关于高填土的边坡治理设计说明

冯 武 女

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.山西省煤炭建设监理有限公司，山西 太原 030006)

关于高填土的边坡治理设计说明

冯 武 女1,2

(1.太原理工大学，山西 太原 030024； 2.山西省煤炭建设监理有限公司，山西 太原 030006)

分析了山西阳曲燃气热电联产工程的水文地质条件，对高填土边坡治理方案进行了计算分析，制定了相应的施工方法，并总结了关于复杂高填土方面的边坡治理方式，分析了各方式的优缺点，为类似工程提供借鉴。

高填土，边坡治理，片石挡墙，扶壁式挡墙

1 工程概况

山西阳曲燃气热电联产工程为2台F级燃机组成的燃气—蒸汽联合循环热电联产机组，厂址位于阳曲县境内。

拟建场地所处地貌单元为黄土低山丘陵区黄土斜坡地貌。厂区地势总体上较平缓，中部略高于东、西侧，由于场地由原电厂老厂区南部和厂区西部的煤矸石堆组成，两处场地间的局部地段为黄土冲沟，沟谷深30 m左右(相应最低标高914 m左右)，整体上地面标高一般945.0 m～947.0 m。

该场地西侧原为煤矸石堆积边坡，自燃现象严重，灭火加固时，在煤矸石边坡周围采用分层碾压素土封闭矸石山，回填方量约11万m3，在该场地北侧形成了高约29 m的人工高边坡。坡底现分布有杏沟村居民住宅区，窑洞和临建。为了坡下人员安全和环保特殊要求，需对该高填土边坡进行勘察和支护治理设计。

该地段所处地貌单元为黄土低山丘陵区黄土斜坡地貌。地势总体上较平缓，中部略高于东、西两侧，场区西南部场地由煤矸石堆积组成，该地段与东山电厂现厂址之间地段为黄土冲沟，沟谷深30 m左右(相应最低标高914 m左右)，沟顶部地面标高945.0 m～947.0 m。

该人工高填土边坡位于黄土冲沟内，呈“U”形，冲沟走向为东南—西北，其西侧为低矮的黄土梁，北侧为东山矿储煤场场地。

阳曲县地处山西省中部太原盆地北端，属北暖温带重半干旱气候，季风环流交替明显，冬半年(11月～次年3月)受西伯利亚冷空气控制，盛行偏北气流，寒冷、干燥；夏半年(4月～10月)受南来的太平洋副热带高压侵入，盛行偏南气流，温高湿重。气候年际变化大，境内多雨年雨量曾达749 mm，少雨年仅有180 mm。无霜期最长年份202 d，最短年份仅117 d。气温年平均7.8 ℃～10.3 ℃，最热年可达9 ℃～11 ℃，最冷年只有7 ℃～9 ℃。全年主导风向为偏北风，冬季多西北风。

每年7月～8月是降水高峰期，降水量占全年总量的60%以上。年平均降水量459.5 mm，日最大降水量183.5 mm，年平均蒸发量约800 mm。最大冻深77 cm。

2 高填土边坡现状调查

该高填土边坡第二次回填时间为2014年3月底～7月中旬，施工时经机械简单碾压，填料包括粉土、粉质粘土、部分建筑垃圾和矸石等，形成了边坡顶部宽度约110 m，底部宽65 m，坡高为27 m～44 m，边坡坡度为1∶1.5左右。坡面为自然堆积，靠近坡面部位极为松散，可见块石、建筑垃圾等。坡底西侧有一排民居窑洞，西北侧有临时住房。

3 边坡地层情况

在该边坡范围内，垂直于边坡方向布置了4条勘探线，通过野外钻探，查明了该边坡范围地层分布情况，坡顶处的钻孔揭露地层为人工填土、第四纪更新世地层及沉积岩；坡底处的探井揭露地层主要为第四纪上更新世地层。

④泥岩(P)：褐黄～紫红色，砂质泥岩，强风化状，岩芯呈短柱状，较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

3.1 地下水

场区内钻孔未揭露地下水，但大气降水、场地排水的畅通情况对“填土边坡的稳定性”影响较大，应引起设计人员的重视。

3.2 土体的抗剪强度

对填土边坡内采取的土样(粉土和粉质粘土)进行直剪试验得出，其抗剪强度参数离散性较大，取其最小平均值为c=22.5，φ=20.0°。

鉴于该高填土边坡物质组成极不均匀，主要成分有粉土、粉质粘土、碎石、建筑垃圾等，虽经机械简单碾压，但压实系数难以保证，边坡现状坡度约为34°，根据坡体自然稳定状态，取安全系数为1.0，通过软件反算得出天然状态下抗剪强度指标为c=10，φ=28°。饱和状态下进行折减75%计算，故根据经验和反演计算综合进行取值，抗剪强度指标取值见表1。

