某产业园边坡防护工程设计

赵得程 夏浪 张望

摘要：本论文从工程地质和土力学基本理论和相关规范出发，结合工程实例，通过对本段高边坡工程地质条件、稳定性进行分析，提出设计方案，从而保护高边坡的稳定性，保护坡脚建筑物和居民的生命财产安全，改善生态环境，减少水土流失，美化城市景观。

Abstract： Based on the basic theory of engineering geology and soil mechanics and related specifications， and combined with engineering examples， this paper analyzes the engineering geological conditions and stability of this section of high slope， and puts forward the design scheme， so as to protect the stability of high slope and the safety of slope foot buildings and residents' life and property， improve the ecological environment， reduce soil erosion and beautify the urban landscape.

關键词：边坡;工程地质;稳定性

Key words： slope;engineering geology;stability

中图分类号：U418.5+2                                 文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）36-0190-03

0  引言

由于我国经济和社会的快速发展，我国正处于高速建设时期，对于中大型城市、山区来讲，可用的建设用地越来越少，大量的城市建设延伸到山地，开挖山体形成大量不稳定边坡，危及人们的生产、生活安全。边坡防护有多种方式，如何科学的设计出合理的、安全的支护结构，同时兼顾经济性是边坡设计重要内容。

本文就某产业园边坡防护工程设计为例，对其工程地质条件、稳定性进行评价，从而提出支护设计方案。

1  工程地质条件

1.1 场地地形、地貌

本场地原始地貌属低山丘陵地貌，地形起伏较大，原始地表坡度15°～45°，一般15°～25°。一期工程边坡形成后，长度约722m，主要分为7坡段：

1-1'剖面（AB段）109m，2-2'剖面（BE段）162m，3-3'剖面（EH段）73m，4-4'剖面（BT段+UV）66+60m=126m，5-5'剖面（HI段）81m，6-6'剖面（IP段）171m，7-7'剖面（PR段）58m，RS段54m参照AB段1-1'剖面支护，整个支护设计中除厂区周边开挖形成边坡外，还包含了厂区两级平台之间回填边坡的支护设计工作，即包括了BT段+UV段回填边坡的支护设计，支护边坡总计848m。

1.2 场地岩土的构成与特征

现场开挖剖面表明，本场地地层构造简单，据其成因、物质组成、物理力学性质及工程特性不同，自上而下可划分为2个岩土层。第1层耕植—残积土（Qel+ml）;第2层泥质粉砂岩（K1wl）。现分述如下：

①粉质粘土（Qel+dl）：普遍分布。根据勘探揭露，一般厚0.5～1.8m，局部谷底较厚达5～6m，为表层风化残积土，粉质粘土成分，含植物根系。黄褐色，稍湿～干燥，呈可塑粘性土状。

②泥质粉砂岩（K1wl）：主要为浅红褐色泥钙质胶结粉砂岩，局部为灰白色钙质胶结细砂岩，夹红褐色泥质粉砂岩夹层。岩石具层理构造，碎屑结构，主要矿物成份为石英、长石和白云母等。岩层厚度10～100cm，一般20～60cm，层状结构，倾向120°、倾角4～5°。岩层较完整，裂隙少，挖掘困难，锤击易碎，岩体较完整，为软岩。

2  边坡工程岩土工程分析与评价

2.1 边坡稳定性分析

边坡岩体结构为层状结构。坡面表层的裂隙，主要受挖山爆破因素控制。坡面风化、高边坡应力集中因素，也对坡面裂隙有加剧影响。岩层中的泥质成分为相对软弱层，相对容易风化。风化裂隙与节理裂隙、岩层层面，共同作用切划岩体，使局部产生跨塌或岩石崩落，成为边坡不稳定的主要因素。地区经验表明，此类边坡在自然状况下能够稳定，但是岩面风化严重，随着时间推移，表层岩石的风化强烈，陆续出现三种破坏：①表层残积土滑落;②岩石掉块;③局部崩落。经过初步计算，本边坡处于稳定状态。

2.2 边坡处理措施与边坡设计参数

根据边坡规范之规定，本边坡推荐之坡率容许值为1：0.35～0.50，本边坡实际的坡率较小，不满足规范之坡率法自稳条件。

根据宜昌市本地经验及该边坡的地质特征，本岩石边坡采用传统的锚喷支护。当稳定性计算足够时，即可采用构造锚杆加以坡面维护;当稳定性计算不够时，即应精密计算锚杆和坡面受力。

故建议岩石部分的边坡，应清除坡面破碎区的岩块，清除之后的完整边坡，可采用锚杆坡面维护。当无法清除破碎区的岩块时，考虑破碎区的锚杆受力。

坡顶之耕植-残积土，在雨水和外力震动（如锚杆震动施工）作用下，易于垮塌滑移。建议边坡处理应注意自上而下进行，先应做好表层土的稳定。建议采用毛石墙支挡、局部挖除、土钉墙等措施。

