某熱電聯(lián)產(chǎn)項目開挖邊坡穩(wěn)定性評價設計

董鵬，陳文富，唐錫彬（貴州電力設計研究院，貴陽550002）

某熱電聯(lián)產(chǎn)項目開挖邊坡穩(wěn)定性評價設計

董鵬，陳文富，唐錫彬
（貴州電力設計研究院，貴陽550002）

以某熱電聯(lián)產(chǎn)項目的開挖邊坡為例，根據(jù)現(xiàn)場地形、地貌調(diào)研、室內(nèi)測試、數(shù)理統(tǒng)計、地質(zhì)分析與判斷等，采取錨索格構(gòu)梁和坡面排水措施，利用理正巖土軟件計算下滑力，并以此為基礎進行錨索格構(gòu)梁設計計算。實施后，邊坡穩(wěn)定，可為同類工程設計提供一定參考。

邊坡;穩(wěn)定性分析;錨索格構(gòu)梁

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.057

1 引言

邊坡工程是地質(zhì)工程中的重要研究領(lǐng)域。邊坡是地表天然地質(zhì)和工程地質(zhì)的作用范圍內(nèi)，具有露天側(cè)向臨空面的地質(zhì)體，是廣泛分布于地表的一種地貌形態(tài)，包括自然邊坡和人工邊坡。人工開挖邊坡，是因工程建設的需要而開展的。邊坡作為工程建（構(gòu)）筑物的一部分，破壞了自然邊坡的平衡狀態(tài)，設計不當將帶來邊坡變形與失穩(wěn)，形成邊坡地質(zhì)災害。因此，在工程建設時，對開挖邊坡需分析設計其合理坡度和坡高。[1]

邊坡穩(wěn)定性分析一直是邊坡工程研究領(lǐng)域的核心問題。1994年，晏同珍提出“易滑地層”概念，并指出“易滑地層”由于其礦物組成多屬片狀黏土，這類黏土礦物遇水時，其黏聚力和內(nèi)摩擦角就會減少，其抗剪強度大大降低，致使其易于滑動。錨索格構(gòu)梁作為一種有效實用的邊坡加固措施已廣泛應用于工程邊坡治理。錨索格構(gòu)梁是預應力錨索與鋼筋混凝土格構(gòu)梁的復合結(jié)構(gòu)，采用格構(gòu)梁護坡，在格構(gòu)梁的交叉點處設置錨索，錨索是將拉力傳遞到穩(wěn)定的巖層或土體的錨固體系，可以主動地加固巖土體，有效地控制其變形，防止坍塌的發(fā)生。格構(gòu)梁起到傳力作用，現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)梁與坡面的接觸面積大，可減小坡面反力，同時它的整體剛度大,使坡面的受力較為均勻。2004年，唐輝明等進行了滑坡治理工程中鋼筋混凝土格構(gòu)梁設計理論研究；2009年，朱大鵬等進行了格構(gòu)梁與邊坡巖體相互作用機制及現(xiàn)場試驗研究；2015年，韓冬冬等進行了預應力格構(gòu)錨固體系格構(gòu)梁內(nèi)力分布規(guī)律模型試驗研究。本文以某熱電聯(lián)產(chǎn)項目的開挖邊坡為例，根據(jù)現(xiàn)場地形、地貌調(diào)研、室內(nèi)測試、數(shù)理統(tǒng)計、地質(zhì)分析與判斷等，采取錨索格構(gòu)梁和坡面排水措施，利用理正巖土軟件計算下滑力，并以此為基礎進行錨索格構(gòu)梁設計計算，實施后，邊坡穩(wěn)定，取得了良好的效果[2-6]。

2 工程概況

2.1 地形地貌

挖方邊坡地處黔北大婁山南麓余脈河谷之中（見圖1），整體屬構(gòu)造剝蝕、侵蝕中山地貌。原始地貌為一大體向東南、東的單面斜向坡，部分地段呈梯坎狀，坎高1～3.5m，平地寬1～5m，地面高程856～890m，坡度20～40°。

圖1 邊坡所在位置照片

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域整體位于斷山背斜核部-東翼，斷山背斜近南北走向，核部為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群中厚層狀灰?guī)r、白云巖，兩翼地層為奧陶系下統(tǒng)桐梓組和紅花園組白云巖、灰?guī)r、泥巖和湄潭組泥巖等組成。邊坡受構(gòu)造影響較小，巖層傾向和傾角變化較小，基本為單斜構(gòu)造，整體呈順向斜坡，巖層傾向80～105°、傾角28～45°。

