水泥廠山坡地邊坡防護(hù)及結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

宣奇辰

摘要：本文筆者結(jié)合某水泥廠典型邊坡實(shí)例，對(duì)其邊坡防護(hù)和結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，可供參考。

關(guān)鍵詞：山坡地；邊坡防護(hù)；加固設(shè)計(jì)

一、 水泥廠山坡地邊坡特征

水泥廠因運(yùn)行過程排放的污染物對(duì)環(huán)境危害較大，因此廠址通常選擇在山區(qū)丘陵一帶。當(dāng)水泥廠建于山區(qū)時(shí)，需要對(duì)山頂?shù)貛нM(jìn)行削山處理，保證山頂平坦適于建廠，在丘陵一帶需要填充土石方，對(duì)丘陵進(jìn)行整平處理。因水泥廠建設(shè)地勢(shì)復(fù)雜多變，因此，對(duì)于水泥廠建設(shè)的邊坡處理需要重點(diǎn)關(guān)注一下環(huán)節(jié)：

（1）邊坡常有運(yùn)輸車輛或行人經(jīng)過，流動(dòng)量大，因此，需要確保邊坡堅(jiān)固可靠，提高車輛和行人安全性。

（2）因建設(shè)場(chǎng)地地勢(shì)多變，在建設(shè)過程中根據(jù)對(duì)工藝需要、地形條件等因素的綜合分析，選擇邊坡坡度。

（3）當(dāng)水泥廠建于山頂，需要運(yùn)輸機(jī)輸送物料的情況下，水泥廠應(yīng)嚴(yán)格把握邊坡位移，防止因位移導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)傳送帶受力不均而斷裂。

（4）當(dāng)水泥廠建設(shè)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)特殊的情況下，應(yīng)考慮土質(zhì)對(duì)邊坡建設(shè)的影響，對(duì)邊坡做好維護(hù)工作。

二、邊坡防護(hù)與結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

1 區(qū)域土質(zhì)膨脹下的邊坡設(shè)計(jì)

某新建水泥廠選址于丘陵地帶，地勢(shì)復(fù)雜高程多變，將場(chǎng)地整平需要消耗大量人力物力。因此，選擇梯形平臺(tái)進(jìn)行水泥廠建設(shè)，將原場(chǎng)地整平成幾個(gè)大的梯形平臺(tái)，水泥廠建于平臺(tái)之上，各平臺(tái)邊坡高度在10米左右，選擇半挖半填節(jié)省土石方用量。

與此同時(shí)，在水泥廠選址的西南部預(yù)留出兩塊空地，作為二期建設(shè)用地，用于石灰石調(diào)勻場(chǎng)地，為水泥生產(chǎn)原料做預(yù)處理準(zhǔn)備工作。該調(diào)勻場(chǎng)選址處有兩座小山，同時(shí)選址處位于山坡下坡位置，整平過程可將兩座小山做削減，利用挖土回填的原理將土石方填補(bǔ)到下坡處。在挖土石方過程中所形成的兩段挖方邊坡，分別標(biāo)記為A區(qū)和B區(qū)，本文僅對(duì)A區(qū)進(jìn)行論述，B區(qū)內(nèi)容可以參見A區(qū)。

1.1工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程地質(zhì)情況，該場(chǎng)地地層從上至下依次為：

（1）人工填積素填土（Q ）：褐黃色灰白色，主要由黏性土組成。呈稍濕、松散～稍密狀態(tài)。

（2）第四系殘積+坡積（Qa）黏土，上部棕褐色，下部褐黃色，含少量鐵錳結(jié)核及氧化物。呈稍濕、硬塑狀態(tài)，為中等脹縮土 （在高邊坡處，此層未發(fā)現(xiàn)有膨脹性）。