做好支护结构及场地的排水措施;做好坡顶的绿化覆盖措施。

根据宜昌市城区的经验以及岩土工程勘察试验成果，综合确定边坡支护设计参数见表1、表2。

锚杆设计时，按下表3参数进行计算。

计算中选取了6个典型的地质剖面1-1'、2-2'、3-3'、6-6'、7-7'作为计算分析剖面进行计算。先用岩质边坡赤平投影计算模块判定了岩体稳定性，再用简单的平面滑动法计算了该岩质边坡的稳定性。其中地质剖面1-1'、3-3'、7-7'等3个剖面的稳定类型为较稳定的，稳定性计算安全系数K值在1.35至1.74;地质剖面2-2'、6-6'两个剖面的稳定类型为稳定的，计算安全系数K均大于2.0。本边坡整体稳定性满足规范要求，详细计算过程见计算书。

设计主要考虑对坡体表面破碎岩体的清除以及对岩体风化剥落的支护治理。據勘察资料，本边坡主要为岩质边坡，人工开挖过程中的次生裂隙是造成岩体破坏的主要因素，边坡岩体松动圈厚度一般1-1.5m，因此，建议挂网锚杆设计长度大于2m。

3  治理工程设计

3.1 边坡稳定性计算分析

3.1.1 岩质高边坡稳定性分析

根据地质勘察报告，本边坡的破坏模式有三种类型：①表层残积土滑落;②岩石掉块;③局部崩落。

本边坡坡顶表层为风化残积土厚度仅0.5～1.8m，表层残积土滑落这一问题在设计中可通过削坡使其稳定系数达到规范要求。岩石掉块和局部崩落主要发生在本边坡的泥质粉砂岩层中，主要为岩质边坡。边坡稳定性计算采用理正岩土计算软件中的岩质边坡稳定分析软件。计算中选取了5个典型的地质剖面1-1'、2-2'、3-3'、6-6'、7-7'作为计算分析剖面进行计算。先用岩质边坡赤平投影计算模块判定了岩体稳定性，再用简单的平面滑动法计算了该岩质边坡的稳定性。经岩质边坡赤平投影计算模块判定，地质剖面1-1'、3-3'、7-7'等3个剖面的稳定类型为较稳定的，稳定性计算安全系数K值在1.35至1.74;地质剖面2-2'、6-6'两个剖面的稳定类型为稳定的，计算安全系数K均大于2.0。经简单平面滑动法计算分析，本边坡整体稳定性满足规范要求。

设计主要考虑对坡体表面破碎岩体的清除以及对岩体风化剥落的支护治理。

3.1.2 土工格栅回填边坡稳定性验证

承载力极限状态下加筋土结构的复合失稳模式如下：

①筋材断裂;②沿筋材之间土层滑移;③沿筋材表面滑移。

运用刚体极限平衡理论中简化Bishop方法对土工格栅墙进行内部整体稳定性分析：

稳定性的系数决定于每层格栅在潜在滑移面处的拉力，取其长期抗拉强度设计值和锚固段抗拔力的小值进行计算验证。RS50HDPE型土工格栅的蠕变试验结果为：外推100年以上，变形在10%时，此格栅的蠕变强度（Tc）为极限抗拉强（Tult）的40.02%。实测Tult=52.5kN/m，则Tc=52.5*40.02%=21.1kN/m，以4-4'为计算剖面，最不利工况选择50年一遇暴雨，将抗拉强度最小值带入计算式，求得稳定性系数Fs=1.89，达到回填边坡稳定性要求。

3.2 治理工程方案设计

3.2.1 防护方案选择

本边坡岩体结构为层状结构。岩层中的泥质成分为相对软弱层，相对容易风化。风化裂隙与节理裂隙、岩层层面，共同作用切划岩体，使局部产生跨塌或岩石崩落，成为边坡不稳定的主要因素。

坡面表层的裂隙，主要受挖山爆破因素控制。坡面风化、高边坡应力集中因素，也对坡面裂隙有加剧影响。坡面受影响区域（1.0～1.5m范围），被裂隙分割之岩块，有掉落之现场痕迹。但由于裂隙并不上下贯通，大规模滑坡的可能性不大。

根据本岩质高边坡的自身特点，拟采用锚杆挂网喷射混凝土护坡的措施进行防治。同时辅以坡面松动岩体清除、坡面排水孔、护脚墙及设置截、排水沟的综合防护措施。

3.2.2 防护方案布置

本场区边坡共分为2种类型，即场区周边开挖边坡（AS段）和场区公寓平台人工回填边坡（BT、UV两段），防护方案布置如下：

开挖边坡全坡段进行坡面清理，清除已松动、破碎的岩体。对清坡后的坡面采用锚杆挂网喷射混凝土支护。整个护坡区域设置排水孔;沿边坡边界布置周边截水沟，坡脚设排水沟及花坛，种植常青类爬墙植物爬山虎或油麻藤等进行绿化，坡顶坳谷处设纵向截水沟与坡脚排水沟相连。其中IR段为阶梯状边坡，每级内侧坡脚分别设置护脚墙、排水;p沟，外侧设护栏，将建成场区景观区，防护栏采用石材景观护栏。全坡段坡顶边界处设2.0m高防护栏杆，防止人畜翻越，发生安全事故。

回填边坡在施工过程中采用土工格栅加筋土挡墙，坡比控制在1：0.3，坡脚设置护脚墙+花坛+排水沟，坡顶设置安全护栏。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.GB50021-2001，岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]中华人民共和国国家标准.GB50021-2002，建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]郑颖人.边坡与滑坡工程治理[M].人民交通出版社，2010.