某高填深挖場地邊坡防護工程設計研究

賀劍輝

(廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

場地邊坡工程防護設計是構筑物施工設計的重要組成部分，受建設場地位置、地質(zhì)條件等因素的影響，需要設計人員在場地邊坡防護工程設計過程中，科學完善邊坡工程防護設計，進而提高構筑物的施工質(zhì)量并保證以后的運營安全。文章以某構筑物建設場地高填深挖人工邊坡為例，針對場地邊坡防護工程設計研究進行了探討，突出場地邊坡設計要素，進而確定場地挖方及填方邊坡防護工程加固設計方案。

1 工程概況

擬建構筑物場地為低山丘陵地貌，地勢東低西高。場地東側(cè)為山間谷地，谷地沖洪積物堆積，較為平整，現(xiàn)為耕地，標高約為35 m；西側(cè)山脊標高為90～140 m，整體起伏較大，場地坡度約為20°～30°，局部超過40°。高填深挖人工邊坡場地地貌單元單一、地形簡單。場地植被發(fā)育，主要為桉樹林、竹子、灌木等。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及鉆探勘察資料，覆蓋層地層巖性主要為第四系人工填土層(Q4ml)雜填土、第四系沖洪積(Q4al+pl)淤泥質(zhì)粉土及第四系殘坡積(Q4el+dl)粉質(zhì)黏土；下伏基巖為白堊紀下統(tǒng)上組(K1b)泥質(zhì)粉砂巖。

2 場地邊坡工程評價

自然邊坡巖土體主要由粉質(zhì)黏土、全-微風化泥質(zhì)粉砂巖組成，邊坡巖土體分布不均勻，巖土層分界面起伏大，局部基巖直接裸露。邊坡整體坡向為72°，坡度約為40°。場地挖方區(qū)進行放坡開挖后，將形成10～40 m高的土巖結合邊坡，邊坡設計開挖坡度按45°考慮。邊坡巖層產(chǎn)狀為303°∠25°，主要節(jié)理為101°∠68°、203°∠60°，巖層傾向與邊坡坡向呈反傾關系，邊坡穩(wěn)定性較好。根據(jù)邊坡坡向、巖層面及節(jié)理裂隙產(chǎn)狀繪制赤平投影，如圖1所示。按赤平投影進行穩(wěn)定性分析：產(chǎn)狀S0與節(jié)理J1組合邊坡基本穩(wěn)定，產(chǎn)狀S0與節(jié)理J2組合邊坡穩(wěn)定，節(jié)理J1與節(jié)理J2組合邊坡穩(wěn)定。

由于邊坡上部的粉質(zhì)黏土及全風化泥質(zhì)粉砂巖結構較為松散，強降雨時受雨水沖刷，局部易沿巖土分界面產(chǎn)生小規(guī)?；?；坡體中部主要為強風化泥質(zhì)粉砂巖，巖體裂隙很發(fā)育-發(fā)育，在風化、植物根劈等作用下均可使巖體結構產(chǎn)生破壞。

3 場地邊坡與擋土墻設計方案

3.1 邊坡防護工程設計原則

邊坡支護設計應根據(jù)周邊環(huán)境條件及邊坡高度，確定邊坡安全等級；對由于土體位移可能引起的周圍建筑、構筑物、地下管線產(chǎn)生的危害加以預測，并提出安全、經(jīng)濟、技術合理的支護措施[1-2]；防止過量的地層移動對周圍建筑和管線造成危害。

邊坡支護結構的嵌固深度除滿足支護體系整體穩(wěn)定性、抗隆起、抗傾覆等穩(wěn)定性的要求外，還應參照類似工程的設計、施工經(jīng)驗綜合考慮，以確保邊坡的穩(wěn)定及周邊環(huán)境的安全。邊坡支護結構分析應與邊坡支護結構實際施工和工作狀態(tài)相符合，采用平面桿系結構彈性支點法進行分析，按照“先變形，后支撐”的原則進行支護結構計算，其最終控制設計的位移與內(nèi)力值為各工況計算結果的包絡值。

邊坡支護結構的設計應與工程類比理論計算相結合，并采用信息化設計和施工，在既有資料和地質(zhì)勘察報告的基礎上開展施工前的預設計，遵循動態(tài)設計與信息施工的原則組織設計與施工。由于設計依據(jù)的不確定性，需要在施工過程中實時監(jiān)測、分析、預測、反分析和進行動態(tài)設計，在施工過程中優(yōu)化設計，調(diào)整可能存在的不足[3-4]。