表1 岩土的物理力学性质

4 高填土边坡稳定性分析

4.1 边坡工程安全等级

该高填土边坡高度约27 m～33 m，高度大于15 m，属于土质边坡；坡底有民房，窑洞，破坏后果很严重，根据GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范表3.2.1及表5.3.1确定，该高填土边坡安全等级定为一级，且属永久性边坡，边坡稳定安全系数取1.30验算。

4.2 边坡稳定性计算

理正软件计算:

根据地质剖面建立边坡的二维模型，采用理正软件进行模拟计算，分别计算了两种工况：工况一自然状态(仅考虑岩土体自重)；工况二暴雨状态(考虑岩土体饱和)。两种工况均考虑地震作用。

稳定性计算结果表明：高填土边坡在自然状态下，安全系数为1.190，小于规范要求的安全系数1.30，边坡处于极限平衡状态；在暴雨状态下，土体达到饱和，抗剪强度降低的情况下，其安全系数为0.836，边坡处于失稳状态。

5 治理方案

5.1 设计原则和思路

建议首先完善坡顶、坡面、坡脚等处防、排水系统，防止大气降水冲刷边坡、灌入边坡体内或软化坡脚。同时边坡剪应力增量主要集中在坡脚处，变形主要集中在坡脚至边坡高度一半处，应针对边坡的这些薄弱部位进行加强处理，这也符合边坡治理设计中遵循的“强腰固脚”原则。

本次设计思路为坡面采用错台放坡处理，坡率为1∶1.50，坡脚处设置桩板挡墙及扶壁式挡墙等刚性结构对坡脚进行加强处理。坡面防护采用空心砖铺设护面，空心砖内植草绿化。

5.2 设计方案

根据地形图，根据边坡高度的变化，在坡脚处采用桩板挡墙和扶壁式挡墙进行“固脚”设计，坡面采用1∶1.5坡率放坡，中间设置平台。

第一平台标高923.00 m，第二平台标高931.00 m，第三平台标高937.0 m，坡顶标高944.0 m，平台宽度5 m～3.0 m。

1)AB段抗滑桩设计。

桩板挡墙设计段为AB段，该段长度约16.0 m，坡底标高为912.0 m，第一平台高度为923.0 m，相差11.0 m，该段采用1.0 m×1.5 m方桩，间距2.5 m，桩顶设置冠梁。抗滑桩悬臂11.0 m，嵌岩段约11.0 m，桩身悬臂段设计两道预应力锚索，锚索长度30.0 m，桩与桩之间设计混凝土板支挡。

2)BC段扶壁式挡墙设计。

该地段坡底标高为917.0 m，距离第一平台(923.0 m)高差为6.0 m，该段设计采用扶壁式挡墙，长度约46.0 m，高度为6.0 m。该段地基土为粉土，承载力较低，故扶壁式挡墙底板基础采用桩基处理，设计2排桩，三角形布置，桩径1.2 m，横向间距4.0 m，排间距3.0 m，桩长以桩端进入基岩不少于4.0 m为控制原则。

3)CD段抗滑桩设计。

该段位于场地西北侧黄土梁附近，填土边坡底距离窑洞不足12.0 m，为了保护黄土梁西北方向的老百姓黄土窑洞的稳定，该段设计2排抗滑桩处理，桩径1.2 m，间距2.5 m，桩顶采用冠梁连接，每两根抗滑桩进行连接组成“门式”结构共同抵抗填土边坡对黄土梁产生的主动土压力，以保护窑洞的安全使用。

4)DE段片石挡墙设计。

对DE段采用浆砌片石挡土墙，挡墙总高度3.0 m，砌体材料采用耐风化且新鲜的砂岩、灰岩，其强度为MU30，砌体水泥砂浆标号为M7.5。片石砌体灰缝均设凸缝，每15 m设一道伸缩缝，变形缝宽度20 mm，内塞沥青木板。在墙体上设PVC(直径100 mm)泄水孔。泄水孔的水平间距2.0 m，竖向间距1.0 m。

5)坡面防护设计。

本次设计坡面防护响应绿色环保边坡设计原则，坡面坡率为1∶1.50，坡面首先进行整平、压实后，整个坡面均采用空心砖铺设，并在空心砖内植草绿化，平台处采用浆砌片石护面，并在平台上植树绿化。

