某城市批發(fā)城高邊坡防護(hù)設(shè)計

范國榮+涂鵬飛+劉夢琴

摘要： 本論文從土力學(xué)基本理論出發(fā)，結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范及工程實際，對某邊坡治理工程進(jìn)行初步設(shè)計。在設(shè)計中采用理正軟件進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，并以理正軟件的計算結(jié)果和地質(zhì)勘測資料作為樁板式擋土墻和錨桿支護(hù)計算、設(shè)計的依據(jù)。除了理論上的計算之外，本文還論述了邊坡治理的一些基本原則。根據(jù)這些基本原則和計算結(jié)果，給出了治理邊坡的方案。

Abstract： This paper begins with basic theory of soil mechanics， considering the be sigh criteria correlative and the engineering factors. In the design， we analyze stability of the land slide by using lizheng software. With the calculate results and the data of geology survey. we can calculate and design pile plate retaining wall and anti-slide piles. This paper discusses some basic principles of landslide treatment as theoretic calculate. Based on the basic principles and the calculation results， a project of the landslide treatment is provided.

關(guān)鍵詞： 穩(wěn)定性；錨桿；邊坡治理

Key words： stability；slide piles；land slide treatment

中圖分類號：U213.1+58 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）08-0165-05

0 引言

高邊坡穩(wěn)定性問題是我國長期以來探索的工程地質(zhì)問題之一，而產(chǎn)生這一問題主要是來自兩個方面的原因。原因之一是我國獨特的地形地質(zhì)條件造就了眾多的高邊坡的出現(xiàn)。尤其是在我國西南地區(qū)，該處地形特殊，地質(zhì)環(huán)境不良，使得高邊坡穩(wěn)定性問題尤為突出。原因之二是我國作為一個發(fā)展中國家，不得不為了發(fā)展而展開大量的大規(guī)模工程建設(shè)。大量的土地資源開發(fā)必定會牽動地質(zhì)的變化，從而影響邊坡的穩(wěn)定性。因此，研究高邊坡穩(wěn)定性問題不僅是學(xué)術(shù)上的研究問題，而且還具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。

邊坡支護(hù)方式多種多樣，如何安全，合理的選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)并根據(jù)邊坡治理工程的特點進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計以滿足邊坡穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理是邊坡治理工程的主要內(nèi)容。因此，本文主要著重研究了如下幾個方面的內(nèi)容：

①根據(jù)現(xiàn)有的勘察報告，對邊坡特征進(jìn)行一個大致的描述，同時確定該邊坡等級；

②采用理正巖土軟件對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，分別采用折線滑動法和圓弧滑動法計算最不穩(wěn)定系數(shù)；

③通過上述邊坡穩(wěn)定性分析成果，對相應(yīng)的坡面進(jìn)行防護(hù)治理設(shè)計。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 邊坡地段地物環(huán)境

該邊坡位于場地東段，其建設(shè)完成之后交通、貿(mào)易人流較大，屬于人口活動頻繁區(qū)，一旦切坡失穩(wěn)，將對209大道過往車輛行人的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成較大的威脅，對交易中心的商戶和顧客造成生命威脅，且會帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響，后果不堪設(shè)想。場地總平面規(guī)劃如圖1所示。

1.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象

項目區(qū)位于趙樹嶺滑坡后緣，處1#樓位于滑坡外側(cè)，其他建筑物均位于趙樹嶺滑坡范圍以內(nèi)，項目區(qū)與趙樹嶺滑坡位置關(guān)系圖如下圖，而本次邊坡防護(hù)工程1#-8#號剖面位于滑坡體以外（趙樹嶺滑坡2-2剖面控制），9#-14#位于滑坡后緣（趙樹嶺滑坡1-1剖面控制）。

該滑坡位于長江右岸斜坡地帶，距三峽大壩壩址73.69km，行政區(qū)劃隸屬某縣信陵鎮(zhèn)云沱村五組?；聟^(qū)地表覆蓋5～12m厚的第四系滑坡堆積（Qdel）碎塊石土，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)巴東組第三段（T2b3）泥灰?guī)r?；麦w為一長條狀凸凹相間地形，南高北低，坡體內(nèi)發(fā)育三級滑坡平臺。后緣西側(cè)為陡緩坡交界處，高程500-510m，滑坡后緣高程590m，前緣臨江，東西兩側(cè)均以沖溝為界。滑坡總體坡向350°，總體坡度18°，總體為緩坡地形?；履媳毕蚩v長1600m，東西向?qū)?00m，平均厚度約60m，面積約96×104m2，體積5760×104m3。

