某產(chǎn)業(yè)園邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)

趙得程 夏浪 張望

摘要：本論文從工程地質(zhì)和土力學(xué)基本理論和相關(guān)規(guī)范出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)本段高邊坡工程地質(zhì)條件、穩(wěn)定性進(jìn)行分析，提出設(shè)計(jì)方案，從而保護(hù)高邊坡的穩(wěn)定性，保護(hù)坡腳建筑物和居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，改善生態(tài)環(huán)境，減少水土流失，美化城市景觀。

Abstract： Based on the basic theory of engineering geology and soil mechanics and related specifications， and combined with engineering examples， this paper analyzes the engineering geological conditions and stability of this section of high slope， and puts forward the design scheme， so as to protect the stability of high slope and the safety of slope foot buildings and residents' life and property， improve the ecological environment， reduce soil erosion and beautify the urban landscape.

關(guān)鍵詞：邊坡;工程地質(zhì);穩(wěn)定性

Key words： slope;engineering geology;stability

中圖分類(lèi)號(hào)：U418.5+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）36-0190-03

0? 引言

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)正處于高速建設(shè)時(shí)期，對(duì)于中大型城市、山區(qū)來(lái)講，可用的建設(shè)用地越來(lái)越少，大量的城市建設(shè)延伸到山地，開(kāi)挖山體形成大量不穩(wěn)定邊坡，危及人們的生產(chǎn)、生活安全。邊坡防護(hù)有多種方式，如何科學(xué)的設(shè)計(jì)出合理的、安全的支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性是邊坡設(shè)計(jì)重要內(nèi)容。

本文就某產(chǎn)業(yè)園邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)為例，對(duì)其工程地質(zhì)條件、穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而提出支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

1? 工程地質(zhì)條件

1.1 場(chǎng)地地形、地貌

本場(chǎng)地原始地貌屬低山丘陵地貌，地形起伏較大，原始地表坡度15°～45°，一般15°～25°。一期工程邊坡形成后，長(zhǎng)度約722m，主要分為7坡段：

1-1'剖面（AB段）109m，2-2'剖面（BE段）162m，3-3'剖面（EH段）73m，4-4'剖面（BT段+UV）66+60m=126m，5-5'剖面（HI段）81m，6-6'剖面（IP段）171m，7-7'剖面（PR段）58m，RS段54m參照AB段1-1'剖面支護(hù)，整個(gè)支護(hù)設(shè)計(jì)中除廠區(qū)周邊開(kāi)挖形成邊坡外，還包含了廠區(qū)兩級(jí)平臺(tái)之間回填邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)工作，即包括了BT段+UV段回填邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)，支護(hù)邊坡總計(jì)848m。

1.2 場(chǎng)地巖土的構(gòu)成與特征

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖剖面表明，本場(chǎng)地地層構(gòu)造簡(jiǎn)單，據(jù)其成因、物質(zhì)組成、物理力學(xué)性質(zhì)及工程特性不同，自上而下可劃分為2個(gè)巖土層。第1層耕植—?dú)埛e土（Qel+ml）;第2層泥質(zhì)粉砂巖（K1wl）?，F(xiàn)分述如下：

①粉質(zhì)粘土（Qel+dl）：普遍分布。根據(jù)勘探揭露，一般厚0.5～1.8m，局部谷底較厚達(dá)5～6m，為表層風(fēng)化殘積土，粉質(zhì)粘土成分，含植物根系。黃褐色，稍濕～干燥，呈可塑粘性土狀。

②泥質(zhì)粉砂巖（K1wl）：主要為淺紅褐色泥鈣質(zhì)膠結(jié)粉砂巖，局部為灰白色鈣質(zhì)膠結(jié)細(xì)砂巖，夾紅褐色泥質(zhì)粉砂巖夾層。巖石具層理構(gòu)造，碎屑結(jié)構(gòu)，主要礦物成份為石英、長(zhǎng)石和白云母等。巖層厚度10～100cm，一般20～60cm，層狀結(jié)構(gòu)，傾向120°、傾角4～5°。巖層較完整，裂隙少，挖掘困難，錘擊易碎，巖體較完整，為軟巖。

2? 邊坡工程巖土工程分析與評(píng)價(jià)