邊坡巖體內(nèi)裂隙主要發(fā)育有如下4組：

L1：315～330°∠65～80°，主裂隙密度2～9條/m，間距15～40cm，裂隙寬10cm～閉合，表層為泥質(zhì)充填，深部鈣質(zhì)（方解石）膠結(jié)，結(jié)合差～一般；次裂隙密度30條/m，裂隙閉合，鈣質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合一般。

L2：250～285°∠50～80°，裂隙密度5～35條/m，間距2～20cm，縫寬2mm～閉合，鈣質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合一般。

L3：180～205°∠60～80°，裂隙密度4～30條/m，間距0.02～1m，縫寬2mm～閉合，鈣質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合一般。

L4：115～130°∠70～75°，裂隙密度4～20條/m，間距1～40cm，縫閉合，鈣質(zhì)膠結(jié)，結(jié)合一般。

2.3 工程地質(zhì)概況

根據(jù)鉆探資料，工程地質(zhì)概況如下：

①層：黏土，黃褐色，可塑，殘坡積（Q4el+dl）成因，夾少量風化石（泥巖、灰?guī)r、白云巖），孔隙比較大、含水率較高、壓縮性中等～高，厚0.5～6m，平均厚度4m。

②灰?guī)r：為桐梓組和紅花園組（O1t+h）生物碎屑灰?guī)r，灰～深灰色，中厚層狀，中～微風化，粗晶結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，錘擊聲清脆，震手，有回彈，難擊碎，為堅硬巖；表層強烈溶蝕風化帶厚約3～8m，在地表形成上寬下窄的溶縫、溶溝、溶槽，其寬度數(shù)厘米至2～3m不等，且多有黏土、碎石土充填，溶蝕風化結(jié)構(gòu)面之間，巖石斷口呈貝殼狀，保持新鮮巖石光澤；其下為裂隙性溶蝕風化帶，厚5～15m，裂隙面膠結(jié)物風化蝕變明顯，部分充泥，溶蝕風化張開寬度10mm～閉合，巖石斷口呈貝殼狀，保持新鮮巖石光澤。巖芯呈碎塊狀、短柱狀、柱狀。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，結(jié)合一般，巖體基本質(zhì)量等級為III級。

2.4 氣象水文條件

邊坡地處貴州省高原北部，屬中亞熱帶，春夏半濕潤型氣候。年平均氣溫15.1℃，年降水量1133.8mm，年平均相對濕度81%，年平均風速1.2m/s。

邊坡地表呈階梯、斜坡狀，利于排水，地表溝槽發(fā)育。當大氣降水后，地表水絕大部分沿地表形成地表徑流排出，或順地表排水溝槽排出邊坡。

2.4.1 地表水

挖方邊坡處地表水主要為雨季降水，除部分雨水下滲進入巖土體外，其余雨水依地勢向坡體下側(cè)徑流進入后水河。

2.4.2 地下水

據(jù)地質(zhì)調(diào)查、測繪，按照賦存條件將挖方邊坡處地下水分為第四系松散層中的孔隙水、基巖（風化、構(gòu)造）裂隙水及巖溶管道水。

孔隙水受大氣降水補給，分布于第四系覆蓋層中，無出露，對邊坡治理影響較小。

風化裂隙水徑流于表層基巖風化裂隙內(nèi)，受大氣降水及表層孔隙水補給，邊坡上無出露。

構(gòu)造裂隙水徑流于巖石構(gòu)造裂隙之中，補給源較寬，補給類型較復雜，往往于透水巖層與阻水巖層接觸帶被剝蝕而以接觸下降泉、浸潤流的形式或沿構(gòu)造裂隙通道出露于地表，或以浸潤流或小股流的形式下滲補給巖溶水，對施工有一些影響。

巖溶管道水主要見于可溶性碳酸鹽類的生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r中，即桐梓組和紅花園組巖層中。徑流于巖溶裂隙或規(guī)模不大的溶洞之中，以巖溶裂隙泉或巖溶泉的形式出露于表，常年有水，四季不枯，流量較穩(wěn)定。巖溶水接受巖石裂隙水和臨區(qū)巖溶水補給，補給面積和流量大，徑流條件復雜，對邊坡施工和后期維護產(chǎn)生不良影響，需做引排處理。

