濮陽(yáng)市堆山工程高邊坡設(shè)計(jì)加固方案分析

□寧保輝 □李文亮（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

□曾令昕（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院）

濮陽(yáng)市堆山工程高邊坡設(shè)計(jì)加固方案分析

□寧保輝 □李文亮（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

□曾令昕（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院）

利用水庫(kù)開(kāi)挖棄料堆筑山體，營(yíng)造城市景觀，在規(guī)劃范圍內(nèi)填筑高約40m的山體。山體邊坡呈現(xiàn)南緩北陡，北側(cè)緊鄰濮范高速。由于地基及填筑土料質(zhì)量較差，且北坡坡腳距離濮范高速最近僅20m，工程場(chǎng)區(qū)又位于地震基本烈度Ⅶ度區(qū)，場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求，通過(guò)采用邊坡加筋，地基水泥土攪拌樁加固處理，保證了工程的順利實(shí)施，工程應(yīng)用至今完好。

堆山工程；高邊坡；加固；方案

1 工程概況

根據(jù)濮陽(yáng)市新區(qū)建設(shè)整體規(guī)劃，在濮陽(yáng)市引黃灌溉調(diào)節(jié)水庫(kù)北側(cè)濮范高速以南規(guī)劃一座人造山體，利用水庫(kù)開(kāi)挖棄料約1500萬(wàn)m3進(jìn)行山體填筑，形成人造山體景觀，與水庫(kù)交相輝映，為濮陽(yáng)市新區(qū)增設(shè)一個(gè)新的亮點(diǎn)。

堆山體場(chǎng)區(qū)位于規(guī)劃中的經(jīng)八路、北環(huán)路、京開(kāi)大道和濮范高速之間，由5個(gè)山峰組成，總體東西向展布，堆山區(qū)域東西長(zhǎng)約6.40km，南北寬230～340m，山峰高度30～40m，主峰堆高約40m，為整座山體的頂峰。

2 工程地質(zhì)

自然地面下20.00m勘探深度范圍內(nèi)，場(chǎng)區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)（Q4）沖積物構(gòu)成，為粘砂多層結(jié)構(gòu)，共分5個(gè)土體單元，分別為砂壤土、中粉質(zhì)壤土、砂壤土、粉質(zhì)粘土、粉砂。自然地面下20m勘探深度范圍內(nèi)未見(jiàn)地下水。場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，相當(dāng)于地震基本烈度為Ⅶ度區(qū)，地震穩(wěn)定性較差。工程區(qū)場(chǎng)地土的類型為中軟土，建筑場(chǎng)地類別為III類，地基土的卓越周期為0.49～0.50s。

堆山工程采用的水庫(kù)開(kāi)挖棄料混合料力學(xué)參數(shù)建議值及分層土料力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表1、表2。

表1 場(chǎng)區(qū)混合料力學(xué)參數(shù)建議值表

表2 場(chǎng)區(qū)分層土料力學(xué)參數(shù)建議值表

3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

3.1 計(jì)算工況

參考《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）、《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T5353-2006），綜合考慮邊坡滑塌危害等因素，堆山體邊坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為：一是正常工況（持久狀況），允計(jì)設(shè)計(jì)安全系數(shù)為1.30；二是地震工況（偶然狀況），允計(jì)設(shè)計(jì)安全系數(shù)為1.05。

3.2 邊坡塌滑區(qū)范圍計(jì)算

邊坡塌滑區(qū)范圍按下式估算：L=H/tgθ

式中：L為邊坡坡頂塌滑區(qū)邊緣的水平投影距離（m）;H為邊坡高度，取最高堆山高度40m；θ為邊坡的破裂角（°），對(duì)于土質(zhì)邊坡可取45+φ/2；φ為土體的內(nèi)摩擦角，取混合料內(nèi)摩擦角20°。經(jīng)計(jì)算，邊坡坡頂塌滑區(qū)邊緣的水平投影距離為28m。

3.3 計(jì)算分析

山體共綿延6.40km，各山峰堆土高度為30～40m，堆山體整體呈現(xiàn)北陡南緩，北坡坡腳距離距濮范高速最近處僅有20m，南坡較緩，距開(kāi)陽(yáng)路有足夠的安全距離，因此對(duì)北坡正常工況、地震工況進(jìn)行計(jì)算，對(duì)南坡僅對(duì)正常工況進(jìn)行計(jì)算。采用簡(jiǎn)化畢肖甫法對(duì)主峰進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算，北坡正常工況安全系數(shù)1.32、地震工況0.86，南坡正常工況1.83。北坡地震工況不滿足要求，需進(jìn)行加固處理。