3.2 場地邊坡排水設計

擬建場地深挖高填邊坡西側(cè)有基本農(nóng)田、高壓塔，東側(cè)有基本農(nóng)田，需要根據(jù)情況對邊坡進行加固防護，采用坡率法進行放坡。坡頂設置截水溝，邊坡平臺設置平臺排水溝，坡面設置急流槽，將坡面水收集排至坡腳明溝。場地內(nèi)周邊設置排水明溝，場地內(nèi)及邊坡臨時排水就近排放至場地邊現(xiàn)狀道路排水設施。

3.3 填方邊坡加固方案

填方邊坡應選擇級配良好的砂土或碎石類土作填料，不得使用淤泥、耕土以及有機質(zhì)含量>5%的土。填方應分層填筑且采用堆填攤鋪，分層回填夯實，每層厚度不大，在填方前應根據(jù)填料種類及其物理性質(zhì)和施工條件，合理選擇壓實機具，確定施工方案。填筑時應由最低一層臺階填起，并分層壓實，然后逐臺向上填筑，如圖2所示。

圖2 填方邊坡設計典型斷面圖

場地東側(cè)填方邊坡坡底為基本農(nóng)田，為防止填方邊坡侵入基本農(nóng)田，在填方段設置加筋格賓擋土墻。擋墻基底采用換填法進行地基處理，設置的加筋格賓擋土墻長度約為355 m，擋墻平均高度為15 m，擋墻面墻坡比為1∶0.2。加筋格賓是由0.8 m×1 m的六邊形雙絞合機編金屬網(wǎng)片制成的加筋網(wǎng)箱結構，如圖3所示。在工程現(xiàn)場向面墻網(wǎng)箱內(nèi)填充石料，筋帶范圍內(nèi)壓實填土，形成柔性、透水的整體性結構。

圖3 加筋格賓擋土墻示意圖

3.4 挖方邊坡加固方案

挖方邊坡施工應采取自上而下、分段跳槽施工。開挖過程中應注意疏導排水；避免堵截壅水造成相鄰土體浸水軟化，威脅邊坡整體穩(wěn)定。為避免占用場地西側(cè)基本農(nóng)田及拆除現(xiàn)狀高壓塔，在西側(cè)挖方坡腳設置仰斜式擋土墻及錨索樁板式擋土墻，以收縮邊坡占地。擬設計仰斜式擋土墻及錨索樁板式擋土墻(西南角處設置錨索樁板式擋土墻)，仰斜式擋土墻長度共約165 m，墻高為2 ～7 m，平均墻高為6 m；錨索樁板式擋土墻長度約為86 m，冠梁及腰梁各設置一道預應力錨索；樁間距為3 m，樁總長為10.3～22.8 m，截面形狀為圓樁，樁徑為1.5 m。典型挖方邊坡設計斷面如圖4所示。

圖4 挖方邊坡防護典型設計斷面圖(高壓塔處)

4 邊坡穩(wěn)定性分析

本文采用Midas GTX/NX軟件建立數(shù)值模型，對場地挖方以及填方邊坡加固后進行數(shù)值分析，計算加固后的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)、挖方邊坡巖土層結構以及填土邊坡的填土類型等巖土體物理力學參數(shù)取值如表1所示。由于挖方邊坡坡形較復雜，本文對數(shù)值模型進行一定的簡化，其預應力錨索及支護樁的力學參數(shù)如表2所示。

表1 巖土體物理力學參數(shù)取值表

表2 挖方邊坡支護樁及預應力錨索力學參數(shù)表

填方及挖方邊坡數(shù)值模型如圖5、圖6所示。天然工況下，填方邊坡的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.65，大于永久性邊坡一般工況的規(guī)范值1.35，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。挖方邊坡未增加防護措施時整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.29，增加支護措施后，邊坡的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.58，大于永久性邊坡一般工況的規(guī)范值1.35，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結語

擬建場地邊坡工程西側(cè)及東側(cè)均有基本農(nóng)田，加之坡頂有高壓電塔等構筑物，挖方及填方邊坡防護工程設計需要考慮到更多的影響因素。為更好地體現(xiàn)場地邊坡

圖5 填方邊坡網(wǎng)格劃分圖

圖6 挖方邊坡典型坡面網(wǎng)格劃分圖

防護工程設計水平，需要熟悉場地邊坡的場地位置條件、工程地質(zhì)條件以及防護設計原則及標準，并提出科學合理的場地邊坡防護工程加固設計方案，進一步提升邊坡工程防護設計能力，為類似場地工程邊坡防護工程設計提供借鑒與參考。