许 晔 汪洁文 张士刚

(齐鲁交通发展集团有限公司东营分公司，山东 东营 257000)

0 引言

近年来随着公路网的不断完善，高速公路运营里程不断增加，老路病害不断出现，公路养护逐渐成为了公路工作重点。国内外对于路面工程的养护时机研究相当成熟，而对于路基边坡养护时机的研究较少，主要原因是路基预防性养护时机较难把握。本文通过分析路基边坡病害成因、性能指标预测及养护费用效益成本，对路基边坡养护时机办法寻找对策。

1 预防性养护时机影响因素分析

路基边坡养护时机的影响因素很多，核心是养护质量和养护效益成本两者的合理控制，运用性能指标—费用—效益成本三者对比的方法能够较好的反映边坡养护的最佳时机。

1.1 预防性养护性能指标预测

1)路基边坡地形地貌分析。通过地质水文调查报告，分析路基边坡走向是直线状还是曲线状，并计算路基边坡极限状态下的应力值及路基弯沉值大小。通过地质勘测得到路基边坡的岩体地层结构，计算路基边坡稳定性，得到极限状态下边坡稳定性的主要特征。

2)边坡病害预测及稳定指标预测。要分析路基边坡稳定性指标，还要对边坡的病害进行预测，目前路基边坡病害预测方法很多，主要分为定性预测和定量预测，两者结合使用能更准确合理的预测路基边坡病害[1]。根据上述方法预测病害并模拟不同病害下边坡的稳定性，结合应力值及路基弯沉值等数值的比较，得出影响路基稳定的主要指标。

3)数值模拟计算边坡稳定性。稳定的边坡自身具有一定的抗剪强度，可以通过折减系数，将抗剪强度折减到一定的极限平衡状态[2]。通过折减的强度值分析边坡滑动面的受力点及受力方向，结合上面路基稳定的主要指标，分析不同受力点指标的变化，这个过程可以展示出边坡的受损过程，最后通过演化的受损过程可以得到一个安全系数，这个系数可以表达路基边坡的稳定性。

安全系数计算如下：

以上所述的安全系数的定义方法是通过参考文献及规范得出的，这种安全系数的计算会产生相对的收敛等数学问题。解决上述问题的方法如下：

将边坡粘聚力c和内摩擦角的正切值tanφ同时除以折减系数F，得到新的ce和φe值；再通过新的ce和φe值重复上述公式，直到结果刚好收敛为止[3]。这里临界状态下的Fs被称为最小安全稳定系数，同时极限状态下的边坡发生剪切破坏。

折减公式如下：

通过运用路基边坡滑动面的平均抗剪强度与实际的平均剪应力比值我们可以得到临界滑动面的平均安全系数：

τ=σtanφ+c。

两者结合，得到：

通过养护性能安全指标，再结合预防性养护质量评定标准，得出路基边坡使用性能评价等级及维修对策，见表1。

表1 高速公路路基边坡使用性能评价等级

1.2 预防性养护费用分析

对于费用分析，其目的主要是分析出不同的路基边坡养护方案下的后期管理工作所产生的相对费用差别，通过路基边坡使用性能评价等级可以得出维修对策，并计算养护费用，一些对养护影响不大或者无关的费用均不考虑在内[4]。

1.2.1费用组成

关于路基边坡费用组成，这里选择养护预算中比较重要的费用组成进行分析，见表2。

1.2.2费用参数分析

养护水平直接影响路基边坡后期的稳定性及维修成本。路基边坡稳定性分析应从日常小修保养记录着手，运用以下公式计算[5]：

MC=CR+CC+CJ+CN。

其中，MC为养护管理所需的总费用；CR为养护管理期间所需的现场养护现场人员的工时费；CC为养护管理期间所需的材料成本费用；CJ为养护管理期间所需的机械台班机械租借费用；CN为养护施工中遇到的不确定因素产生的费用。

由于预防性养护必须在边坡病害发生之前进行，所以这里不考虑后期产生的经济损失。经过计算统计，可以得到养护费用随着边坡指标的增强而减少。

表2 道路工程养护周期内的费用组成

1.3 预防性养护成本效益估算

前文可知，安全系数是表示边坡稳定状态的主要指标。结合折减的应力强度值分析边坡滑动面的受力点及受力方向，可以计算得到相对安全系数值，结合前文安全系数的计算得到最终安全系数，如下：

通过安全系数的估算可知，路基边坡滑动面的安全系数的衰变曲线与安全系数的最小值围成的面积称为效益指标面积[6]。借鉴这种方法，可通过安全系数的变化曲线与安全系数最小值的基线围成的面积计算预防性养护的成本效益，如图1所示。

图1中，SW为日常养护效益面积；SC为进行预防性养护后的效益面积；Yz为极限状态下的安全系数(基线值)；T为预防性养护所需要的时间；TW为原有指标衰减到最小值所用的时间；TC为采取预防性养护后指标衰减到最小值所用的时间。

2 预防性养护时机估算分析

结合预防性养护性能指标、费用和效益成本三者的分析得出养护最优方法，结论如下：

1)通过高速公路路基使用性能评价等级来确定路基边坡满足的条件，选取影响路基边坡稳定性的主要指标作为效益成本计算指标。

2)选取路基边坡稳定性指标的极限值，极限值可根据修建高速公路技术能力及资金水平，地质水文条件等来决定极限值的范围。

3)根据高速公路路基边坡病害预测得出的指标系数，分析上述指标对预防性养护实施的边坡稳定性。

4)结合管养合同及边坡性能等级评价，计算养护费用占比，得到养护费用最佳值。

5)根据费用计算养护实施方案后，选出最优方案(指标产生效益最大化)，计算指标在满足成本效益的前提下所需要时间和相同指标下边坡养护效益面积最大值。由于不同指标的效益面积相互影响，可以通过权重分配比来确定出综合的效益指标。

6)将效益指标与养护费用结合，得到性能指标—费用—成本效益三者比值，在指标满足规范要求的情况下使养护费用最小化而养护效益最大化。

3 结语

路基预防性养护时机应通过养护指标费用及养护效益成本指标进行分析，将效益指标与养护费用相结合，通过边坡病害的预测，从定性和定量的角度得出边坡滑动面在应力场中的指标系数，并在指标系数满足规范要求的情况下使养护费用最小化而养护效益最大化。本文指标较单一，还需要更多的指标来计算分析预防性养护时机。