茶園邊坡支護(hù)中錨桿格構(gòu)梁與臺(tái)階式放坡方案的比較分析

陳勛超 何煒軍

廣東省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊(duì) 廣東 汕頭 515000

在潮汕地區(qū)的丘陵山地中分布著多處茶葉種植區(qū)，由于建房需要，人為開挖形成高陡邊坡，這些邊坡具備著坡高、坡陡、坡腳毗鄰房屋、坡頂種植茶葉的特點(diǎn)，導(dǎo)致邊坡支護(hù)時(shí)施工空間狹窄，對施工形成了阻礙。同時(shí)，山區(qū)邊坡路途遙遠(yuǎn)，村路狹窄，房屋密集，大型施工設(shè)備難以進(jìn)入，這些問題需要在方案設(shè)計(jì)時(shí)做好充足的考慮。本文對潮州市鳳凰鎮(zhèn)南溪村的茶園邊坡進(jìn)行簡化得到基本模型，通過對邊坡支護(hù)中常用的錨桿格構(gòu)梁[1]以及臺(tái)階式放坡[2]兩種方案在茶園邊坡這種特殊環(huán)境下從邊坡穩(wěn)定性、施工可行性、工程量、造價(jià)以及人文經(jīng)濟(jì)各方面進(jìn)行比較分析，評價(jià)這兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對不同情況下選取方案提出建議，結(jié)果對進(jìn)行茶園邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)提供參考意義。

1 基本模型

本文通過對潮州市鳳凰鎮(zhèn)南溪村的茶園邊坡進(jìn)行簡化得到基本模型。該茶園邊坡為人工開挖形成的高陡土質(zhì)邊坡，曾發(fā)生小型崩塌，崩塌后村民對崩塌堆積體以及坡面松散土體進(jìn)行清理，從而形成現(xiàn)狀邊坡。根據(jù)潮安區(qū)、揭西縣、饒平縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查結(jié)果，潮汕地區(qū)的茶園邊坡普遍具有與該茶園邊坡類似的特點(diǎn)：①成因類似，茶園邊坡普遍由于人工開挖形成，為了種茶便利，村民于山腳進(jìn)行開挖建房，形成高陡邊坡；②邊坡形態(tài)類似，茶園邊坡普遍具有坡腳離房屋近，人工邊坡高陡，坡頂天然坡度較緩的特點(diǎn)，且坡高基本等于房屋高；③地質(zhì)條件類似，潮汕地區(qū)的茶園邊坡主要種植在火山巖區(qū)域，基底巖石主要為花崗巖以及凝灰?guī)r，由于風(fēng)化程度強(qiáng)烈，多為土質(zhì)邊坡，組成邊坡的土體主要為粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘性土，具有殘積土的性質(zhì)；④破壞形式類似，潮汕地區(qū)的茶園邊坡由于表層為粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘性土，弱透水，因此降雨往往影響到表層土體的物理力學(xué)性質(zhì)，使其抗剪強(qiáng)度降低，破壞主要為表層土體崩塌[3]；⑤施工條件類似，山區(qū)邊坡路途遙遠(yuǎn)，村路狹窄，房屋集中而密集，大型施工設(shè)備難以進(jìn)入。因此選取該茶園邊坡作為基本模型具有代表性。

為了簡化分析，對基本模型作出如下假定：①將模型簡化為二維模型，沿邊坡走向方向，邊坡特征以及地質(zhì)情況保持不變，邊坡長度取100m，便于計(jì)算工程量以及造價(jià)；②對邊坡斷面進(jìn)行簡化處理，忽略微地形，即不考慮原有茶園的臺(tái)階，簡化邊坡斷面為房屋為二層約8m高，房屋前后室外地面處于同一標(biāo)高，邊坡坡腳距房屋距離為1m，人工邊坡坡度70°，坡高8m，坡頂天然坡度20°；③對邊坡地質(zhì)條件進(jìn)行簡化處理，忽略地層縱向變化，簡化為坡積層粉質(zhì)粘土層①厚為2m，殘積層粉質(zhì)粘土層②6m，全風(fēng)化凝灰?guī)r層③6m，下部均按全風(fēng)化層考慮，潮汕地區(qū)風(fēng)化層較厚，地下水位普遍較深，天然工況地下水位按坡前3m，坡后7m考慮，暴雨工況地下水位按坡前2m，坡后5m考慮，其中地層界面傾斜角與天然坡度相同，即按20°考慮；④不考慮施工準(zhǔn)備條件，即施工便道不作考慮；⑤不考慮微地形以及原有排水系統(tǒng)對治理工程排水系統(tǒng)的影響，坡頂截水溝按距坡頂邊緣水平距離5m考慮，兩側(cè)采用急流槽處理，急流槽距離邊坡水平距離按5m考慮，坡腳采用砼護(hù)腳結(jié)合地面硬化處理，不考慮邊坡排水系統(tǒng)接入村內(nèi)排水系統(tǒng)的部分。