（3）強(qiáng)風(fēng)化泥巖淺灰色～灰色，主要礦物成分為水云母、蒙脫石等黏土礦物，巖芯呈柱狀，為強(qiáng)脹縮土。

（4）中風(fēng)化泥巖：灰色，主要礦物成分為水云母、蒙脫石等黏土礦物。巖芯呈長柱狀，較完整。

（5）強(qiáng)風(fēng)化砂巖：褐灰色～灰綠色，主要礦物成分為石英、長石、云母等，巖芯呈柱狀。

1.2水文地質(zhì)條件

邊坡場(chǎng)地內(nèi)主要為上部滯水和基巖裂隙水.勘察范圍內(nèi)未見穩(wěn)定的地下水，可不考慮地下水的影響。

1.3設(shè)計(jì)理念

在定性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合定量計(jì)算，對(duì)此膨脹土邊坡采用差別化治理措施。（1）對(duì)于高度較小的五級(jí)六段人工邊坡，在廠區(qū)條件許可的情況下，盡量放緩坡率，采用先進(jìn)的柔性支擋設(shè)計(jì)理念，堅(jiān)持“封閉包蓋、保濕防滲、以柔治脹”的技術(shù)理念。成功的膨脹土邊坡防護(hù)措施應(yīng)是能有效保持邊坡土體天然含水量的穩(wěn)定，保持邊坡土體足夠的抗剪強(qiáng)度，且防護(hù)措施應(yīng)能適應(yīng)膨脹土邊坡所產(chǎn)生的變形而不至于破壞。（2）對(duì)于高度較大的石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)邊坡.采用深層錨固和坡面淺層加固綜合防治，確保邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。深層錨固目的是將有滑動(dòng)趨勢(shì)的滑動(dòng)體整體錨固于深層穩(wěn)定土體中.淺層加固主要是將表面松散結(jié)構(gòu)固結(jié)，錨固技術(shù)具有較大延性，既能順應(yīng)膨脹土的脹縮變形。又由于其錨固作用，限制邊坡的最大位移，與膨脹土具有良好的耦合協(xié)調(diào)。

1.4加固前穩(wěn)定性驗(yàn)算

計(jì)算時(shí)取A區(qū)典型斷面，坡體單位寬度1m。計(jì)算后斷面在天然工況下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為1.178.在暴雨工況下的安全系數(shù)為0.951。邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)小于規(guī)范要求，需要進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。由

于邊坡在開挖前處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此取剩余下滑力與土壓力兩者的最大值作為設(shè)計(jì)荷載。經(jīng)計(jì)算比較后.剩余下滑力大于土壓力，在暴雨工況下，安全系數(shù)取 1.10.最大剩余下滑力達(dá)到574kN/m。

1.5邊坡防護(hù)與結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)

（1）對(duì)于高度較小的五級(jí)六段人工邊坡.借鑒國內(nèi)外膨脹土邊坡防護(hù)的成功經(jīng)驗(yàn)，在本工程膨脹土邊坡防護(hù)中采用了土工膜+方格型截水骨架的防護(hù)措施，并輔以邊坡外部的排水設(shè)置通過土工膜的鋪設(shè)，隔絕坡面、坡頂雨水的人滲，防止雨水入滲而引起的邊坡土體天然含水量變化：使膨脹土表面大氣影響區(qū)內(nèi)的土體保持相對(duì)的穩(wěn)定，防止土體風(fēng)化而產(chǎn)生裂隙.導(dǎo)致強(qiáng)度的衰減。坡面鋪設(shè)土工膜前，在邊坡表面挖骨架槽，并將土工膜嵌到槽內(nèi)，然后澆筑漿砌片石，并在相應(yīng)的骨架部位上砌排水溝槽，整體上就形成了膨脹土邊坡的里外排水系統(tǒng)。

同時(shí)，漿砌片石骨架將對(duì)坡面的沖刷分成了若干小格.形成“格室”效應(yīng).每一骨架內(nèi)的水流在該范圍內(nèi)通過相應(yīng)的排水溝槽排走消散。由于骨架的存在，將膨脹土邊坡表層分為若干小格，削弱了坡面的整體膨脹性，進(jìn)一步提高邊坡的穩(wěn)定性。漿砌片石骨架砌好后，在每一骨架內(nèi)覆土種植草皮，一方面可以防止土工膜受大氣影響產(chǎn)生老化，另一方面通過表面覆植好土.可緩解膨脹土超固結(jié)性對(duì)邊坡開挖的影響。

