坡率法在邊坡中的應(yīng)用

申 震，王成保

(1.貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院;2.中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院)

1 引 言

在邊坡工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常根據(jù)邊坡所處的不同環(huán)境選折不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)。常用的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式有擋土墻、抗滑樁、錨桿(索)、坡面噴漿、坡率法以及上述簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用的錨索+抗滑樁、錨桿+噴射混凝土、錨桿+坡率法等形式。擋土墻由于其體積大、造價(jià)高、穩(wěn)定性差、對(duì)地基承載力要求高等因素在使用上受到一定的限制，通常用在高度比較低、不重要工程、非地震區(qū)。錨桿+噴射混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)主要用于邊坡高度不高、坡比略緩、開(kāi)挖后自身穩(wěn)定性滿足要求的風(fēng)化巖石邊坡。格構(gòu)錨索支護(hù)結(jié)構(gòu)主要用于高陡挖方邊坡和直立邊坡。坡率法是通過(guò)控制邊坡的高度和坡度之間的關(guān)系而使邊坡不需要整體加固就能達(dá)到自身穩(wěn)定的一種處理方法。其原理是使邊坡對(duì)所有可能的潛在滑動(dòng)面的下滑力和阻滑力處于安全的平衡狀態(tài)。

2 坡率法的穩(wěn)定性分析

2.1 工程概況

貴陽(yáng)某文化園道路邊坡場(chǎng)地位于巖質(zhì)低山緩坡山脊、鞍部，屬溶蝕低中山地貌，地勢(shì)起伏較大，坡面傾向東。邊坡支護(hù)區(qū)原始地面高程1 113.2 ～1 151.0 m，自然條件下場(chǎng)地及其周?chē)鸁o(wú)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害存在，根據(jù)設(shè)計(jì)道路通道開(kāi)挖后，將在道路西側(cè)形成高約15 m 巖質(zhì)邊坡。

擬建場(chǎng)地下伏基巖為三疊系花溪組(T2h)白云巖，灰、灰白色、局部淺磚紅色，?。泻駥訝?，巖體完整程度較破碎。擬建場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)斷層經(jīng)過(guò)，地層分布連續(xù)，呈單斜狀產(chǎn)出東，對(duì)場(chǎng)地出露巖石進(jìn)行測(cè)量，巖層傾向80°，傾角54°，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV 級(jí)。鉆探結(jié)束后，對(duì)所施工的54 個(gè)鉆孔水位進(jìn)行觀測(cè)(鉆探結(jié)束24 h 后)，場(chǎng)地鉆探孔內(nèi)均為干孔，說(shuō)明鉆探深度范圍內(nèi)無(wú)地下水。

2.2 參數(shù)分析

由鉆孔資料可知此邊坡在進(jìn)行建模運(yùn)用軟件計(jì)算時(shí)不考慮地下水的影響。邊坡傾向150°，邊坡走向60°，屬于切向坡。巖體完整程度較破碎，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330－2013)5.2.3 條規(guī)定，滑裂面采用圓弧滑動(dòng)面。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為IV 級(jí)，巖石重度r=25.0(kN/m3)，內(nèi)摩擦角取φ=15°，粘聚力C=35(kPa)，邊坡工程安全等級(jí)為一級(jí)。

2.3 穩(wěn)定安全系數(shù)影響因素分析

(1)邊坡分級(jí)的影響

在坡率法中，對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的影響因素有很多，主要包括邊坡高度、放坡斜率、放坡級(jí)數(shù)以及每級(jí)之間的馬道寬度。其中邊坡高度是客觀情況不受人為控制，因此，不做過(guò)多的贅述。利用理正巖土分析軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊，計(jì)算安全系數(shù)，滑裂面形狀采用圓弧滑動(dòng)面，自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑裂面。如圖1 所示邊坡示意圖，圖中所示為三種開(kāi)挖情況，土方開(kāi)挖量相同。實(shí)線為設(shè)置一級(jí)邊坡，點(diǎn)劃線為設(shè)置兩級(jí)邊坡，虛線為設(shè)置三級(jí)邊坡。分析不同級(jí)數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的影響，如圖2 所示，當(dāng)設(shè)置一級(jí)邊坡時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)明顯不滿足要求，設(shè)置兩級(jí)邊坡時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)有了明顯的提高，設(shè)置三級(jí)邊坡時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)滿足要求。因此，當(dāng)用坡率法穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)邊坡開(kāi)挖級(jí)數(shù)來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖1 邊坡示意圖

