某高填深挖场地边坡防护工程设计研究

贺剑辉

(广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

场地边坡工程防护设计是构筑物施工设计的重要组成部分，受建设场地位置、地质条件等因素的影响，需要设计人员在场地边坡防护工程设计过程中，科学完善边坡工程防护设计，进而提高构筑物的施工质量并保证以后的运营安全。文章以某构筑物建设场地高填深挖人工边坡为例，针对场地边坡防护工程设计研究进行了探讨，突出场地边坡设计要素，进而确定场地挖方及填方边坡防护工程加固设计方案。

1 工程概况

拟建构筑物场地为低山丘陵地貌，地势东低西高。场地东侧为山间谷地，谷地冲洪积物堆积，较为平整，现为耕地，标高约为35 m；西侧山脊标高为90～140 m，整体起伏较大，场地坡度约为20°～30°，局部超过40°。高填深挖人工边坡场地地貌单元单一、地形简单。场地植被发育，主要为桉树林、竹子、灌木等。根据区域地质及钻探勘察资料，覆盖层地层岩性主要为第四系人工填土层(Q4ml)杂填土、第四系冲洪积(Q4al+pl)淤泥质粉土及第四系残坡积(Q4el+dl)粉质黏土；下伏基岩为白垩纪下统上组(K1b)泥质粉砂岩。

2 场地边坡工程评价

自然边坡岩土体主要由粉质黏土、全-微风化泥质粉砂岩组成，边坡岩土体分布不均匀，岩土层分界面起伏大，局部基岩直接裸露。边坡整体坡向为72°，坡度约为40°。场地挖方区进行放坡开挖后，将形成10～40 m高的土岩结合边坡，边坡设计开挖坡度按45°考虑。边坡岩层产状为303°∠25°，主要节理为101°∠68°、203°∠60°，岩层倾向与边坡坡向呈反倾关系，边坡稳定性较好。根据边坡坡向、岩层面及节理裂隙产状绘制赤平投影，如图1所示。按赤平投影进行稳定性分析：产状S0与节理J1组合边坡基本稳定，产状S0与节理J2组合边坡稳定，节理J1与节理J2组合边坡稳定。

由于边坡上部的粉质黏土及全风化泥质粉砂岩结构较为松散，强降雨时受雨水冲刷，局部易沿岩土分界面产生小规模滑塌；坡体中部主要为强风化泥质粉砂岩，岩体裂隙很发育-发育，在风化、植物根劈等作用下均可使岩体结构产生破坏。

3 场地边坡与挡土墙设计方案

3.1 边坡防护工程设计原则

边坡支护设计应根据周边环境条件及边坡高度，确定边坡安全等级；对由于土体位移可能引起的周围建筑、构筑物、地下管线产生的危害加以预测，并提出安全、经济、技术合理的支护措施[1-2]；防止过量的地层移动对周围建筑和管线造成危害。

边坡支护结构的嵌固深度除满足支护体系整体稳定性、抗隆起、抗倾覆等稳定性的要求外，还应参照类似工程的设计、施工经验综合考虑，以确保边坡的稳定及周边环境的安全。边坡支护结构分析应与边坡支护结构实际施工和工作状态相符合，采用平面杆系结构弹性支点法进行分析，按照“先变形，后支撑”的原则进行支护结构计算，其最终控制设计的位移与内力值为各工况计算结果的包络值。

边坡支护结构的设计应与工程类比理论计算相结合，并采用信息化设计和施工，在既有资料和地质勘察报告的基础上开展施工前的预设计，遵循动态设计与信息施工的原则组织设计与施工。由于设计依据的不确定性，需要在施工过程中实时监测、分析、预测、反分析和进行动态设计，在施工过程中优化设计，调整可能存在的不足[3-4]。

