淺山區邊坡支護技術在張家口市某工程中的應用

畢全超 朱守芹 郭淑磊

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口075024;2.中國人民解放軍92676部隊)

1 前言

河北省張家口市，三面環山，城市發展建設用平地較少，伴隨著大清河的治理以及城市外環路的通車，淺山區山中城的項目逐步得到了實施.然而城市快速路穿山而建，以前這里都是高度較低的淺山，經過不斷的開鑿，形成了中間路兩旁山的狀況.有的路旁山崖高度較低，坡角也不大，而且巖石堅硬且整體性較好，可以不進行工程支護.有的邊坡巖質并不是太好，大多是松散的塊狀土或為全風化巖體，如果遇上雨量較大的時候，上部邊坡很有可能發生崩塌，導致土石塊伴隨雨水跌落公路兩旁，不僅對公路產生巨大的破壞，同時也嚴重的威脅到行車人的生命財產安全，所以，對于這樣的邊坡必須進行支護.

2 邊坡失穩的破壞機理

邊坡一般是傾斜坡面的土體或巖體，由于坡面傾斜，在坡體本身重力及其他外力作用下，整個坡體有從高處向低處滑動的趨勢，同時，由于坡體土(巖)自身具有一定的強度和人為的工程措施，它會產生阻止坡體下滑的抵抗力.一般來說，如果邊坡土(巖)體內部某一個面上的滑動力超過了土(巖)體抵抗滑動的能力，邊坡將產生滑動，即失去穩定;如果滑動力小于抵抗力，則認為邊坡是穩定的.

3 邊坡加固方案設計的原則

3.1 極限狀態設計原則

邊坡設計要解決的根本問題是在邊坡的穩定與經濟之間選擇一種合理的平衡，力求以最經濟的途徑使服務于工程的邊坡滿足穩定性和可靠性的要求.

3.2 荷載效應原則

在邊坡穩定性分析與推力計算中以及在邊坡支擋結構設計中，各種荷載效應組合應根據有關國家的現行規定，按照最不利的原則進行組合.

3.3 設計計算原則

在邊坡工程設計中必須進行下列驗算:支護結構強度計算;錨桿抗拔承載力和立柱與擋墻基礎的地基承載力驗算;支護結構整體或局部穩定性驗算以及邊坡變形分析等.

3.4 動態設計原則

由于邊坡巖土介質的復雜性、可變性和不確定性，地質勘察參數難以準確確定，因此需要根據施工時反饋的信息和監控資料不斷校核、補充和完善設計，這是目前邊坡工程設計采用的較為科學的動態設計方法.

4 常用的邊坡失穩防護技術

針對邊坡破壞后果的嚴重性問題，國內外一些科研機構與工程建設單位投入了大量的精力開展了關于邊坡失穩防護技術的攻關工作，并在一些高速公路、建筑工程中使用.這些失穩防護技術主要途徑就是通過減小滑坡下滑力或消除下滑因素、增加滑坡阻滑力或增加阻滑因素來防止邊坡失穩.

常用的支護方法有擋土墻、土釘支護、抗滑樁、預應力錨固、三維植被網等，可根據工程實際適當選擇一種或幾種聯合應用.

5 工程實例

張家口市某住宅小區二期工程，位于東外環內側.在小區的最東端，由南向北建有五棟高層住宅.在這些住宅的東面就是東外環快速路，快速路面距小區院內路面高差約為13米，為了防止車輛對路基的壓迫以及雨水的沖刷產生滑坡事故，必須對路面下邊坡進行處理.根據極限平衡法對該邊坡進行分析，該邊坡是不穩定的，需進行加固處理，經分析計算擬設置重力式滑擋土墻.根據抗滑擋土墻的布置原則，一般將抗滑擋土墻布設在滑坡的前緣.

該邊坡安全等級為I級，對于該滑坡體，擬采用重力式抗滑擋土墻措施.滑動面為折線形，按照滑動面的傾角將其化為兩段，如圖1所示.其土質均為無黏性土，內摩擦角均為 φ=25°，重度為γ=17.5kN/m3，.粘聚力c=0驗算沿墻頂滑出的可能性時，墻后滑體的內摩擦角 ，粘聚力 φ=30°，.粘聚力c=0，γ=19kN/m3;墻前回填高度按2.2米考慮，γ=19kN/m3，φ=30°，.粘聚力c=0.墻體采用C20毛石混凝土，基礎置于風化泥巖層上，其容許承載力為800kPa;墻底與泥巖摩擦系數取μ=0.4.要求滑動穩定系數Kc≥1.3，傾覆穩定系數KO≥1.6.