2.1 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡巖體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)。坡面表層的裂隙，主要受挖山爆破因素控制。坡面風(fēng)化、高邊坡應(yīng)力集中因素，也對(duì)坡面裂隙有加劇影響。巖層中的泥質(zhì)成分為相對(duì)軟弱層，相對(duì)容易風(fēng)化。風(fēng)化裂隙與節(jié)理裂隙、巖層層面，共同作用切劃巖體，使局部產(chǎn)生跨塌或巖石崩落，成為邊坡不穩(wěn)定的主要因素。地區(qū)經(jīng)驗(yàn)表明，此類(lèi)邊坡在自然狀況下能夠穩(wěn)定，但是巖面風(fēng)化嚴(yán)重，隨著時(shí)間推移，表層巖石的風(fēng)化強(qiáng)烈，陸續(xù)出現(xiàn)三種破壞：①表層殘積土滑落;②巖石掉塊;③局部崩落。經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，本邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 邊坡處理措施與邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)邊坡規(guī)范之規(guī)定，本邊坡推薦之坡率容許值為1：0.35～0.50，本邊坡實(shí)際的坡率較小，不滿足規(guī)范之坡率法自穩(wěn)條件。

根據(jù)宜昌市本地經(jīng)驗(yàn)及該邊坡的地質(zhì)特征，本巖石邊坡采用傳統(tǒng)的錨噴支護(hù)。當(dāng)穩(wěn)定性計(jì)算足夠時(shí)，即可采用構(gòu)造錨桿加以坡面維護(hù);當(dāng)穩(wěn)定性計(jì)算不夠時(shí)，即應(yīng)精密計(jì)算錨桿和坡面受力。

故建議巖石部分的邊坡，應(yīng)清除坡面破碎區(qū)的巖塊，清除之后的完整邊坡，可采用錨桿坡面維護(hù)。當(dāng)無(wú)法清除破碎區(qū)的巖塊時(shí)，考慮破碎區(qū)的錨桿受力。

坡頂之耕植-殘積土，在雨水和外力震動(dòng)（如錨桿震動(dòng)施工）作用下，易于垮塌滑移。建議邊坡處理應(yīng)注意自上而下進(jìn)行，先應(yīng)做好表層土的穩(wěn)定。建議采用毛石墻支擋、局部挖除、土釘墻等措施。

做好支護(hù)結(jié)構(gòu)及場(chǎng)地的排水措施;做好坡頂?shù)木G化覆蓋措施。

根據(jù)宜昌市城區(qū)的經(jīng)驗(yàn)以及巖土工程勘察試驗(yàn)成果，綜合確定邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

錨桿設(shè)計(jì)時(shí)，按下表3參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算中選取了6個(gè)典型的地質(zhì)剖面1-1'、2-2'、3-3'、6-6'、7-7'作為計(jì)算分析剖面進(jìn)行計(jì)算。先用巖質(zhì)邊坡赤平投影計(jì)算模塊判定了巖體穩(wěn)定性，再用簡(jiǎn)單的平面滑動(dòng)法計(jì)算了該巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。其中地質(zhì)剖面1-1'、3-3'、7-7'等3個(gè)剖面的穩(wěn)定類(lèi)型為較穩(wěn)定的，穩(wěn)定性計(jì)算安全系數(shù)K值在1.35至1.74;地質(zhì)剖面2-2'、6-6'兩個(gè)剖面的穩(wěn)定類(lèi)型為穩(wěn)定的，計(jì)算安全系數(shù)K均大于2.0。本邊坡整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)計(jì)算書(shū)。

設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)坡體表面破碎巖體的清除以及對(duì)巖體風(fēng)化剝落的支護(hù)治理。據(jù)勘察資料，本邊坡主要為巖質(zhì)邊坡，人工開(kāi)挖過(guò)程中的次生裂隙是造成巖體破壞的主要因素，邊坡巖體松動(dòng)圈厚度一般1-1.5m，因此，建議掛網(wǎng)錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度大于2m。

3? 治理工程設(shè)計(jì)

3.1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

3.1.1 巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，本邊坡的破壞模式有三種類(lèi)型：①表層殘積土滑落;②巖石掉塊;③局部崩落。

本邊坡坡頂表層為風(fēng)化殘積土厚度僅0.5～1.8m，表層殘積土滑落這一問(wèn)題在設(shè)計(jì)中可通過(guò)削坡使其穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到規(guī)范要求。巖石掉塊和局部崩落主要發(fā)生在本邊坡的泥質(zhì)粉砂巖層中，主要為巖質(zhì)邊坡。邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用理正巖土計(jì)算軟件中的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析軟件。計(jì)算中選取了5個(gè)典型的地質(zhì)剖面1-1'、2-2'、3-3'、6-6'、7-7'作為計(jì)算分析剖面進(jìn)行計(jì)算。先用巖質(zhì)邊坡赤平投影計(jì)算模塊判定了巖體穩(wěn)定性，再用簡(jiǎn)單的平面滑動(dòng)法計(jì)算了該巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。經(jīng)巖質(zhì)邊坡赤平投影計(jì)算模塊判定，地質(zhì)剖面1-1'、3-3'、7-7'等3個(gè)剖面的穩(wěn)定類(lèi)型為較穩(wěn)定的，穩(wěn)定性計(jì)算安全系數(shù)K值在1.35至1.74;地質(zhì)剖面2-2'、6-6'兩個(gè)剖面的穩(wěn)定類(lèi)型為穩(wěn)定的，計(jì)算安全系數(shù)K均大于2.0。經(jīng)簡(jiǎn)單平面滑動(dòng)法計(jì)算分析，本邊坡整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)坡體表面破碎巖體的清除以及對(duì)巖體風(fēng)化剝落的支護(hù)治理。