3.2 场地边坡排水设计

拟建场地深挖高填边坡西侧有基本农田、高压塔，东侧有基本农田，需要根据情况对边坡进行加固防护，采用坡率法进行放坡。坡顶设置截水沟，边坡平台设置平台排水沟，坡面设置急流槽，将坡面水收集排至坡脚明沟。场地内周边设置排水明沟，场地内及边坡临时排水就近排放至场地边现状道路排水设施。

3.3 填方边坡加固方案

填方边坡应选择级配良好的砂土或碎石类土作填料，不得使用淤泥、耕土以及有机质含量>5%的土。填方应分层填筑且采用堆填摊铺，分层回填夯实，每层厚度不大，在填方前应根据填料种类及其物理性质和施工条件，合理选择压实机具，确定施工方案。填筑时应由最低一层台阶填起，并分层压实，然后逐台向上填筑，如图2所示。

图2 填方边坡设计典型断面图

场地东侧填方边坡坡底为基本农田，为防止填方边坡侵入基本农田，在填方段设置加筋格宾挡土墙。挡墙基底采用换填法进行地基处理，设置的加筋格宾挡土墙长度约为355 m，挡墙平均高度为15 m，挡墙面墙坡比为1∶0.2。加筋格宾是由0.8 m×1 m的六边形双绞合机编金属网片制成的加筋网箱结构，如图3所示。在工程现场向面墙网箱内填充石料，筋带范围内压实填土，形成柔性、透水的整体性结构。

图3 加筋格宾挡土墙示意图

3.4 挖方边坡加固方案

挖方边坡施工应采取自上而下、分段跳槽施工。开挖过程中应注意疏导排水；避免堵截壅水造成相邻土体浸水软化，威胁边坡整体稳定。为避免占用场地西侧基本农田及拆除现状高压塔，在西侧挖方坡脚设置仰斜式挡土墙及锚索桩板式挡土墙，以收缩边坡占地。拟设计仰斜式挡土墙及锚索桩板式挡土墙(西南角处设置锚索桩板式挡土墙)，仰斜式挡土墙长度共约165 m，墙高为2 ～7 m，平均墙高为6 m；锚索桩板式挡土墙长度约为86 m，冠梁及腰梁各设置一道预应力锚索；桩间距为3 m，桩总长为10.3～22.8 m，截面形状为圆桩，桩径为1.5 m。典型挖方边坡设计断面如图4所示。

图4 挖方边坡防护典型设计断面图(高压塔处)

4 边坡稳定性分析

本文采用Midas GTX/NX软件建立数值模型，对场地挖方以及填方边坡加固后进行数值分析，计算加固后的边坡稳定性系数、挖方边坡岩土层结构以及填土边坡的填土类型等岩土体物理力学参数取值如表1所示。由于挖方边坡坡形较复杂，本文对数值模型进行一定的简化，其预应力锚索及支护桩的力学参数如表2所示。

表1 岩土体物理力学参数取值表

表2 挖方边坡支护桩及预应力锚索力学参数表

填方及挖方边坡数值模型如图5、图6所示。天然工况下，填方边坡的整体稳定性系数为1.65，大于永久性边坡一般工况的规范值1.35，边坡处于稳定状态。挖方边坡未增加防护措施时整体稳定性系数为1.29，增加支护措施后，边坡的整体稳定性系数为1.58，大于永久性边坡一般工况的规范值1.35，边坡处于稳定状态。

5 结语

拟建场地边坡工程西侧及东侧均有基本农田，加之坡顶有高压电塔等构筑物，挖方及填方边坡防护工程设计需要考虑到更多的影响因素。为更好地体现场地边坡

图5 填方边坡网格划分图

图6 挖方边坡典型坡面网格划分图

防护工程设计水平，需要熟悉场地边坡的场地位置条件、工程地质条件以及防护设计原则及标准，并提出科学合理的场地边坡防护工程加固设计方案，进一步提升边坡工程防护设计能力，为类似场地工程边坡防护工程设计提供借鉴与参考。