（2）對(duì)于高度較大的石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)邊坡。參考在當(dāng)?shù)嘏蛎浲吝吰轮ёo(hù)使用效果良好的錨固技術(shù)。采用格構(gòu)框架+深層支護(hù)錨索及淺層支護(hù)錨桿.框架內(nèi)植草，可利用強(qiáng)勁的植物根系固土.緩解氣候和水對(duì)膨脹土的影響.使邊坡土體含水量相對(duì)穩(wěn)定，避免土體因反復(fù)的干濕作用造成的強(qiáng)度衰減 。

該廠區(qū)邊坡經(jīng)歷一個(gè)雨季多場(chǎng)暴雨的考驗(yàn)，邊坡穩(wěn)定且生態(tài)效果良好，證明邊坡防護(hù)是成功的。

1.6錨索設(shè)計(jì)

目前市面上錨索種類較多，本文只針對(duì)壓力分散型錨索進(jìn)行闡述。該類型錨索具有分散加載在錨索上的壓力的功能，在建設(shè)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)較軟的條件下應(yīng)用較多。結(jié)合水泥廠選址自然環(huán)境狀態(tài)，本設(shè)計(jì)選用壓力分散型錨索進(jìn)行安裝操作。選用承載力為200kN的錨索連接各鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.7錨拉樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）在水泥廠中，物料堆棚常采用高站臺(tái)低貨位方式，可在保證儲(chǔ)量的同時(shí)減少占地面積。此車間正好位于邊坡坡腳前緣.高站臺(tái)低貨位的存在削弱了樁前土體所能提供的錨固力，加大了邊坡治理難度。一

般站臺(tái)高差在7m～8m，高差段的支護(hù)往往采用扶壁式擋土墻與物料堆棚結(jié)構(gòu)一起設(shè)計(jì)減去墻踵板的寬度。以及考慮土體在擋土墻施工前形成約45。的破裂面.最終構(gòu)成底寬約18m的梯形被動(dòng)土壓力區(qū)，其將作用于抗滑樁前，提供抗滑力。錨拉樁所受力為：

1）樁后水平推力： ， 僅為滑裂面的水平傾角。

2）樁前被動(dòng)土壓力（抗力）： 。

3）錨固段地層提供的抗力：將錨固段作為彈性地基梁計(jì)算。

（2）作為主體抗滑結(jié)構(gòu)，在邊坡下部設(shè)置一排直徑61.6米圓形C30預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁（由于邊坡所在地區(qū)嚴(yán)禁使用人工挖孔樁，因此設(shè)計(jì)為施工較為方便的圓形機(jī)械成孔灌注樁），中心距3.2m.樁長215m.樁頂設(shè)一束承載力200kN的預(yù)應(yīng)力。壓力分散型錨索，且用連梁聯(lián)結(jié)，提高其整體剛度。

三、結(jié)論

綜上所述，本文得出以下三個(gè)結(jié)論：

（1）水泥廠多建設(shè)在山丘上，為建設(shè)增加了困難性。因此，在建設(shè)過程中應(yīng)對(duì)區(qū)域地勢(shì)地貌進(jìn)行充分了解，注意坡度、坡腳對(duì)廠房建設(shè)的限制，對(duì)地勢(shì)低洼處可考慮挖補(bǔ)回填的方式以節(jié)省土石方用量，在建設(shè)過程中注意邊坡位移對(duì)傳輸機(jī)的影響、廠區(qū)車間緊鄰坡腳的建設(shè)要點(diǎn)等內(nèi)容。

（2）膨脹土因土質(zhì)松軟，建設(shè)水泥廠應(yīng)采用剛性支護(hù)，防止廠房下陷影響正常工作運(yùn)行，在建設(shè)初期，應(yīng)對(duì)土壤性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)不同土質(zhì)選擇相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案。

（3）當(dāng)覆蓋層厚度較大時(shí)，因壓力分散型錨索和錨拉樁聯(lián)合使用的新型結(jié)構(gòu)具有更高的固定效果，因此被更廣泛的采用。