3.1.2 土工格柵回填邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)證

承載力極限狀態(tài)下加筋土結(jié)構(gòu)的復(fù)合失穩(wěn)模式如下：

①筋材斷裂;②沿筋材之間土層滑移;③沿筋材表面滑移。

運(yùn)用剛體極限平衡理論中簡(jiǎn)化Bishop方法對(duì)土工格柵墻進(jìn)行內(nèi)部整體穩(wěn)定性分析：

穩(wěn)定性的系數(shù)決定于每層格柵在潛在滑移面處的拉力，取其長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和錨固段抗拔力的小值進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。RS50HDPE型土工格柵的蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果為：外推100年以上，變形在10%時(shí)，此格柵的蠕變強(qiáng)度（Tc）為極限抗拉強(qiáng)（Tult）的40.02%。實(shí)測(cè)Tult=52.5kN/m，則Tc=52.5*40.02%=21.1kN/m，以4-4'為計(jì)算剖面，最不利工況選擇50年一遇暴雨，將抗拉強(qiáng)度最小值帶入計(jì)算式，求得穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.89，達(dá)到回填邊坡穩(wěn)定性要求。

3.2 治理工程方案設(shè)計(jì)

3.2.1 防護(hù)方案選擇

本邊坡巖體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)。巖層中的泥質(zhì)成分為相對(duì)軟弱層，相對(duì)容易風(fēng)化。風(fēng)化裂隙與節(jié)理裂隙、巖層層面，共同作用切劃巖體，使局部產(chǎn)生跨塌或巖石崩落，成為邊坡不穩(wěn)定的主要因素。

坡面表層的裂隙，主要受挖山爆破因素控制。坡面風(fēng)化、高邊坡應(yīng)力集中因素，也對(duì)坡面裂隙有加劇影響。坡面受影響區(qū)域（1.0～1.5m范圍），被裂隙分割之巖塊，有掉落之現(xiàn)場(chǎng)痕跡。但由于裂隙并不上下貫通，大規(guī)?；碌目赡苄圆淮蟆?/p>

根據(jù)本巖質(zhì)高邊坡的自身特點(diǎn)，擬采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡的措施進(jìn)行防治。同時(shí)輔以坡面松動(dòng)巖體清除、坡面排水孔、護(hù)腳墻及設(shè)置截、排水溝的綜合防護(hù)措施。

3.2.2 防護(hù)方案布置

本場(chǎng)區(qū)邊坡共分為2種類(lèi)型，即場(chǎng)區(qū)周邊開(kāi)挖邊坡（AS段）和場(chǎng)區(qū)公寓平臺(tái)人工回填邊坡（BT、UV兩段），防護(hù)方案布置如下：

開(kāi)挖邊坡全坡段進(jìn)行坡面清理，清除已松動(dòng)、破碎的巖體。對(duì)清坡后的坡面采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)。整個(gè)護(hù)坡區(qū)域設(shè)置排水孔;沿邊坡邊界布置周邊截水溝，坡腳設(shè)排水溝及花壇，種植常青類(lèi)爬墻植物爬山虎或油麻藤等進(jìn)行綠化，坡頂坳谷處設(shè)縱向截水溝與坡腳排水溝相連。其中IR段為階梯狀邊坡，每級(jí)內(nèi)側(cè)坡腳分別設(shè)置護(hù)腳墻、排水;p溝，外側(cè)設(shè)護(hù)欄，將建成場(chǎng)區(qū)景觀區(qū)，防護(hù)欄采用石材景觀護(hù)欄。全坡段坡頂邊界處設(shè)2.0m高防護(hù)欄桿，防止人畜翻越，發(fā)生安全事故。

回填邊坡在施工過(guò)程中采用土工格柵加筋土擋墻，坡比控制在1：0.3，坡腳設(shè)置護(hù)腳墻+花壇+排水溝，坡頂設(shè)置安全護(hù)欄。

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