2 方案設(shè)計(jì)

（一）錨桿格構(gòu)梁

整體方案采用錨桿格構(gòu)梁結(jié)合坡腳擋土墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，擋土墻腳趾起點(diǎn)距房屋1.5m，采用仰斜重力式擋土墻，墻高1.5m，地面高1m，頂寬0.6m，面坡坡率1:0.3，背坡坡率1:0.15，腳趾寬0.3m，高0.5m，底坡坡率1：0.1，墻頂平臺(tái)0.8m，擋土墻后采用1:0.5修坡，坡面采用錨桿格構(gòu)梁支護(hù)，錨桿格構(gòu)梁間距為2m×2.5m（豎向×橫向），錨桿桿體采用單根HRB400直徑28的鋼筋制作，錨桿傾角采用25°，共布置4排鋼筋，錨桿長度自下而上分別為6、9、12、12m，格構(gòu)梁采用C30混凝土，尺寸采用300mm×300mm，排水系統(tǒng)采用上述假定⑤處理（圖1）。

（二）臺(tái)階式放坡

整體方案采用臺(tái)階式放坡結(jié)合坡腳擋土墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，擋土墻設(shè)計(jì)與（一）錨桿格構(gòu)梁擋土墻部分相同，墻后每級臺(tái)階寬1.3m，坡率1:0.25，高度1m，整體坡率1：1.5，同時(shí)為了防止局部垮塌以及美觀處理，每級臺(tái)階坡采用磚砌體支擋護(hù)面，磚砌體寬120mm，排水系統(tǒng)采用上述假定⑤處理（圖1）。

圖1 錨桿格構(gòu)梁與臺(tái)階式放坡設(shè)計(jì)方案

3 完工后的邊坡穩(wěn)定性

將上述方案采用極限平衡方法進(jìn)行穩(wěn)定性分析，分析天然工況（常水位）、暴雨工況（水位提高）以及地震工況（常水位加8度地震即基本地震加速度為0.20g）的邊坡穩(wěn)定性，不考慮坡腳建筑荷載對邊坡穩(wěn)定性的提高作用，同時(shí)不考慮茶樹的荷載，巖土體物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)勘查報(bào)告以及天然、現(xiàn)狀邊坡反演[4]進(jìn)行取值，取值見表1，最終計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值表

表2 兩種方案邊坡穩(wěn)定性

可見，施工完工后兩種方案均為穩(wěn)定，且符合相關(guān)規(guī)范要求，其中錨桿格構(gòu)梁方案在相同工況下具備更高的安全儲(chǔ)備。

4 施工可行性及施工期安全性

（一）錨桿格構(gòu)梁

由于邊坡距離房屋較近，施工空間狹窄，采用機(jī)械開挖可能在施工過程中危害到房屋安全（開挖時(shí)掉落的土體砸損房屋），因此可采用人工修坡，及時(shí)清理開挖的土體，自上而下施工，開挖形成的平臺(tái)用于錨桿的施工，施工完錨桿后，施工坡腳擋土墻，自坡腳擋土墻上搭設(shè)腳手架，進(jìn)行格構(gòu)梁的施工，后續(xù)再進(jìn)行綠化等的施工，由于邊坡距離房屋較近，自坡腳前2排錨桿需進(jìn)行多次連接，較考驗(yàn)施工質(zhì)量，整體方案具備施工可行性。

該方案施工期安全性主要是考慮到修坡時(shí)掉落土體對房屋的危害以及在雨季施工時(shí)邊坡的穩(wěn)定，因此建議采用人工修坡，及時(shí)清理開挖的土體降低掉落土體對房屋的危害，而按原坡修坡，在修坡過程中會(huì)破壞坡面植被，導(dǎo)致坡面直接受到降雨沖刷，容易發(fā)生局部土體垮塌，因此需要注意氣候并及時(shí)采用防水布覆蓋等方式進(jìn)行坡面防護(hù)，直至施工完成。

（二）臺(tái)階式放坡

若機(jī)械能進(jìn)入的情況下，采用臺(tái)階式放坡僅涉及開挖以及擋土墻的施工，基本無施工難度，自上而下開挖及時(shí)清理開挖的土體，在開挖靠近房屋側(cè)的土方時(shí)避免一次開挖大量土方導(dǎo)致砸損房屋。整體方案具備施工可行性。