5.1 剩余下滑力的計算

滑坡推力的計算是在已知滑動面形狀、位置和滑動面土抗剪強度指標的基礎上進行的，采用不平衡推力傳遞系數法.計算結果見表1

表1 剩余下滑力計算表(Fst=1.2)

5.2 安全墻高的計算

根據推力計算中所擬定的墻高，自墻背頂點向下作與水平線成(45°－φ/2)傾角的Aa線與滑面相交于a點，并在此線以上每隔5°作出Ab，Ac，…等線，如圖2，求算出這些虛擬滑面的剩余下滑力.計算結果見表2.

表2 剩余下滑力計算表

由以上表可以看出，剩余下滑力出現負值，說明上一塊滑坡體處于穩定狀態，所以擬定的墻高以及埋深是適當的.

5.3 抗滑擋墻尺寸擬定

根據上述計算，擋墻尺寸擬定如圖3所示.

5.4 基本參數計算

根據上述滑坡推力的結果，下滑力為 ，方向與水平夾角成56.77°，作用點位于墻后滑坡體高1/2處.土壓力計算中，墻前被動土壓力采用郎肯土壓力理論計算，墻后主動土壓力采用庫侖土壓力理論進行計算，然后與滑坡推力進行比較，選大者進行計算.

① 擋土墻斷面面積S=22.92m2，重量G=22.92×24=550.08kN;

② 前趾填土重量W1=0.5×(0.8+1.9)×2.2×1.9=56.4kN

③ 后趾填土重量W2=0.5×(1+1.55)×5.5×19=133.24kN

④ 滑坡推力P=394.11KN;Px=Pcos39.83=302.65kN;Py=Psin39.83=252.4kN

⑤墻前被動土壓力(按郎肯土壓力理論計算)

⑥墻后主動土壓力(按庫侖土壓力理論計算)

由以上計算可知，應按滑坡推力來設計擋墻，以上數據見表3

表3 擋土墻土壓力計算表

5.5 穩定性驗算

5.5.1 抗滑穩定性驗算

滿足要求

5.5.2 抗傾覆驗算

5.5.3 基底應力及合力偏心距驗算

將豎向力∑N和水平方向力Ex分別按傾斜基底的法向分解:

傾斜基底法向力∑N＇對墻趾的力臂為Z＇N

傾斜基底的合力偏心距為e＇=B/2－Z＇N=6.3/2－3.01=0.14m，|e＇|＜B/6

5.6 墻身截面強度驗算

5.6.1 法向應力及偏心距驗算，如圖4所示

Ep=80．04kPa，∑N=754．74kN，∑My=3178．42kN·m，∑MO=1256．00kN·m ZN=(∑My－∑MO)/∑N=(3178．42－1256．00)/754．74=2．55m e=B/2－ZN=5．3/2－2．55=0．1m σ＇=∑N/B×［1+(6e/B)］=142．4×1.11=158.07kPa＜［σ］=3kPa，(20號片石混凝土)滿足要求

5.6.2 應力驗算

水平方向切應力驗算，其受力面位于墻前地面處.=

為了加固擋土墻上部土體的強度，該工程還采用噴射混凝土加鋼筋網的工藝.由于土體上部為公路，為了防止上部路面積水，在公路兩旁修筑了排水管道，由塑料管向下延伸并且伸出坡體.擋土墻上部近十米高的邊坡，大約在36m2的方形區域布置了九根排水管，每根管的距離大約是3m.然后在清理干凈的坡體上噴射一層素混凝土，之后掛上鋼筋網，再噴射一次素混凝土，這樣，在重力式抗滑擋土墻的支護作用下，首先是阻止了坡體的下滑趨勢，其次，在擋土墻的上部實施掛網噴射混凝土工藝，防止雨水沖刷、下滲，保證了坡面土體的穩定性.

6 結語

在張家口市淺山區的開發建設中，為了保證邊坡的穩定性，多根據實際地質情況、工程情況采用不同的防護措施，或者是多種防護措施相結合，有效的保證了邊坡的穩定.如何針對不同的地質環境和工程實際，采用怎樣的支護技術，還有待于相關研究單位和工程建設單位進一步的深入研究，以保證在滿足安全的前提下取得最大的經濟效益.

［1］朱守明，劉平平.土力學.第2版.中國建筑工業出版社，2005

［2］黃淄濱.高邊坡擋土墻穩定分析及方案優化［J］.南京;河海大學，2006

［3］文華.邊坡加固方案的優化設計［D］.昆明;昆明理工大學，2004