某住宅區(qū)高邊坡穩(wěn)定性分析與支護(hù)技術(shù)研究

羅 騁，唐紹輝，楊 放

(長(zhǎng)沙礦山研究院， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

某住宅區(qū)高邊坡穩(wěn)定性分析與支護(hù)技術(shù)研究

羅 騁，唐紹輝，楊 放

(長(zhǎng)沙礦山研究院， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

根據(jù)某住宅區(qū)高邊坡的工程地質(zhì)特征，在確定影響邊坡主要因素的基礎(chǔ)上，利用圓弧滑動(dòng)法對(duì)土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析、評(píng)價(jià)，提出了邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方案。

邊坡穩(wěn)定性;住宅區(qū);圓弧滑動(dòng)條分法;安全系數(shù)

某住宅區(qū)場(chǎng)地標(biāo)高為197～206 m，其西南側(cè)邊坡分為2段，邊坡高度介于5～22 m，屬于土質(zhì)邊坡。由于某房地產(chǎn)開發(fā)公司擬在邊坡頂部建設(shè)建筑物，增加的附加載荷將影響該住宅區(qū)高邊坡的穩(wěn)定性。為確保住宅區(qū)的居住安全，通過(guò)對(duì)高邊坡［1］的穩(wěn)定性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，采用了錨桿加肋梁支護(hù)或塊石擋土墻支護(hù)的方式加固總長(zhǎng)度為516 m的高邊坡，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

1 地質(zhì)條件

1．1 工程地質(zhì)

某住宅區(qū)場(chǎng)地原始地貌為剝蝕殘丘，經(jīng)挖掘整平場(chǎng)地，原始地形有了較大改變，場(chǎng)地大致可分為3級(jí)臺(tái)階，標(biāo)高大致為191，197～206 m和219 m，在場(chǎng)地內(nèi)形成了高6～22 m的高邊坡。場(chǎng)地內(nèi)分布的主要地層有人工填土、第四系坡積層、第四系坡殘積層、第四系殘積層以及二疊系白云質(zhì)灰?guī)r。

1．2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)的地下水屬上層滯水類型，主要賦存于人工填土、第四系坡積粘土及第四系坡殘積粉質(zhì)粘土中，主要分布于原磚廠宿舍一帶，受大氣降水和地表生活用水的補(bǔ)給;水位隨季節(jié)變化而變化。在該高邊坡CD段坡腳處局部有少量地下水滲出。地下水穩(wěn)定水位埋深 9．40～22．10 m，相當(dāng)于標(biāo)高189．00 ～200．77 m。

場(chǎng)地地形原為剝蝕殘丘的山坡和坡腳，無(wú)大的沖溝發(fā)育，地表水主要為場(chǎng)地內(nèi)的大氣降水和坡頂附近的生活用水，水量不大。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2．1 邊坡安全等級(jí)

邊坡工程安全等級(jí)按其損壞后可能造成的破壞后果(危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)不良影響)的嚴(yán)重性、邊坡類型和坡高等因素來(lái)劃分［2］。分析得出該住宅區(qū)新址西南側(cè)邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。

2．2 穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330－2002)對(duì)于一級(jí)土質(zhì)邊坡采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1．30。

2．3 穩(wěn)定性計(jì)算方法與原理

對(duì)于土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡采用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算［3～5］。

圓弧滑動(dòng)法原理是將抗滑體視為剛性塊，滑動(dòng)面為繞圓心O點(diǎn)并以R為半徑所畫的圓弧，按滑動(dòng)面上抗滑力矩Mr與下滑力矩Ms之比導(dǎo)出安全系數(shù)K。

將圓弧滑體劃分為n個(gè)垂直分條，不考慮分條間的力的傳遞關(guān)系，第I分條的下滑力矩為:

式中:Wi——第I條的巖體自重;

n——分條總數(shù);

θi——第I條滑面中點(diǎn)的滑面切線與水平軸夾角。

整個(gè)圓弧的下滑力矩為:

第i分條的抗滑力矩Mri，包括滑面上的摩擦力矩RfiNi和粘結(jié)力CiLi，力矩:

當(dāng)條塊相同時(shí)，即Ci，φi相同時(shí):

2．4 模擬計(jì)算結(jié)果分析及評(píng)價(jià)

2．4．1 模擬條件

對(duì)邊坡各段剖面的支護(hù)與地質(zhì)分層情況進(jìn)行分析后，建立邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的計(jì)算模型。

加載載荷大小按每層樓的靜載荷10 kN/m，活載荷4 kN/m，層數(shù)為7層，載荷位置根據(jù)總平面調(diào)整布置圖確定。

模型各分層物理力學(xué)參數(shù)選取如表1所示，加載后的穩(wěn)定性計(jì)算均以不直接破壞原有邊坡加固系統(tǒng)為前提。

表1 模型各分層物理力學(xué)參數(shù)

由于篇幅所限，本文只對(duì)該高邊坡DE段進(jìn)行分析。通過(guò)加載載荷大小設(shè)置和物理力學(xué)參數(shù)的選取，得到DE段邊坡原始模型計(jì)算分析結(jié)果，見圖1。DE段邊坡支護(hù)后模型計(jì)算分析結(jié)果見圖2。