3 邊坡穩(wěn)定分析

3.1 赤平投影分析

中風化巖體組成的邊坡，其穩(wěn)定性受結(jié)構(gòu)面的組合所控制，由于這些結(jié)構(gòu)面切割巖體，導致巖體完整性差，巖體的強度降低，降雨及地下水易于沿結(jié)構(gòu)面深入坡體，特別是當巖體內(nèi)有軟弱夾層或者結(jié)構(gòu)面內(nèi)有泥質(zhì)充填物時，在水的作用下，軟弱夾層或結(jié)構(gòu)層內(nèi)充填物的抗剪強度迅速降低，非常不利于邊坡穩(wěn)定。

本挖方邊坡坡體為灰?guī)r，巖層面產(chǎn)狀82～85°∠31～35°，邊坡傾向90°，巖層面傾向與邊坡傾向交角為5～8°，為順向坡，赤平投影如圖2。

圖2 邊坡赤平投影圖

赤平投影分析，結(jié)構(gòu)面與邊坡的走向、傾向均相同，但其傾角小于坡角，結(jié)構(gòu)面的投影弧位于邊坡的投影弧之外，屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。斜坡整體不穩(wěn)定，坡體穩(wěn)定性受控于巖層面。

3.2 巖土力學參數(shù)

計算分析采用的巖土力學參數(shù)是根據(jù)室內(nèi)試驗和現(xiàn)場情況綜合確定，見表1。

表1 邊坡支護設計技術(shù)參數(shù)取值

本邊坡穩(wěn)定分析計算簡圖如圖3所示，采用北京理正巖土工程分析軟件6.0版按平面滑動法進行計算，總下滑力1841.7kN，總抗滑力1789.4kN，安全系數(shù)0.972，小于建筑邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.35，應進行支護處理。

圖3 邊坡下滑力計算簡圖（單位：m）

4 錨索格構(gòu)梁支護設計

4.1 錨索設計

預應力錨索布置于地梁節(jié)點處，鉆射傾角20°，鉆孔直徑150mm，桿體采用7根s15.2mm的1860級鋼絞線，錨索全長灌M30水泥砂漿,錨索間距2.5m×2.5m，傾角α=20°，其具體設計參數(shù)見表2，示意圖見圖4。

表2 錨索設計參數(shù)表

圖4 錨索設計示意圖

4.2 格構(gòu)梁

5 結(jié)語

錨索格構(gòu)梁邊坡支護方案是工程中常用且有效的措施，本文在對其穩(wěn)定性分析的基礎上，采用支護設計，有效地提高了邊坡的抗滑能力，保證了邊坡的安全和穩(wěn)定，可為同類工程設計提供一定參考[7]。

【1】索麗生，劉寧.水工設計手冊（第2版）第10卷邊坡工程與地質(zhì)災害防治[K].北京：中國水利水電出版社，2013.

【2】晏同珍.水文工程地質(zhì)與環(huán)境保護[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1994.

【3】GB50279—2014巖土工程基本術(shù)語標準[S].

【4】唐輝明，許英姿，程新生.滑坡治理工程中鋼筋混凝土格構(gòu)梁設計理論研究[J].巖土力學，2004，25（11）:1683-1687.

【5】韓冬冬，門玉明，劉璐.預應力格構(gòu)錨固體系格構(gòu)梁內(nèi)力分布規(guī)律模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2015，34（8）:1619-1627.

【6】朱大鵬，晏鄂川，宋琨.格構(gòu)梁與邊坡巖體相互作用機制及現(xiàn)場試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28（增1）:2947-2953.

【7】朱衛(wèi)東.基于強度折減法的格構(gòu)錨桿邊坡治理方案研究[J].施工技術(shù)，2015，44（9）:115-118.

StabilityAnalysis andTreatmentDesign of ExcavationSlope of ACogeneration

DONGPeng,CHENWen-fu,TANG Xi-bin
(GuizhouElectricPower Design ResearchInstitute,Guiyang550002,China)

Inthispaper, the excavationslopeofa cogenerationproject asan example, accordingto the site topography, investigation,laboratory test and mathematical statistics, geological analysis and judgment, take the anchor lattice beam and slope drainagemeasures, the sliding force calculation using Lizheng geotechnical software, and as a basis for anchor lattice beam design. Afterimplementation, the slide slopedis stable,whichmayserve asa reference for similarprojects.

slope; analysesof stability; anchor cable lattice beam

TU413.6+2

B

1007-9467（2016）12-00187-03

2016-09-08

董鵬（1982～）,男，河南鹿邑人，工程師，從事巖土工程勘察、設計、檢測和地基處理研究。