據(jù)監(jiān)測資料，該滑坡體前緣及中部突變帶處仍處于蠕滑變形階段，后緣處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；近期變形不明顯，整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

2 穩(wěn)定性分析與評價

2.1 邊坡安全等級和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

本場地工程安全等級為一級，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）關(guān)于穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)定：一級邊坡采用平面或折線滑動法計算時穩(wěn)定安全系數(shù)K≥1.35；采用圓弧滑動法計算時K≥1.30。

根據(jù)勘察報告，選取如下兩個典型邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析和安全系數(shù)的計算：

2.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)本次現(xiàn)場調(diào)查及鉆孔揭露，場區(qū)最終形成的高切坡物質(zhì)組成為粉質(zhì)粘土（Qel+dl）、塊石土（Qcol）、基巖（T2b3、T2b2），邊坡總長約600m，且分上下兩級，邊坡高度、覆蓋層厚度、基巖情況均變化較大。

按設(shè)計標(biāo)高開挖后，將形成4-31m的挖方邊坡，該場區(qū)在開挖平整后邊坡體將形成土巖混合二元結(jié)構(gòu)，上層主要為覆蓋層，厚度分布不均，2-23m不等，下部為巖質(zhì)邊坡。場區(qū)一級平臺開挖完成之后，將形成6m-15.6m高的豎直邊坡，組成物質(zhì)包括覆蓋層（粉質(zhì)粘土和碎石土）及強風(fēng)化巖體，破壞模式為圓弧滑動。該場區(qū)二級平臺開挖完成之后，開挖面與自然坡面組合形成的邊坡高度在20m至40m范圍內(nèi)，組成物質(zhì)包括覆蓋層（粉質(zhì)粘土和碎石土）及強風(fēng)化巖體、中風(fēng)化巖體等，破壞模式為既可能發(fā)生覆蓋層及強風(fēng)化巖體內(nèi)的局部圓弧滑動，也可能發(fā)生覆蓋層沿土巖分界面的整體滑動。

2.3 計算結(jié)果分析及穩(wěn)定性評價

通過理正軟件對相應(yīng)代表邊坡的計算，由建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范知，在四個代表剖面中，其中11-11剖面一級平臺穩(wěn)定性系數(shù)0.645，12-12剖面一級平臺穩(wěn)定性系數(shù)0.699。其剖面二級平臺是巖土復(fù)雜邊坡，存在可能的兩種滑動方式，當(dāng)可能沿圓弧滑動時，其安全系數(shù)分別為0.734；0.742；當(dāng)可能沿結(jié)構(gòu)面滑動時，其安全系數(shù)分別為0.818；0.716。該邊坡的等級確定為一級邊坡，且關(guān)于穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)定：一級邊坡采用平面或折線滑動法計算時穩(wěn)定安全系數(shù)K≥1.35；采用圓弧滑動法計算時K≥1.30。因此對東側(cè)邊坡均需進(jìn)行支護(hù)。

3 該邊坡支護(hù)方案

3.1 一級平臺具體支護(hù)措施

3.1.1 11-11剖面一級平臺支護(hù)設(shè)計：土方開挖+清坡整形+樁板式擋墻支護(hù)

維持原設(shè)計地面線（坡底高程463.00m，坡頂最大高程473.80m），從坡腳控制線開始開挖至新的設(shè)計地面線（坡底高程450.00m，坡頂高程462.00m），該邊坡開挖后的穩(wěn)定性計算結(jié)果如圖4所示，達(dá)不到規(guī)范要求，因此，采取樁板擋墻進(jìn)行防護(hù)，先進(jìn)行抗滑樁施工，然后在樁側(cè)挖土，開挖完畢后進(jìn)行安裝預(yù)制擋土板施工。