圖2 級(jí)數(shù)對(duì)比圖

(2)馬道寬度的影響

當(dāng)設(shè)置多級(jí)邊坡時(shí)考慮馬道對(duì)穩(wěn)定安全系數(shù)的影響，如圖3 所示，在馬道寬度一定時(shí)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)隨坡率的加大而增大，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330－2013)可知本邊坡要求的最小安全系數(shù)是1.35，結(jié)合圖1 當(dāng)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求時(shí)可通過(guò)增大放坡斜率來(lái)實(shí)現(xiàn);另外，馬道寬度對(duì)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的影響是顯著的，本文列舉了三種馬道寬度設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，馬道寬度為2 m時(shí)，放坡坡率為1.343 可滿足要求，馬道寬度為4 m 時(shí)，放坡坡率為1.090 可滿足要求，馬道寬度為6 m 時(shí)，放坡坡率為0.900 可滿足要求。因此可知，對(duì)于比較高的邊坡當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求且放坡條件有限時(shí)可適當(dāng)增加馬道寬度來(lái)滿足要求。

圖3 馬道寬、坡率對(duì)比圖

(3)坡面綠化的影響

坡率法是通過(guò)刷坡使邊坡坡度更緩，易綠化。植被護(hù)坡技術(shù)與傳統(tǒng)的護(hù)坡方法相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。植被護(hù)坡不僅具有美化環(huán)境、恢復(fù)生態(tài)的作用，同時(shí)其加固邊坡的效果也相當(dāng)明顯。但是在不同的邊坡上植被的存活難易程度不同，運(yùn)用植被護(hù)坡時(shí)要根據(jù)邊坡坡面的巖土性質(zhì)，結(jié)合氣候條件等因素選折合理的植被才是關(guān)鍵?？紤]植被對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響時(shí)可以用邊坡滑移面上的穩(wěn)定性系數(shù)K 表示

式中:c'R為邊坡根系對(duì)土體加強(qiáng)作用下土體的有效粘聚力增量，kN/m2;θ 為植物根系與滑裂面的夾角，°;W 為植被重量荷載，kN/m2;T 為滑裂面上根的抗拉力，kN/m;D 為平行于邊坡的風(fēng)荷載，kN/m。

植被護(hù)坡主要是增大了土體的粘聚力和根系的抗拉作用，考慮此因素由公式可知K 值明顯增大。

3 結(jié) 論

邊坡支護(hù)的形式很多，每種形式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件、施工環(huán)境等因素選折合適的方法是關(guān)鍵。當(dāng)有放坡條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用坡率法。另外，對(duì)于一些環(huán)境要求高，比如本項(xiàng)目文化園道路邊坡采用坡率法，同時(shí)應(yīng)用主動(dòng)柔性防滑網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。放坡坡率、放坡級(jí)數(shù)、植被選用都對(duì)邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)有影響?？茖W(xué)、合理的進(jìn)行選折才能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的價(jià)值。

［1］戚國(guó)慶，胡利文.植被護(hù)坡機(jī)制及應(yīng)用研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，(11):2220－2225.

［2］楊秀麗.人工邊坡的植被護(hù)坡技術(shù)和景觀設(shè)計(jì)方法［D］.重慶大學(xué)，2005.

［3］劉懷星.植被護(hù)坡加固機(jī)理試驗(yàn)研究［D］.湖南大學(xué)，2006.

［4］王智方.坡率法在高速公路路塹高邊坡設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.路基工程，2005，(4):61－63.

［5］劉磊.公路路塹高邊坡坡率優(yōu)化設(shè)計(jì)探討［J］.河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，(6):653－657.