4 邊坡加固方案

4.1 土工格柵設(shè)計(jì)

由于土工合成材料需要長(zhǎng)期埋在土中發(fā)揮作用，其強(qiáng)度會(huì)受到許多因素的影響，通常用折減系數(shù)法來(lái)確定材料的容許抗拉強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，考慮到加工誤差、施工損傷以及環(huán)境影響后，筋材長(zhǎng)期允許抗拉強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：

式中：Tc為雙絞和鋼絲網(wǎng)的極限抗拉強(qiáng)度；fm為考慮制造工藝以及大量數(shù)據(jù)推演的折減系數(shù)，取1.20；fd為施工損傷折減系數(shù)，砂土取1.05；fd為環(huán)境影響折減系數(shù)（考慮老化、生物降解、腐蝕等因素），取1.10。因目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)相應(yīng)的試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)參考《土工格柵在砂土中的界面摩擦特性》一文中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，雙向土工格柵在砂土中的界面摩擦特性指標(biāo)為：c=14.16 kPa，f=0.15，φ=8.40°。經(jīng)過(guò)筋材的抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算和筋材抗拔出驗(yàn)算，確定土工格柵鋪設(shè)垂直間距1m設(shè)計(jì)，端部采用土工布包裹，保護(hù)層厚度1.00m，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，同時(shí)考慮施工方便，自上而下筋材分段采用不同長(zhǎng)度，土工格柵長(zhǎng)度20～70m不等。填料的壓實(shí)程度能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求是加筋工程成敗的關(guān)鍵。加筋土力學(xué)性能的改善和穩(wěn)定性的提高與填料的壓實(shí)緊密相關(guān)，因此，堆山填料壓實(shí)度≥0.96。

4.2 地基處理設(shè)計(jì)

對(duì)于局部邊坡，堆山體進(jìn)行加筋處理后，由表層滑動(dòng)變?yōu)樯顚踊瑒?dòng)，滑弧深入地基15m左右，抗滑安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。為提高地基土抗滑能力，對(duì)深層滑動(dòng)邊坡進(jìn)行地基處理，增強(qiáng)土體整體性，增加土體強(qiáng)度。處理范圍為地基在深層滑弧內(nèi)的部分，地基處理采用水泥攪拌樁法，樁長(zhǎng)超過(guò)危險(xiǎn)滑弧以下2m。抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，水泥攪拌樁復(fù)合地基根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，水泥摻和比為15%，實(shí)驗(yàn)得出的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通常不低于1.0 MPa，相當(dāng)于C20混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的1/10，按同倍比原則，水泥土抗剪強(qiáng)度為110kPa。根據(jù)《地基處理手冊(cè)》：用高壓三軸儀進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)表明，水泥土的抗剪強(qiáng)度隨抗壓強(qiáng)度的增加而提高，當(dāng)抗壓強(qiáng)度約1.00MPa，其凝聚力Cp完全可達(dá)到100kPa以上，內(nèi)摩擦角φp可達(dá)20～30°。復(fù)合地基強(qiáng)度指標(biāo)Csp、φsp分別按下式計(jì)算：

式中：Cs、φs為天然土體強(qiáng)度指標(biāo)；Cp、φp為樁身強(qiáng)度指標(biāo)；Csp、φsp為樁身強(qiáng)度指標(biāo)；m為樁土面積置換率，m=d2，d為樁身平均直徑，de為根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，當(dāng)樁位等邊三角形布置時(shí)，de=1.05s，s為樁間距。經(jīng)過(guò)試算，地基處理加固處理采用水泥土攪拌樁樁徑為0.50m，樁間距1.00m，樁長(zhǎng)18～20m，由水泥攪拌樁和樁間土組成的復(fù)合地基土工參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 樁間距1.00m復(fù)合地基強(qiáng)度指標(biāo)

4.3 加固后邊坡穩(wěn)定計(jì)算

主峰邊坡采用山坡加筋、地基處理后進(jìn)行邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算，通過(guò)加筋處理、水泥攪拌樁加固地基，兩方面綜合作用，北坡正常工況安全系數(shù)為1.58，地震工況為1.06，處理后的邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。填土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格控制加荷速率，并應(yīng)分層均勻緩填，嚴(yán)禁局部堆土過(guò)高。填土順序可先四周后中間，即先分層堆填反壓平臺(tái)，再由外至里均勻鋪填。

X37-TV223

B

1673-8853(2014)06-0016-02

寧保輝（1986-），男，研究生，主要研究為邊坡加固，滲流數(shù)值模擬方向等。

2014-01-09

劉長(zhǎng)垠）