3.1.2 12-12剖面一級平臺支護(hù)設(shè)計：土方開挖+清坡整形+樁板式擋墻支護(hù)

維持原設(shè)計地面線（坡底高程463.00m，坡頂最大高程472.00m），從坡腳控制線開始開挖至新的設(shè)計地面線（坡底高程440.00m，坡頂高程452.00m），該邊坡開挖后的穩(wěn)定性計算結(jié)果如圖5所示，滿足規(guī)范要求，但為了防止一級平臺后的砂性土層會隨著巖層分界線下滑，故可以在一級平臺處加設(shè)樁板式擋墻進(jìn)行加固。

3.2 二級平臺具體支護(hù)措施

3.2.1 11-11剖面二級平臺支護(hù)設(shè)計：土方開挖+清坡整形+放坡+噴錨支護(hù)

由上述穩(wěn)定性計算結(jié)果可知，該段邊坡若按照原設(shè)計地面紅線進(jìn)行開挖，其仍存在失穩(wěn)的可能性，故需要在之前開挖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開挖，開挖至強風(fēng)化巖層，然后進(jìn)行修坡整形?？紤]將后方居民點搬遷后采用先放坡保證前緣穩(wěn)定性，將覆蓋層清除后坡頂高程達(dá)到487.00m，因此對邊坡進(jìn)行分級放坡開挖，坡比均為1.5：1，放坡形式：從坡腳向上方第一級斜坡高12.5m，長15m，第一級斜坡坡頂為6.5m寬平臺，從平臺向上方第二級斜坡高12.5m，長17m，第二級斜坡坡頂為8m寬平臺。經(jīng)處理后該段巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)計算結(jié)果為1.835（如圖6所示），滿足規(guī)范要求，因此對該段開挖完畢后采用掛網(wǎng)噴錨進(jìn)一步進(jìn)行加固。

3.2.2 12-12剖面二級平臺支護(hù)設(shè)計：土方開挖+放坡 +噴錨支護(hù)+格構(gòu)錨固

由上述穩(wěn)定性計算結(jié)果可知，該段邊坡若按照原設(shè)計地面紅線進(jìn)行開挖，其仍存在失穩(wěn)的可能性，故需要在之前開挖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開挖，開挖至強風(fēng)化巖層，然后進(jìn)行修坡整形?？紤]將后方居民點搬遷后采用先放坡保證前緣穩(wěn)定性，將覆蓋層清除后坡頂高程達(dá)到484.00m，因此對邊坡進(jìn)行分級放坡開挖，坡比1.2：1，放坡形式為：從坡腳向上方第一級斜坡高16m，長21.5m，第一級斜坡坡頂為5.5m寬平臺，從平臺向上方第二級斜坡高13m，長16m，第二級斜坡坡頂為11.5m寬平臺。經(jīng)處理后該巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)計算結(jié)果為0.859（如圖7所示），其不滿足規(guī)范要求的1.35，因此對該段采用掛網(wǎng)噴錨結(jié)合格構(gòu)錨固的支護(hù)方式。

3.3 分項工程設(shè)計

3.3.1 樁板式擋墻工程

①抗滑樁的布設(shè)。

11-11剖面段邊坡：抗滑樁間距為3m，共布置抗滑樁9 根，編號Z01-Z09，樁頂高程為462.00m。樁身截面尺寸為1.0m×1.5m，長度18m（懸臂段12m）；

12-12剖面段邊坡：抗滑樁間距為6m，共布置抗滑樁5根，編號Z10-Z14，樁頂高程為452.00m。樁身截面尺寸為1.0m×1.5m，長度18m（懸臂段12m）。

②抗滑樁結(jié)構(gòu)及特征參數(shù)。

抗滑樁材料：樁身采用C30 混凝土，受力筋采用HRB400，樁縱筋合力點到外皮距離為35mm，箍筋采用HRB335，箍筋間距為200mm。

③擋土板結(jié)構(gòu)及特征參數(shù)。

抗滑樁后附以擋土板，擋土板類型有A型和B板兩種，A型板厚0.3m，板寬0.6m，B型板厚0.2m，板寬0.4m。其中B 型擋土板位于上部受力較小，A 型擋土板位于下部受力較大。設(shè)計采用C30 現(xiàn)澆板，受力筋采用HRB400，板縱筋合力點到外皮距離為35mm。

