濮阳市堆山工程高边坡设计加固方案分析

□宁保辉 □李文亮（河南省水利勘测设计研究有限公司）

□曾令昕（郑州大学土木工程学院）

濮阳市堆山工程高边坡设计加固方案分析

□宁保辉 □李文亮（河南省水利勘测设计研究有限公司）

□曾令昕（郑州大学土木工程学院）

利用水库开挖弃料堆筑山体，营造城市景观，在规划范围内填筑高约40m的山体。山体边坡呈现南缓北陡，北侧紧邻濮范高速。由于地基及填筑土料质量较差，且北坡坡脚距离濮范高速最近仅20m，工程场区又位于地震基本烈度Ⅶ度区，场区地震动峰值加速度为0.15g，边坡抗滑稳定安全系数不满足要求，通过采用边坡加筋，地基水泥土搅拌桩加固处理，保证了工程的顺利实施，工程应用至今完好。

堆山工程；高边坡；加固；方案

1 工程概况

根据濮阳市新区建设整体规划，在濮阳市引黄灌溉调节水库北侧濮范高速以南规划一座人造山体，利用水库开挖弃料约1500万m3进行山体填筑，形成人造山体景观，与水库交相辉映，为濮阳市新区增设一个新的亮点。

堆山体场区位于规划中的经八路、北环路、京开大道和濮范高速之间，由5个山峰组成，总体东西向展布，堆山区域东西长约6.40km，南北宽230～340m，山峰高度30～40m，主峰堆高约40m，为整座山体的顶峰。

2 工程地质

自然地面下20.00m勘探深度范围内，场区地层由第四系全新统（Q4）冲积物构成，为粘砂多层结构，共分5个土体单元，分别为砂壤土、中粉质壤土、砂壤土、粉质粘土、粉砂。自然地面下20m勘探深度范围内未见地下水。场区地震动峰值加速度为0.15g，相当于地震基本烈度为Ⅶ度区，地震稳定性较差。工程区场地土的类型为中软土，建筑场地类别为III类，地基土的卓越周期为0.49～0.50s。

堆山工程采用的水库开挖弃料混合料力学参数建议值及分层土料力学参数建议值见表1、表2。

表1 场区混合料力学参数建议值表

表2 场区分层土料力学参数建议值表

3 边坡稳定计算

3.1 计算工况

参考《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）、《水电水利工程边坡设计规范》（DL/T5353-2006），综合考虑边坡滑塌危害等因素，堆山体边坡抗滑稳定最小安全系数为：一是正常工况（持久状况），允计设计安全系数为1.30；二是地震工况（偶然状况），允计设计安全系数为1.05。

3.2 边坡塌滑区范围计算

边坡塌滑区范围按下式估算：L=H/tgθ

式中：L为边坡坡顶塌滑区边缘的水平投影距离（m）;H为边坡高度，取最高堆山高度40m；θ为边坡的破裂角（°），对于土质边坡可取45+φ/2；φ为土体的内摩擦角，取混合料内摩擦角20°。经计算，边坡坡顶塌滑区边缘的水平投影距离为28m。

3.3 计算分析

山体共绵延6.40km，各山峰堆土高度为30～40m，堆山体整体呈现北陡南缓，北坡坡脚距离距濮范高速最近处仅有20m，南坡较缓，距开阳路有足够的安全距离，因此对北坡正常工况、地震工况进行计算，对南坡仅对正常工况进行计算。采用简化毕肖甫法对主峰进行边坡稳定计算，北坡正常工况安全系数1.32、地震工况0.86，南坡正常工况1.83。北坡地震工况不满足要求，需进行加固处理。

4 边坡加固方案

4.1 土工格栅设计

由于土工合成材料需要长期埋在土中发挥作用，其强度会受到许多因素的影响，通常用折减系数法来确定材料的容许抗拉强度。在实验研究和工程实践的基础上，考虑到加工误差、施工损伤以及环境影响后，筋材长期允许抗拉强度，可按下式计算：

式中：Tc为双绞和钢丝网的极限抗拉强度；fm为考虑制造工艺以及大量数据推演的折减系数，取1.20；fd为施工损伤折减系数，砂土取1.05；fd为环境影响折减系数（考虑老化、生物降解、腐蚀等因素），取1.10。因目前国内尚无相应的试验检测标准，本次设计参考《土工格栅在砂土中的界面摩擦特性》一文中的试验数据，双向土工格栅在砂土中的界面摩擦特性指标为：c=14.16 kPa，f=0.15，φ=8.40°。经过筋材的抗拉强度验算和筋材抗拔出验算，确定土工格栅铺设垂直间距1m设计，端部采用土工布包裹，保护层厚度1.00m，根据计算结果，同时考虑施工方便，自上而下筋材分段采用不同长度，土工格栅长度20～70m不等。填料的压实程度能否达到设计要求是加筋工程成败的关键。加筋土力学性能的改善和稳定性的提高与填料的压实紧密相关，因此，堆山填料压实度≥0.96。

4.2 地基处理设计

对于局部边坡，堆山体进行加筋处理后，由表层滑动变为深层滑动，滑弧深入地基15m左右，抗滑安全系数不满足规范要求。为提高地基土抗滑能力，对深层滑动边坡进行地基处理，增强土体整体性，增加土体强度。处理范围为地基在深层滑弧内的部分，地基处理采用水泥搅拌桩法，桩长超过危险滑弧以下2m。抗滑稳定计算时，水泥搅拌桩复合地基根据工程经验，水泥掺和比为15%，实验得出的水泥土无侧限抗压强度通常不低于1.0 MPa，相当于C20混凝土轴心抗压强度的1/10，按同倍比原则，水泥土抗剪强度为110kPa。根据《地基处理手册》：用高压三轴仪进行剪切实验表明，水泥土的抗剪强度随抗压强度的增加而提高，当抗压强度约1.00MPa，其凝聚力Cp完全可达到100kPa以上，内摩擦角φp可达20～30°。复合地基强度指标Csp、φsp分别按下式计算：

式中：Cs、φs为天然土体强度指标；Cp、φp为桩身强度指标；Csp、φsp为桩身强度指标；m为桩土面积置换率，m=d2，d为桩身平均直径，de为根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，当桩位等边三角形布置时，de=1.05s，s为桩间距。经过试算，地基处理加固处理采用水泥土搅拌桩桩径为0.50m，桩间距1.00m，桩长18～20m，由水泥搅拌桩和桩间土组成的复合地基土工参数见表3。

表3 桩间距1.00m复合地基强度指标

4.3 加固后边坡稳定计算

主峰边坡采用山坡加筋、地基处理后进行边坡稳定验算，通过加筋处理、水泥搅拌桩加固地基，两方面综合作用，北坡正常工况安全系数为1.58，地震工况为1.06，处理后的边坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。填土时应严格控制加荷速率，并应分层均匀缓填，严禁局部堆土过高。填土顺序可先四周后中间，即先分层堆填反压平台，再由外至里均匀铺填。

X37-TV223

B

1673-8853(2014)06-0016-02

宁保辉（1986-），男，研究生，主要研究为边坡加固，渗流数值模拟方向等。

2014-01-09

刘长垠）