邊坡穩(wěn)定性分析及支護設(shè)計研究

□張 焱（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

邊坡穩(wěn)定性分析及支護設(shè)計研究

□張 焱（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

選取某水庫左岸邊坡為對象，結(jié)合有關(guān)的巖土工程勘察報告，分別利用赤平投影法、極限平衡法對其穩(wěn)定性進行了分析，兩者分析結(jié)果均表明該邊坡屬不穩(wěn)定邊坡。分別采用樁錨支護、巖石錨噴及錨桿網(wǎng)格梁三種支護方法進行分析，巖石錨噴支護在工期、投入、成本方面占有優(yōu)勢，但安全性最差；樁錨支護和錨桿網(wǎng)格梁的安全性較高；樁錨支護成本與設(shè)備投入較大。經(jīng)綜合分析論證，采用錨桿網(wǎng)格梁支護方式為該邊坡的最優(yōu)支護方案達(dá)到了相關(guān)要求，并具有最佳經(jīng)濟效益。

邊坡；赤平投影；穩(wěn)定性分析；邊坡支護

0 引言

邊坡工程是一項危險性極高的巖土工程項目，在各種力的作用和自然因素的影響下，極易發(fā)生由邊坡變形失穩(wěn)產(chǎn)生的滑坡、崩塌和泥石流現(xiàn)象，嚴(yán)重危害著人民的生命、財產(chǎn)和生存環(huán)境。因此，判斷邊坡的穩(wěn)定性以及人工邊坡設(shè)計的合理性，對人民的生命財產(chǎn)安全和各類工程設(shè)施的正常運行具有重要影響。

文章選取某水庫左岸巖石邊坡作為研究對象，結(jié)合有關(guān)的巖土工程勘察報告，對該巖石邊坡的穩(wěn)定性進行了分析；利用樁錨支護、巖石錨噴及錨桿網(wǎng)格梁支護方法對其進行綜合分析論證，并選取最優(yōu)設(shè)計方案；最后對邊坡進行設(shè)計計算及支護后的整體穩(wěn)定性驗算。

1 工程概況

該邊坡所處地貌單元屬丘陵地貌，其山體原自然邊坡坡角為12～24°，邊坡所在山體最高標(biāo)高為100.99 m，最低處標(biāo)高為80.11 m。上部（2.00～3.00 m）為土質(zhì)邊坡，下部（3.00～21.00 m）為巖質(zhì)邊坡，邊坡頂部為原始地貌，植被不發(fā)育，工程安全等級為二級。邊坡坡頂?shù)孛婧奢d按20.00 kN/m考慮,該段邊坡長約165 m，邊坡高度17.95 m。設(shè)計邊坡為永久性支護設(shè)計。

2 地層巖性及地下水

2.1 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露，擬建場地內(nèi)按從上至下的順序，現(xiàn)將各地層巖性特征描述如下：①耕植層（Q4pd）:褐黃、褐灰色，主要由粘性土組成，含植物根莖，稍濕，松散狀態(tài)。層厚0.30～1.50 m。②層粘土（Q4dl）：褐黃色，含少量植物根莖，稍濕，硬塑狀態(tài)，其干強度及韌性中等，捻面較光滑，搖振無反應(yīng)。層厚0.20～2.80 m。③層強風(fēng)化板巖（C2h）：褐黃色，大部分礦物成分已風(fēng)化變質(zhì)，節(jié)理裂隙很發(fā)育，局部被褐黃色粘性土充填。巖芯呈塊狀及短柱狀，巖塊用手可折斷，敲擊聲啞，泡水極易軟化，失水易龜裂崩解。巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。揭露厚度0.70～18.60 m。④弱風(fēng)化板巖（C2h）：灰色、灰黑色，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，表面一般有一層黃褐色“薄皮”，致密塊狀，巖芯敲擊聲脆，多呈長柱狀，少量短柱狀，巖塊手折不斷。巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。揭露厚度0.30～16.38 m。

2.2 地下水

根據(jù)勘察的鉆孔資料和地質(zhì)調(diào)查，該段地下水類型為基巖裂隙水。主要受大氣降水或地表水體補給，勘察期間，測得穩(wěn)定水位埋深為22.70～23.70 m，高程42.75～44.67 m。場地內(nèi)各地層均屬弱透水性地層，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，參照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009年版）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)綜合判定：場地環(huán)境類型為Ⅱ類，場地內(nèi)地下水水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。

3 邊坡穩(wěn)定性計算

3.1 邊坡類型及邊坡穩(wěn)定系數(shù)

本設(shè)計支護的邊坡為切方巖質(zhì)邊坡，主要以強風(fēng)化板巖為主，巖體結(jié)構(gòu)類型為散體碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）和經(jīng)驗，該邊坡屬較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009年修改版），該邊坡為新設(shè)計的永久性邊坡，工程重要，故邊坡支護或滑坡治理后的穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)≥1.30，抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)≥1.60。

3.2 邊坡穩(wěn)定性評價

邊坡穩(wěn)定性分析的方法有很多，本邊坡以強風(fēng)化軟巖為主，無明顯滑動面，根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗，采用赤平投影、極限平衡法進行穩(wěn)定性分析較為合理。