3.3.2 掛網(wǎng)噴錨工程和格構(gòu)錨固工程

①掛網(wǎng)噴錨工程：掛網(wǎng)錨桿采用全長粘結(jié)型水泥砂漿錨桿，桿體材料采用Φ25的HRB335級螺紋鋼，鉆孔直徑130mm，錨桿形式為8m和10m長錨桿交替布置，錨桿全長灌M30水泥砂漿。錨桿間距2m×2m，梅花型布置，坡面上錨桿傾角15°，掛網(wǎng)采用？準(zhǔn)6@200mm鋼筋網(wǎng)，混凝土強度等級為C25，厚12cm。掛網(wǎng)錨噴每15m設(shè)一道伸縮縫，縫寬20mm，縫內(nèi)填以瀝青麻筋。

②格構(gòu)錨固工程：坡面上設(shè)間距2m×2m的格構(gòu)梁，格構(gòu)梁截面200mm×200mm，格構(gòu)梁砼C25，其下方采用C15混凝土作墊層，格構(gòu)縱筋采用HRB335級鋼筋，箍筋采用HPB235，格構(gòu)每15m設(shè)置一道伸縮縫，縫寬20mm。于格構(gòu)梁交點處設(shè)錨桿，該處錨桿采用直徑25mm，HRB335級鋼筋，錨桿有20m和18m兩類，采用交替布置的形式，錨桿采用M30水泥砂漿灌注，錨固體直徑100mm，分別布置在高程為472.00m，474.00m，476.00m，478.00m，480m以及484.00處，錨桿水平傾角15°，錨入預(yù)測破裂面且進(jìn)入中風(fēng)化基巖不小于4.0m（砂巖段）及5.0m（泥巖段），格構(gòu)間進(jìn)行綠化植草。

3.4 計算結(jié)果

3.4.1 理正軟件分析

①采用理正巖土軟件對剖面11-11一級平臺樁板式擋墻設(shè)計計算：

計算簡圖如圖8。

采用上述分項工程設(shè)計中的墻身尺寸及物理參數(shù)對樁板擋墻進(jìn)行驗算，主要是樁身內(nèi)力計算、樁身配筋計算以及擋土板內(nèi)力計算。分兩種情況對其進(jìn)行驗算。

第一種情況是滑坡推力作用情況，這種情況下樁身內(nèi)力計算采用m法，算得樁身背側(cè)最大彎矩為4292.482（kN·m），距離樁頂13.875m處。最大剪力1689.488（kN），距離樁頂 17.625m，且樁頂位移為100mm 。根據(jù)內(nèi)力計算可確定配筋面積，具體配筋面積情況見計算書。1號板板厚300mm，板下緣距頂距離為4.8m處受到最大土壓力16.500（kPa），單塊板彎矩為11.137（kN·m），故單塊板配縱筋面積為360mm2；2號板板厚400mm，板下緣距頂距離為12m處受到最大土壓力16.500（kPa），單塊板彎矩為14.85（kN·m），故單塊板配縱筋面積為640mm2。

第二種情況是庫侖土壓力情況，計算高度為12m處的庫倫主動土壓力，破裂角為30.254°，主動土壓力為359.733kN，水平分力為108.174kN，豎向分力為108.174kN，作用點高度為4m。樁身內(nèi)力計算仍采用m法，算得樁身背側(cè)最大彎矩為6613.281（kN·m），距離樁頂14.250m，最大剪力為2731.236kN，距離樁頂17.625m，樁頂位移為159mm。依據(jù)樁身內(nèi)力計算對其進(jìn)行配筋，詳細(xì)配筋面積情況見計算書。1號板板厚300mm，板下緣距頂距離為4.8m處受到最大土壓力27.447（kPa），單塊板彎矩為18.527（kN·m），故單塊板配縱筋面積為360mm2；2號板板厚400mm，板下緣距頂距離為12m處受到最大土壓力68.614（kPa），單塊板彎矩為61.753（kN·m），故單塊板配縱筋面積為640mm2。

經(jīng)理正巖土軟件驗算，用該樁板擋墻支護(hù)后可以達(dá)到規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35。

