浅山区边坡支护技术在张家口市某工程中的应用

毕全超 朱守芹 郭淑磊

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口075024;2.中国人民解放军92676部队)

1 前言

河北省张家口市，三面环山，城市发展建设用平地较少，伴随着大清河的治理以及城市外环路的通车，浅山区山中城的项目逐步得到了实施.然而城市快速路穿山而建，以前这里都是高度较低的浅山，经过不断的开凿，形成了中间路两旁山的状况.有的路旁山崖高度较低，坡角也不大，而且岩石坚硬且整体性较好，可以不进行工程支护.有的边坡岩质并不是太好，大多是松散的块状土或为全风化岩体，如果遇上雨量较大的时候，上部边坡很有可能发生崩塌，导致土石块伴随雨水跌落公路两旁，不仅对公路产生巨大的破坏，同时也严重的威胁到行车人的生命财产安全，所以，对于这样的边坡必须进行支护.

2 边坡失稳的破坏机理

边坡一般是倾斜坡面的土体或岩体，由于坡面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人为的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力.一般来说，如果边坡土(岩)体内部某一个面上的滑动力超过了土(岩)体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定;如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的.

3 边坡加固方案设计的原则

3.1 极限状态设计原则

边坡设计要解决的根本问题是在边坡的稳定与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最经济的途径使服务于工程的边坡满足稳定性和可靠性的要求.

3.2 荷载效应原则

在边坡稳定性分析与推力计算中以及在边坡支挡结构设计中，各种荷载效应组合应根据有关国家的现行规定，按照最不利的原则进行组合.

3.3 设计计算原则

在边坡工程设计中必须进行下列验算:支护结构强度计算;锚杆抗拔承载力和立柱与挡墙基础的地基承载力验算;支护结构整体或局部稳定性验算以及边坡变形分析等.

3.4 动态设计原则

由于边坡岩土介质的复杂性、可变性和不确定性，地质勘察参数难以准确确定，因此需要根据施工时反馈的信息和监控资料不断校核、补充和完善设计，这是目前边坡工程设计采用的较为科学的动态设计方法.

4 常用的边坡失稳防护技术

针对边坡破坏后果的严重性问题，国内外一些科研机构与工程建设单位投入了大量的精力开展了关于边坡失稳防护技术的攻关工作，并在一些高速公路、建筑工程中使用.这些失稳防护技术主要途径就是通过减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来防止边坡失稳.

常用的支护方法有挡土墙、土钉支护、抗滑桩、预应力锚固、三维植被网等，可根据工程实际适当选择一种或几种联合应用.

5 工程实例

张家口市某住宅小区二期工程，位于东外环内侧.在小区的最东端，由南向北建有五栋高层住宅.在这些住宅的东面就是东外环快速路，快速路面距小区院内路面高差约为13米，为了防止车辆对路基的压迫以及雨水的冲刷产生滑坡事故，必须对路面下边坡进行处理.根据极限平衡法对该边坡进行分析，该边坡是不稳定的，需进行加固处理，经分析计算拟设置重力式滑挡土墙.根据抗滑挡土墙的布置原则，一般将抗滑挡土墙布设在滑坡的前缘.

该边坡安全等级为I级，对于该滑坡体，拟采用重力式抗滑挡土墙措施.滑动面为折线形，按照滑动面的倾角将其化为两段，如图1所示.其土质均为无黏性土，内摩擦角均为 φ=25°，重度为γ=17.5kN/m3，.粘聚力c=0验算沿墙顶滑出的可能性时，墙后滑体的内摩擦角 ，粘聚力 φ=30°，.粘聚力c=0，γ=19kN/m3;墙前回填高度按2.2米考虑，γ=19kN/m3，φ=30°，.粘聚力c=0.墙体采用C20毛石混凝土，基础置于风化泥岩层上，其容许承载力为800kPa;墙底与泥岩摩擦系数取μ=0.4.要求滑动稳定系数Kc≥1.3，倾覆稳定系数KO≥1.6.

5.1 剩余下滑力的计算

滑坡推力的计算是在已知滑动面形状、位置和滑动面土抗剪强度指标的基础上进行的，采用不平衡推力传递系数法.计算结果见表1

表1 剩余下滑力计算表(Fst=1.2)

5.2 安全墙高的计算

根据推力计算中所拟定的墙高，自墙背顶点向下作与水平线成(45°－φ/2)倾角的Aa线与滑面相交于a点，并在此线以上每隔5°作出Ab，Ac，…等线，如图2，求算出这些虚拟滑面的剩余下滑力.计算结果见表2.

表2 剩余下滑力计算表

由以上表可以看出，剩余下滑力出现负值，说明上一块滑坡体处于稳定状态，所以拟定的墙高以及埋深是适当的.

5.3 抗滑挡墙尺寸拟定

根据上述计算，挡墙尺寸拟定如图3所示.

5.4 基本参数计算

根据上述滑坡推力的结果，下滑力为 ，方向与水平夹角成56.77°，作用点位于墙后滑坡体高1/2处.土压力计算中，墙前被动土压力采用郎肯土压力理论计算，墙后主动土压力采用库仑土压力理论进行计算，然后与滑坡推力进行比较，选大者进行计算.

① 挡土墙断面面积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墙前被动土压力(按郎肯土压力理论计算)

⑥墙后主动土压力(按库仑土压力理论计算)

由以上计算可知，应按滑坡推力来设计挡墙，以上数据见表3

表3 挡土墙土压力计算表

5.5 稳定性验算

5.5.1 抗滑稳定性验算

满足要求

5.5.2 抗倾覆验算

5.5.3 基底应力及合力偏心距验算

将竖向力∑N和水平方向力Ex分别按倾斜基底的法向分解:

倾斜基底法向力∑N＇对墙趾的力臂为Z＇N

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

5.6 墙身截面强度验算

5.6.1 法向应力及偏心距验算，如图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号片石混凝土)满足要求

5.6.2 应力验算

水平方向切应力验算，其受力面位于墙前地面处.=

为了加固挡土墙上部土体的强度，该工程还采用喷射混凝土加钢筋网的工艺.由于土体上部为公路，为了防止上部路面积水，在公路两旁修筑了排水管道，由塑料管向下延伸并且伸出坡体.挡土墙上部近十米高的边坡，大约在36m2的方形区域布置了九根排水管，每根管的距离大约是3m.然后在清理干净的坡体上喷射一层素混凝土，之后挂上钢筋网，再喷射一次素混凝土，这样，在重力式抗滑挡土墙的支护作用下，首先是阻止了坡体的下滑趋势，其次，在挡土墙的上部实施挂网喷射混凝土工艺，防止雨水冲刷、下渗，保证了坡面土体的稳定性.

6 结语

在张家口市浅山区的开发建设中，为了保证边坡的稳定性，多根据实际地质情况、工程情况采用不同的防护措施，或者是多种防护措施相结合，有效的保证了边坡的稳定.如何针对不同的地质环境和工程实际，采用怎样的支护技术，还有待于相关研究单位和工程建设单位进一步的深入研究，以保证在满足安全的前提下取得最大的经济效益.

［1］朱守明，刘平平.土力学.第2版.中国建筑工业出版社，2005

［2］黄淄滨.高边坡挡土墙稳定分析及方案优化［J］.南京;河海大学，2006

［3］文华.边坡加固方案的优化设计［D］.昆明;昆明理工大学，2004