該方案施工期基本安全，主要是開挖靠近房屋側(cè)的土方時(shí)可能掉落砸損房屋，控制好施工質(zhì)量即可解決。

5 工程量及造價(jià)概算

按上述假定分別估算兩種方案的工程量，如下：

（一）錨桿格構(gòu)梁

主要工程量為①挖方2500m3；②擋墻123m3；③錨桿1560m3；④格構(gòu)梁75m3；⑤截水溝140m；總造價(jià)概算約為90萬元。

（二）臺(tái)階式放坡

主要工程量為①挖方8460m3；②擋墻123m3；③磚墻185m3；④截水溝180m；總造價(jià)概算約為60萬元。

可見，錨桿格構(gòu)梁方案的造價(jià)會(huì)高于臺(tái)階式放坡方案，后者更經(jīng)濟(jì)。

6 方案比較

根據(jù)上述對兩種方案進(jìn)行比較，兩種方案治理后的邊坡穩(wěn)定性均符合相關(guān)規(guī)范要求；兩種方案均具備施工可行性，但錨桿格構(gòu)梁更考驗(yàn)施工單位的施工質(zhì)量；相比錨桿格構(gòu)梁方案，臺(tái)階式放坡方案更加經(jīng)濟(jì)。

由于鳳凰鎮(zhèn)該邊坡點(diǎn)若采用臺(tái)階式放坡方案的放坡距離較大，且坡上部分茶園涉及較多村民，不同意進(jìn)行開挖，因此該邊坡點(diǎn)采用了錨桿格構(gòu)梁方案，減少放坡。

7 特殊條件下的茶園邊坡

由于農(nóng)村地區(qū)的茶園往往存在一些施工條件、土地權(quán)屬等特殊情況，本方案對這些情況下的兩種方案進(jìn)行比較。

（1）道路狹窄，機(jī)械難以進(jìn)入：一些邊坡位于村內(nèi)深處，僅有小路出入，若采用機(jī)械需修施工便道，本身產(chǎn)生的費(fèi)用以及青苗等問題導(dǎo)致難以實(shí)施，若僅采用人工進(jìn)行施工，采用臺(tái)階式放坡會(huì)由于開挖量過大，工期以及造價(jià)就會(huì)增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過錨桿格構(gòu)梁，這時(shí)候采用錨桿格構(gòu)梁方案從工期、經(jīng)濟(jì)上更合適。

（2）邊坡上茶葉不屬于房屋主人：農(nóng)村很多邊坡都存在這樣的問題，邊坡土地權(quán)屬跟威脅對象不一致，對邊坡治理產(chǎn)生了較大的阻礙。由于采用錨桿格構(gòu)梁方案會(huì)部分開挖山體，導(dǎo)致破壞部分土地使得該部分無法種植，在采用該方案時(shí)需要考慮對茶葉主人的賠償問題；若本身山坡茶葉種植零亂，土地利用率不高，且種植的茶葉價(jià)值不高，可以短時(shí)間恢復(fù)，那么采用臺(tái)階式放坡方案類似于整地，治理好的邊坡土地仍歸茶葉主人使用，可以種植更多茶葉，那該方案會(huì)更合適。潮汕地區(qū)很多茶葉種植都是順著原始邊坡簡單修整，土地利用率不是很高，在低山丘陵茶葉價(jià)值較低的區(qū)域比較適用，且茶葉主人會(huì)更趨于同意該方案。

（3）重要建（構(gòu)）筑物等：農(nóng)村有些邊坡山上有信號(hào)塔等重要建（構(gòu)）筑物，會(huì)限制開挖的范圍，這種情況下臺(tái)階式放坡會(huì)由于開挖面積大可能破壞建（構(gòu)）筑物而不適用。

8 結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

（1）兩種方案在完工后邊坡均為穩(wěn)定，且穩(wěn)定性滿足相關(guān)規(guī)范要求，其中錨桿格構(gòu)梁方案完工后在相同工況下具備更高的安全儲(chǔ)備；兩種方案均具備施工可行性而錨桿格構(gòu)梁方案對施工質(zhì)量要求更高；錨桿格構(gòu)梁方案造價(jià)會(huì)高于臺(tái)階式放坡方案，臺(tái)階式放坡方案更經(jīng)濟(jì)；

（2）兩種方案的選擇往往需要考慮施工條件、土地權(quán)屬等問題。

（二）建議

茶園邊坡設(shè)計(jì)過程中跟建設(shè)單位、當(dāng)?shù)卮逦?dāng)?shù)卮迕竦恼{(diào)查溝通很重要，在調(diào)查過程中需要了解好施工條件、土地權(quán)屬、村民意愿等等，方能選擇更符合該特殊條件下的設(shè)計(jì)方案。