某巖質邊坡支護體系設計計算實例

尹傳忠，張可能

（中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410011）

某巖質邊坡支護體系設計計算實例

尹傳忠，張可能

（中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410011）

文章以桑植縣某巖質建筑邊坡支護設計工程為例，分別采用經典土壓力方法、平面滑動方法與考慮外傾結構面滑動計算土壓力方法對支護結構計算分析比較，考慮外傾結構面滑動計算土壓力方法更加經濟合理，且與實際施工情況較吻合，為類似工程設計起到一定的借鑒意義。

巖質邊坡；樁錨支護；計算方法

1 引 言

隨著我國城市化進程的進一步推進，城市建設用地越來越緊張，為開辟建設用地，對山地進行切方，形成大量人工邊坡。這種邊坡的特點是規模較小，土質邊坡坡高一般在 15m以下，巖質邊坡坡高一般在30m以下，且為節約用地，垂直開挖采用樁錨支護體系的項目很多，巖土支護結構一般采用荷載結構法計算，巖質邊坡支護理論計算中關于邊坡的破壞模式、側壓力的計算、計算模型的選取均與土質邊坡有較大區別，本文并以桑植縣某巖質邊坡支護設計為例，對順層巖質邊坡樁錨支護體系計算方法進行具體介紹。

2 工程概況

桑植縣某巖質邊坡支護項目工程場地原始地貌單元為丘陵緩坡及沖溝，場地部分地段在開挖整平中，原始地形已改變。場地南側現為一切方邊坡，高約4～13m，長約75m，邊坡走向約104°，坡向14°，坡度約 45～60°。其坡頂現地面標高約為 297.43～302.80m，坡腳現地面標高約為287.05～292.80m。邊坡坡頂現砌有一高約2.0m的圍墻，其墻后約5m處有一棟1層建筑物及一棟5層建筑物（基礎型式均為天然基礎，基礎埋深約2.00m）。

擬建項目正負零標高為283.50m，設2層地下室，地下室基坑底標高按274.20m考慮，場地整平過程中將對場地南部邊坡進行切方，邊坡最大高度約為19.00m，加上基坑深度，最大高度達 28.30m。場地周邊環境條件如下。

圖1 場地周邊環境圖

3 場地工程地質條件

根據巖土工程詳細勘察報告，與基坑邊坡有關的地層有人工填土、第四系沖洪積粉質粘土、卵石、第四系殘積粉質粘土、三疊系強風化泥質粉砂巖與中風化泥質粉砂巖。邊坡巖體結構面主要為巖層層面和二組節理裂隙，巖層產狀為348°∠44°，兩組節理裂隙產狀為：第一組L1：64°∠84°；第二組L2：5°∠61°，節理裂隙面光滑平整，多呈閉合狀。相關支護參數見表1。

地層設計參數表 表1

4 邊坡支護方案

根據周邊環境條件、巖土工程條件及基坑支護深度的不同，將本基坑邊坡分為 AB、BC、CD、DE、EF及FA共6段。基坑FA段采用自然放坡，坡面采用素噴混凝土保護；邊坡基坑AB、BC、CD、EF段采用樁錨支護；基坑邊坡DE段上部采用采用錨索結合肋梁支護，下部采用樁錨支護。典型支護剖面CD段支護圖如下：

圖2 典型支護剖面圖

5 支護結構分析計算

現行規范規定巖土設計一般采用荷載結構法進行，因此巖土壓力計算方法選擇正確與否關系到整個支護方案合理性。當前，國內外對土壓力的計算一般采用著名的庫侖公式與朗金公式。上述公式基于極限平衡理論，要求支護結構發生一定的側向變形，若擋墻的側向變形條件不符合主動極限平衡狀態條件時，則需對側向巖土壓力進行修正，其修正系數依據經驗確定。但巖質邊坡受結構面影響，若不加區分土體與巖體的不同，要么導致支擋結構設計偏于保守，要么導致設計不安全。如巖質邊坡內傾、巖體完整時會使邊坡設計造成很大的浪費，而當巖體內存在外傾軟弱結構面時邊坡支護結構會偏于不安全，《建筑邊坡工程技術規范》根據巖石邊坡的破壞模式分別給出巖石壓力的計算方法：

①對無外傾結構面的巖質邊坡，以巖體等效內摩擦角按側向土壓力方法計算側向巖石壓力；破裂角按45°+φ/2確定，Ⅰ類巖體邊坡可取75°左右。

②當有外傾硬性結構面時，應分別以外傾硬性結構面的參數按6.3.1條的方法和以巖體等效內摩擦角按側向土壓力方法計算，取兩種結果的較大值；除Ⅰ類邊坡巖體外，破裂角取外傾結構面傾角和45°+φ/2兩者中的較小值。

③當邊坡沿外傾軟弱結構面破壞時，側向巖石壓力按6.3.1條計算，破裂角取該外傾結構面的視傾角，同時應按本條1和2款進行驗算。

本邊坡巖體結構面主要為巖層層面和二組節理裂隙，巖層產狀為348°∠44°，兩組節理裂隙產狀為：第一組L1：64°∠84°；第二組L2：5°∠61°。該段邊坡走向約109°，對邊坡最不利的結構面為巖層面348°∠44°，邊坡為順層巖質邊坡，視傾角為42.4°。

對樁錨支護體系分別采用土壓力公式、按以穩定性為基礎的平面滑動理論（滑塊當作剛體，只考慮錨索作用，支護樁的作用無法同時考慮）以及考慮外傾結構面巖石壓力理論分別進行了計算，其計算結果統計見表2。

三種理論計算結果統計表 表2

根據以上計算結果分析可知，按經驗公式計算結果最小，按平面滑動理論計算結果最大，按考慮沿外傾結構面滑動主動巖石壓力理論計算結果適中。分析其原因為：

按經驗公式理論未考慮到巖石邊坡具有外傾軟弱結構面的影響，在有外傾軟弱結構面的情況下，計算結果偏于不安全；按平面滑動理論未考慮支護樁的作用，計算結果偏大，設計上偏于保守；按考慮沿外傾結構面滑動主動巖石壓力理論能首先計算出巖石壓力荷載，再將樁錨支護體系采用荷載結構法（彈性法）計算分析，考慮了支護樁的作用及軟弱結構面的影響，計算結果合理，與現場實際施工情況相吻合。

竣工照片

4 結束語

由于巖質邊坡的復雜性，巖質建筑邊坡支護設計不可盲目套用傳統的土質邊坡支護計算模式，必須從地質調查入手，查清巖質邊坡的破壞模式，對巖質邊坡樁錨支護結構選取合適的計算方法。

［1］GB50330—2013建筑邊坡工程技術規范［S］.

［2］工程地質手冊編委會.工程地質手冊（第四版）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2007.

［3］楊光華.深基坑支護結構的實用計算方法及其應用［M］.北京：地質出版社，2005.

［4］周棟梁，張天友.巖質邊坡側壓力問題初探［J］.地下空間與工程學報，2011（12）.

［5］方玉樹.邊坡支護結構荷載取值問題研究［J］.工程地質學報，2007（5）.

U213.1+58

B

1007-7359（2016）02-0132-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.045

尹傳忠（1979-），男，高級工程師，注冊土木（巖土）工程師，專業方向：巖土工程勘察、設計及施工。