挖方边坡建议采用11.5的坡率,而对于填方边坡采用2~3的坡率组成;对于路基高度4.5m以上的,曲线边坡应该分段进行设计,例如分成2~3个坡率组成,坡度可以灵活进行变化,使得组合之后的美观效果最佳。
3.3 边坡修饰与衔接设计
曲线边坡整体形状确定后,需要对诸多细节进行修饰处理,使得整体曲线过渡平缓、衔接顺畅。由于曲线边坡设计中可能涉及到诸多挖方和填方问题,需要对这些细节进行修饰处理使得整体曲线过渡良好,一方面可以改善行车视距和行车安全性能,另一方面可以提高道路与周边环境的协调性。特别注意坡顶和坡脚的衔接处理,坡顶衔接不好可能引起该区域内的雨水冲刷或者严重的崩塌问题,因此需要根据其岩土特性设计良好的曲线过渡,使得整体边坡形成一个统一的整体,并满足行车视线需求[3]。
3.4 边坡稳定性验算及景观设计
根据修饰的曲线边坡,按照库伦土压力理论计算边坡的稳定性。首先,根据边坡的岩土参数和几何参数确定可能的失稳模式,并选择最容易发生的失稳模式进行分析;其次,确定临界失稳状态,并选择对应的方法计算其稳定系数和安全系数;最后,如果不满足稳定的,为了满足曲线边坡的美观效果,需要选择对应的加固手段和方法,进行加固方案设计。
边坡设计完成后,为了保持与周边环境的协调性和美观性,应该进行景观设计。景观设计的内容包含诸多方面,例如对边坡表面的绿化处理、植草植花、区域景观变化、夜间照明等,这些景观处理方式仍然需要根据边坡的外形和周边环境的特点,确定适宜的景观过渡方式,形成最终的曲线边坡结构。
参考文献
[1]陈兴平.公路工程曲线边坡的设计要点分析[J].科技创新导报,2018,15(07):40-41.
[2]许波.公路工程曲线边坡的设计要点分析[J].江西建材,2018(02):144-145.
论文作者:王婷婷
论文发表刊物:《红地产》4月
论文发表时间:2019/1/2