圖1 DE段邊坡原始模型計(jì)算結(jié)果

圖2 DE段邊坡支護(hù)后模型計(jì)算結(jié)果

2．4．2 支護(hù)后穩(wěn)定性分析

該高邊坡DE段邊坡坡頂規(guī)劃的建筑為15棟，距邊坡眉線最近距離為9．6 m，12棟1單元距邊坡眉線最近距離大于9．6 m，因此，根據(jù)距邊坡眉線最近距離為9．6 m進(jìn)行計(jì)算，DE段邊坡支護(hù)后加載模型計(jì)算分析結(jié)果見圖3。

圖3 DE段邊坡支護(hù)后加載模型計(jì)算結(jié)果

為保證加載后不影響現(xiàn)有邊坡的穩(wěn)定性，將坡頂載荷后移至潛在滑動(dòng)弧以后時(shí)(距坡頂距離為15．60 m)，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如圖4。

根據(jù)距邊坡眉線最近距離為9．6 m進(jìn)行計(jì)算，該高邊坡DE段邊坡坡頂加載后，邊坡安全系數(shù)為1．203，不滿足規(guī)范要求;將房屋載荷移至距坡頂距離為15．60 m時(shí)，邊坡安全系數(shù)為1．314，滿足規(guī)范要求。

計(jì)算結(jié)果表明，如擬建建筑物距邊坡坡頂最近距離大于15．60 m時(shí)，將不會(huì)影響該高邊坡DE段現(xiàn)有邊坡穩(wěn)定性。

圖4 DE段邊坡坡頂載荷移至潛在滑動(dòng)弧后計(jì)算結(jié)果

3 支護(hù)設(shè)計(jì)

以該高邊坡DE段為例，該段邊坡采用錨桿加肋梁的支護(hù)方式［5］，坡面種植草皮護(hù)面，支護(hù)剖面圖如圖5所示。

3．1 錨桿設(shè)計(jì)

該段設(shè)計(jì)12排錨桿，錨桿水平間距為1．50 m，排距為1．80 m，錨桿主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

3．2 脅梁及頂梁

(1)肋梁為現(xiàn)澆砼，標(biāo)號(hào)C20，斷面為200 mm×250 mm(寬 ×高)。

(2) 肋梁配筋為:主筋5 Φ 16，箍筋為 Φ 6．5@200，錨桿頭與肋梁主筋焊接，錨桿彎頭長(zhǎng)200 mm。

(3)頂梁配筋為:主筋為4 Φ 16，箍筋為Φ 6．5@200。

(4)肋梁鋼筋外砼保護(hù)層厚度為35 mm。

(5)要求肋梁底部嵌入矮腳擋土墻中0．30～0．40 m。

在肋梁和錨桿施工完以后，將坡面整平，然后種植草皮，保護(hù)坡面。

圖5 DE段支護(hù)剖面

表2 錨桿的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

(1)該住宅區(qū)邊坡加載后的穩(wěn)定性計(jì)算均以不直接破壞原有邊坡加固系統(tǒng)為前提，利用圓弧滑動(dòng)法計(jì)算土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡。結(jié)果表明，該住宅區(qū)邊坡支護(hù)后的安全系數(shù)滿足規(guī)程要求。

(2)該高邊坡DE段邊坡坡頂規(guī)劃的建筑為15棟，距邊坡眉線最近距離為9．6 m，12棟1單元距邊坡眉線最近距離大于9．6 m，根據(jù)距邊坡眉線最近距離為9．6 m進(jìn)行計(jì)算，DE段邊坡坡頂加載后，邊坡安全系數(shù)為1．203，不滿足規(guī)范要求;將房屋載荷移至距坡頂距離為15．60 m時(shí)，邊坡安全系數(shù)為1．314，滿足規(guī)范要求。

(3)雖然邊坡坡頂上部修建住宅后的安全系數(shù)滿足穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，但新建建筑物的大部分荷載作用于現(xiàn)有的邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)(錨桿)上，地基變形后可能影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全度和耐久性。

(4)還應(yīng)做好其他邊坡支護(hù)措施:邊坡坡頂?shù)孛娴奶幚怼⑿顾住⒔厮畨Α⑴潘疁稀_擋土墻、伸縮縫、護(hù)欄或圍墻。

［1］ 彭作為，周創(chuàng)兵，龔玉峰，等．向家壩進(jìn)水口高邊坡系統(tǒng)錨桿受力狀況研究［J］．巖土力學(xué)，2006，(3):482 －486．

［2］ GB50330－2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］ 李家強(qiáng)．土坡圓弧滑動(dòng)條分法計(jì)算邊坡穩(wěn)定程序簡(jiǎn)介［J］．天然氣與石油，2003，(1):93 －95．

［4］ 張孫振．圓弧滑動(dòng)法求地基承載力(上)［J］．水運(yùn)工程，1991，(10):48－55．

［5］ 張孫振．圓弧滑動(dòng)法求地基承載力(下)［J］．水運(yùn)工程，1991，(11):53－60．

［6］ 劉紅軍，齊 鑫，王秀海，等．預(yù)應(yīng)力錨桿肋梁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2005，(4):568 －572．

2010－11－29)

羅 騁(1982－)，男，湖南株洲人，助理工程師，主要從事與礦山安全評(píng)價(jià)采礦工程。