②采用理正巖土軟件對剖面12-12二級平臺進(jìn)行錨桿設(shè)計計算：

計算簡圖如圖9。

采用上述分項工程中設(shè)計的錨桿參數(shù)對該邊坡進(jìn)行錨桿支護(hù)設(shè)計，已知滑動面的圓心為（41.094，31.172），半徑為31.172m，產(chǎn)生的下滑力為785.489（kN），土體產(chǎn)生的抗滑力為685.711（kN），根據(jù)剩余下滑力=下滑力×FS-抗滑力，算得剩余下滑力為374.699（kN）。設(shè)計錨桿總數(shù)為6排，間距為2m，錨桿長度為20m和18m間隔布置，分別設(shè)置在高程為474.00m，476.00m，478.00m，480.00m，482.00m，484.00m。這樣設(shè)計后筋帶在滑弧切向產(chǎn)生的抗滑力為861.219（kN），足以抵擋剩余下滑力。

經(jīng)錨桿設(shè)計后的安全系數(shù)提高到了1.597，滿足了規(guī)范要求的安全系數(shù)1.35。

3.4.2 結(jié)果分析

通過上述分析和計算，可以發(fā)現(xiàn)11-11剖面的一級平臺經(jīng)再次開挖后依舊達(dá)不到規(guī)范要求，需要進(jìn)一步的進(jìn)行樁板式擋土墻支護(hù)才可達(dá)到安全系數(shù)1.350。12-12剖面的一級平臺經(jīng)開挖后可以滿足規(guī)范的要求，故可以直接采用樁板式擋墻進(jìn)一步加固即可。12-12剖面的二級平臺經(jīng)再次開挖后也達(dá)不到規(guī)范要求，故需進(jìn)一步進(jìn)行錨桿設(shè)計支護(hù)才能滿足要求。11-11剖面的二級平臺在開挖之后可以滿足規(guī)范要求，故直接采用噴錨支護(hù)即可。

各剖面支護(hù)后的穩(wěn)定性分析結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

①閱讀了大量相關(guān)文獻(xiàn)資料，并結(jié)合該批發(fā)城東側(cè)邊坡的地質(zhì)勘察報告，對邊坡的穩(wěn)定性和綜合治理技術(shù)進(jìn)行了深入的研究探討。

②通過對相應(yīng)剖面的穩(wěn)定性分析，掌握了理正巖土軟件在邊坡穩(wěn)定性分析中的使用方法以及分析過程。

③在綜合分析邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，明確了該邊坡的主要破壞方式有圓弧滑動和滑移兩種方式，并針對這樣的破壞機(jī)理及實際工程地質(zhì)條件制定出了板樁擋墻和格構(gòu)錨桿加固的混合處理方案。

4.2 建議

①本文主要采用了極限平衡法來進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，介于所取計算區(qū)域的局限性及邊坡巖體材質(zhì)的單一性，未充分考慮邊坡中軟弱結(jié)構(gòu)面、節(jié)理、斷層對邊坡體穩(wěn)定性的影響，因此其穩(wěn)定性分析結(jié)果具有局限性。為使計算出來的各種結(jié)果能最大限度地發(fā)揮作用，為邊坡治理方案和設(shè)計參數(shù)提供依據(jù)，因此有必要針對邊坡工程特點更深入探討能夠普及應(yīng)用的智能型分析方法和計算模型。

②在對邊坡進(jìn)行支護(hù)的過程中，由于僅僅是查閱了相關(guān)資料，但并未有任何實際經(jīng)驗，所以對支護(hù)方案的一些細(xì)節(jié)尚有未完善之處。尤其是對邊坡治理的細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計存有不足。因此有必要通過查相應(yīng)規(guī)范和對已有邊坡支護(hù)的案例分析對該邊坡的支護(hù)進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化和分析。

③關(guān)于對本邊坡的支護(hù)措施中最大的不足就是涉及到大面積的開挖和居民搬遷的問題，由于對造價這塊沒有太多的認(rèn)識，可能存在資源浪費的現(xiàn)象，后期可以對本方案進(jìn)行改良，盡可能做到安全、適用、美觀且經(jīng)濟(jì)。

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