3.2.1 赤平投影分析法

設(shè)計開挖邊坡走向5°，傾向NW，傾角76°；根據(jù)勘察可知，環(huán)境邊坡所在場地內(nèi)主要發(fā)育節(jié)理有五組：裂隙L1走向325°，傾向NE，傾角74°；裂隙L2走向5°，傾向NE，傾角77°；裂隙L3走向313°，傾向NE，傾角43°；裂隙L4走向45°，傾向SE，傾角43°；裂隙L5走向15°，傾向NW，傾角50°。邊坡、結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖如圖1所示。

其節(jié)理共同將巖體切割成碎塊狀及塊狀，利用結(jié)構(gòu)面的組合與邊坡的關(guān)系，裂隙L1與裂隙L4兩組結(jié)構(gòu)面的組合交線向坡外傾斜、且傾角小于坡面傾角，巖坡為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；同理裂隙L3與裂隙L4兩組結(jié)構(gòu)面的組合的巖體亦屬不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3.2.2 平面滑動（極限平衡法）

以一定比例繪制邊坡剖面圖，平面滑動的剖面示意圖如圖2所示，經(jīng)勘查AZ為潛在滑動面。其穩(wěn)定計算公式為：

經(jīng)計算得Ks=0.70＜1.30，據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）的規(guī)定，采用平面滑動法計算的二級邊坡其支護后新形成的邊坡體系穩(wěn)定性系數(shù)須達(dá)到1.30以上。定狀態(tài)，為保證邊坡的穩(wěn)定性和擬建構(gòu)筑物正常施工，在使用之前必須采取相應(yīng)的支護措施。

圖1 邊坡、結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖

圖2 平面滑動剖面圖

3.3 邊坡支護方案論證

文章分別采用了巖石錨噴支護、樁錨支護和錨桿網(wǎng)格梁支護三種方案，分別對安全性、工程量估計、施工特點、工期和成本等各方面指標(biāo)進行綜合比較：樁錨支護安全系數(shù)高，工程量大，施工特點是強度大、安全性大，但施工費用高，工期需要120 d，成本高；巖石錨噴安全系數(shù)低，工程量小，施工特點是施工簡單、節(jié)約投資與勞力、安全性低，工期需要55 d，成本較低；錨桿網(wǎng)格梁安全系數(shù)高，工程量一般，施工特點是設(shè)計靈活、外形美觀、可施加預(yù)應(yīng)力，工期需要70 d，成本適中。

巖石錨噴支護在工期、投入、成本方面占有優(yōu)勢，但安全性最差；樁錨支護和錨桿網(wǎng)格梁的安全性較高；樁錨支護成本與設(shè)備投入較大。綜合比較，錨桿網(wǎng)格梁支護方案各方面指標(biāo)占有較大優(yōu)勢，也是現(xiàn)在處理邊坡支護中最常用的方式之一，且具有施工工序簡單、施工機械設(shè)備輕便、外形美觀、安全性好的特點。因此選取錨桿網(wǎng)格梁支護為該邊坡的最優(yōu)支護方案。

4 邊坡支護設(shè)計及穩(wěn)定性驗算

4.1 邊坡支護設(shè)計

基礎(chǔ)梁截面面積為400 mm×500 mm，主筋配筋為812，箍筋配筋為8@100；壓頂梁截面面積為350 mm×450 mm，主筋配筋為810，箍筋配筋為8@100；肋梁截面面積為300 mm×3500 mm，主筋配筋為612，箍筋配筋為8@100；肋柱截面面積為350 mm×400 mm，主筋配筋為812，箍筋配筋為8@100。

圖3 邊坡支護剖面圖

4.2.1 抗滑移穩(wěn)定性驗算

可按下式進行抗滑移穩(wěn)定性驗算：

經(jīng)計算，其抗滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)為Ks=2.54＞1.30，其穩(wěn)定系數(shù)能達(dá)到相關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求。

4.2.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗算

按下式進行抗傾覆穩(wěn)定性驗算：

經(jīng)計算，其抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)為Ks=1.64＞1.60，其穩(wěn)定系數(shù)能達(dá)到相關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求。

上述設(shè)計計算表明，采用錨桿網(wǎng)格梁支護方案對該邊坡進行支護是切實可行的。按照此方案進行合理有序的施工，能使邊坡的穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到相關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求，能保證邊坡的整體穩(wěn)定和施工的正常進行。

5 結(jié)論

通過對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析及計算，認(rèn)為該邊坡在自然狀態(tài)下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在使用之前必須采取相應(yīng)的支護措施。

通過對樁錨支護、巖石錨噴及錨桿網(wǎng)格梁支護方法進行支護設(shè)計綜合分析論證，最終確定錨桿網(wǎng)格梁支護為該邊坡的最優(yōu)支護方案。

通過邊坡支護后穩(wěn)定性分析，驗證了支護后的邊坡穩(wěn)定性，該邊坡在新支護體系后其整體穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到相關(guān)要求并達(dá)到了最大經(jīng)濟效益。

TV697.3；TV223

：A

：1673-8853（2017）02-0056-03

2016-12-7

編輯：左英勇

張焱（1979-），工程師，主要從事工程地質(zhì)與水文地質(zhì)工作。