6)防、排水设计。

本次设计边坡顶部、平台处均设有截水沟，采用素混凝土材料，截面尺寸500 mm×450 mm，坡底采用片石截水沟，截水沟断面为1 200 mm×850 mm。局部地段设置钢筋混凝土跌水沟。

总之，保证坡外大气降水不流进边坡体内，保证坡面有序排水。

5.3 设计后边坡稳定性计算

坡面分级验算：

按设计坡率1∶1.5放坡、错台后，对每一级坡面进行检算，然后对扶壁式挡墙施工临时形成的坡面及扶壁式挡墙进行了整体验算，其抗滑移、抗倾覆验算均满足设计要求。

6 施工管理

边坡治理工程的施工不同于一般工程的施工，有其特殊性和突发性，在施工工艺、施工顺序等环节安排不当，就可能导致边坡滑塌、片帮等土体的失稳，极易造成人员伤亡事故。因此，该边坡的施工要具有更详细、更严密的施工组织设计，更严格的施工措施和科学的施工方法。该边坡治理工程施工要求如下：

1)贯彻“动态设计、信息化施工”原则。

应掌握施工现场的地质情况、施工情况和变形情况、应力监测的反馈信息，必要时对设计做校核、修改和补充。

2)施工变形监测。

边坡治理施工阶段应对施工段的坡体加强监测变形观测，并对支护结构进行变形监测。

坡顶或坡面的位移观测主要是为了了解坡体地表水平位移和沉降情况，应用设置地面观测网的方法进行监测。根据有关规范和本边坡的安全设防要求，本边坡的变形监测等级应选定为二级，控制网的布设按JGJ 8-2007建筑变形测量规程第三、四章确定，监测内容应包括施工过程中边坡坡面水平位移和竖向位移；竣工后一个自然年边坡坡面水平位移和竖向位移。

应根据JGJ 8-2007建筑变形测量规程中的有关规定选择测量仪器及施测方法。水平位移采用精度不低于DJ2经纬仪的设备观测，竖向位移采用不低于DS1级水准仪进行观测。

根据实际测量数据对边坡工程作出险情预报，本边坡工程变形报警值如下：累计边坡水平位移大于50 mm(或大于边坡高度0.2%)，或连续3 d水平位移速率达到2 mm/d；竖向位移达到50 mm，连续3 d沉降速率达到1 mm/d。

位移观测工作结束后及时整理和检查外业观测数据，并提供水平位移成果表、垂直位移成果表、位移速率、时间、位移量曲线；并分析对边坡稳定性的技术影响。

3)完善的施工组织设计。

施工之前应充分了解边坡的性质、规模、状态及设计图纸，根据现场实际情况编制详细的施工组织设计，尤其是雨季施工，以确保施工期间边坡的稳定性。

4)施工顺序和方法。

边坡坡面施工顺序为从上至下分级进行。上一个坡面施工完再进行下一个坡面的施工。

AB段抗滑桩的施工应优先进行，采用人工方式成孔，做好护壁等安全措施。成孔后立即灌注，及时增加支撑力。

施工到坡底三级平台时，首先应开挖扶壁式挡墙施工场地，并且保证临时边坡的稳定性，在进行桩基础和扶壁式挡墙的施工完毕后，按设计回填至边坡高度。

最后再做防排水设施，修砌坡顶、平台、坡脚等截水沟。

[1] 王瑞刚.降雨作用下高填土质路堤边坡的渗流稳定分析[J].中国公路学报，2009(13)：76-78.

[2] 张从明.公路边坡治理措施及安全评价方法[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3] JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].

[4] 交通部公路科学研究所.天津—塘沽地区软土的公路工程特性及硬壳层的利用(研究报告)[R].1985.

[5] 龚晓南.复合地基[M].杭州：浙江大学出版社，1992.

[6] 张剑锋，童祤湘.岩土工程勘察设计手册[M].北京：水利电力出版社，1992.

[7] 李永红.边坡处理的方案优化和动态设计与研究[J].山西建筑，2013，39(9)：49-50.

On high-filling slope treatment design

FENG Wu-nv1,2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiCoalConstructionInspectionCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper analyzes the hydrological conditions of Yangqu gas-fire cogeneration project of Shanxi, calculates and analyzes the high-filling slope treatment scheme, makes respective construction methods, sums up slope treatment approaches on the complicated high-filling soil, and analyzes advantages and disadvantages of those approaches, so as to provide some reference for similar projects.

high-filling soil, slope treatment, flag retaining wall, buttressed retaining wall

1009-6825(2014)30-0078-03

2014-08-16

冯武女(1985- )，女，在读工程硕士，助理工程师

TU413.62

A