威尔士环形赛道

项目概述

耗资 4.25 亿英镑的项目选择 Oasys Slope 进行地面施工

4.25 亿英镑计划的地面工程选择了 Oasys Slope 2018 年 7 月更新：2017 年 3 月，威尔士政治家和经济大臣发表声明称，已要求提交详细报告，并将于 5 月中旬就赛马场的 4.25 亿英镑公共资金做出决定。2017 年 6 月，由纳税人出资担保 2.1 亿英镑的提议被威尔士政府拒绝，理由是财务风险太大。

威尔士赛道（Circuit of Wales）是拟在南威尔士建造的一条 6 公里长的赛车道，可举办各种汽车运动赛事。该场地还将举办极限运动赛事、卡丁车赛、越野摩托车赛等。它还将提供酒店和休闲设施、科技园和赛车学院。

主赛道的设计通常遵循现有起伏地形的轮廓；不过，为了达到场地开发所需的最终水平，拟在大部分场地上进行大量土方工程。其中一个关键目标是实现土方工程平衡，并重新利用现场的 220 万立方米挖掘材料。该工地的地面条件特别具有挑战性，包括覆盖在软化冰川粘土上的厚度不一的大面积泥炭沼泽，这些材料占挖掘材料的近一半。建议重新利用泥炭和软化冰川粘土建造大型观众护堤，为主要赛道周围提供高架观赛区。观众席护堤总长度超过 3 公里，高达 30 米，坡度为 1V:2H 或 1V:3H。Oasys Slope 被广泛应用于观众护堤的设计中，具体如下：

1. 护堤构成--最大限度地增加观众护堤中泥炭和软化粘土的用量。
2. 优化护堤设计--通过分区使用不同材料和有选择地使用挖出的材料，优化不同高度护堤的设计。
3. 边坡加固--设计并优化 1V:2H 陡坡的土工合成材料加固。

4. 基底处理--评估将泥炭和软化粘土留在护堤范围内的不同方案。

以下部分总结了所进行的分析以及通过使用 Oasys Slope 所实现的项目节约和效益。

项目中应用的软件

护堤的构成

在观众席护堤内尽可能多地重复使用泥炭和软化粘土，以实现土方工程平衡，这一点至关重要。实现土方工程平衡将为客户节省大量成本，同时还能重新利用现场现有的材料，最大限度地减少填料的进口和处理，从而对环境产生诸多益处。由于泥炭和软化粘土的体积很大，用石灰和/或水泥将这些材料改良到正常标准在商业上是不可行的，因此需要将这些材料以挖出的原状重新利用。

坡度被用来确定最佳方法，以便在以 1V:3H 的坡度建造护堤时最大限度地增加泥炭和软化粘土的用量，同时确保达到足够的安全系数。如下图 2 所示，坡度仪分析了将泥炭和软化粘土纳入护堤施工的多种不同方案，如路肩、路层和路心。

护堤设计优化

坡度用于模拟排水和非排水条件。排水条件通常对平均高度的路堤至关重要，由于沿破坏面的有效应力较低，会出现浅层滑坡（见图 3）。然而，随着斜坡高度增大，深层排水失效开始变得至关重要。在这种情况下，由于深层滑坡有足够的质量来克服沿滑坡面的排水剪切强度，因此排水条件对高度超过 9 米的护堤至关重要。

土方工程将根据公路工程规范进行控制。为了优化设计，以适应所建议的不同护堤高度，对填充材料进行了分级，以便充分利用挖出的材料。未软化的冰川粘土一般符合 2 级材料的分类要求。地面勘测数据表明，冰川粘土的强度随深度增加而增加。由于边坡分析表明，排水条件对较高的护堤至关重要，因此根据表 1 所示的排水抗剪强度，将 2 级材料分为两个子级。这样可以更有效地利用现场可用的材料，因为在更深处发现的强度更高的粘土可用于建造更高的护堤，并放置在出现临界滑动圈的护堤部分，以最大限度地发挥其效益。

表 1- 第 2 类材料的子类别

如图 4 所示，针对不同坡度设计了三种不同的护堤。对于高度不超过 9 米的护堤，建议使用泥炭和软化粘土建造护堤，并在护堤肩上铺设 1 米长的 2 级材料，以提供适合观众站立的表面。对于高度在 9 米至 15 米之间的护堤，为了稳固起见，需要用 2 级材料加厚路肩。对于高度在 15 米至 23 米之间的护堤，建议以泥炭和软化粘土为核心，周围铺设强度更高的 2 级材料。如图 5 所示，需要在核心下面铺设一层 2 级材料，否则临界破坏面主要是泥炭和软化粘土，而不是 2 级材料。通过在护堤底部铺设一层 2 级材料，而不是增加路肩的厚度，可以减少 2 级材料的用量，从而达到可接受的安全系数，因此可以在护堤施工中加入更多泥炭和软化粘土。

边坡加固

对于边坡为 1V:2H 的护堤，边坡分析表明不可能在护堤施工中加入大量泥炭和软化粘土。此外，对于仅使用强度较高的 2/2 级材料建造的较高 1V:2H 护堤，稳定性分析表明无法达到可接受的安全系数。因此，如图 6 所示，利用坡度来设计不同高度护堤所需的土工合成材料加固（土工格栅）。图形输出用于确定临界滑动圈，并通过相应修改加固材料的几何形状和抗拉强度来优化加固设计。对于高度在 15 米至 19 米之间的护堤，设计还增加了灵活性。向承包商提供了两种方案，一种是使用强度更高的 2/2 级材料，另一种是使用抗拉强度更高的土工合成材料加固 2/1 级材料，具体取决于哪种方案最具成本效益，或者护堤施工区域当地是否有强度更高的 2/2 级填料。

基底处理

对于高度较大的护堤，斜坡分析表明，将泥炭和软化粘土留在护堤下的原位对斜坡稳定性有很大的不利影响。斜坡分析表明，对于高度超过 9 米的护堤，挖掘并更换泥炭和软化粘土或采用其他基底处理方法对护堤设计更为经济。如下图 7 所示，利用坡度设计了多种不同的基底处理方案，包括附加层、颗粒基底和基底土工合成材料加固。这些方案已提交给承包商考虑，并将在对护堤范围内的地面进行进一步勘测后加以完善。

基底处理

对于高度较大的护堤，斜坡分析表明，将泥炭和软化粘土留在护堤下的原位对斜坡稳定性有很大的不利影响。斜坡分析表明，对于高度超过 9 米的护堤，挖掘并更换泥炭和软化粘土或采用其他基底处理方法对护堤设计更为经济。如下图 7 所示，利用坡度设计了多种不同的基底处理方案，包括附加层、颗粒基底和基底土工合成材料加固。这些方案已提交给承包商考虑，并将在对护堤范围内的地面进行进一步勘测后加以完善。