某边坡支护工程设计探讨

摘要：边坡支护工程的设计应根据场地的工程地质，水文地质条件及环境因素，综合考虑其可行性、安全性、经济性，并应根据施工过程的地质情况和变形监测情况随时进行校核、修改。

关键词：边坡；支护结构；格构式；锚杆；动态设计

1工程概况

本边坡支护工程位于某中学校园内，场地原为一无名山丘，坡脚已建有学生宿舍一栋，饭堂一栋。学生宿舍高六层，框架结构，天然地基基础；饭堂高三层，框架结构，天然地基基础。现学校拟将山丘削平降低，拓宽场地后建设学生活动中心。拟建的学生活动中心高六层，采用框架结构，天然地基基础。

场地的规划设计如图1。边坡北段：坡脚为运动场，地面标高16.300m，下部设有毛石

重力式挡土墙，高约2.000m，往上为自然斜坡；边坡南段：坡脚为学生宿舍及饭堂，地面标高为12.000m，下部在距饭堂约3m处设有毛石重力式挡土墙，高约4.500m，往上为自然山体。

根据规划设计，拆除原有的毛石挡土墙，重新修建支护结构，支护结构的（坡顶）位置距拟建的学生活动中心最近处6.000m，支护结构的底部位置距饭堂最近处10.000m。支护结构分二段：AB段：坡脚标高16.300m，坡顶标高22.300m，高差6.000m；BC段：坡脚标高12.000m，坡顶标高22.300m，高差10.300m。

颜凯良

（台山市晋石地质勘察有限公司 广东台山 529200）

摘要：边坡支护工程的设计应根据场地的工程地质，水文地质条件及环境因素，综合考虑其可行性、安全性、经济性，并应根据施工过程的地质情况和变形监测情况随时进行校核、修改。

关键词：边坡；支护结构；格构式；锚杆；动态设计

1工程概况

本边坡支护工程位于某中学校园内，场地原为一无名山丘，坡脚已建有学生宿舍一栋，饭堂一栋。学生宿舍高六层，框架结构，天然地基基础；饭堂高三层，框架结构，天然地基基础。现学校拟将山丘削平降低，拓宽场地后建设学生活动中心。拟建的学生活动中心高六层，采用框架结构，天然地基基础。

场地的规划设计如图1。边坡北段：坡脚为运动场，地面标高16.300m，下部设有毛石

重力式挡土墙，高约2.000m，往上为自然斜坡；边坡南段：坡脚为学生宿舍及饭堂，地面标高为12.000m，下部在距饭堂约3m处设有毛石重力式挡土墙，高约4.500m，往上为自然山体。

根据规划设计，拆除原有的毛石挡土墙，重新修建支护结构，支护结构的（坡顶）位置距拟建的学生活动中心最近处6.000m，支护结构的底部位置距饭堂最近处10.000m。支护结构分二段：AB段：坡脚标高16.300m，坡顶标高22.300m，高差6.000m；BC段：坡脚标高12.000m，坡顶标高22.300m，高差10.300m。

2地层结构

勘察工作是在削坡施工完成后进行。在勘探孔揭露的深度范围内，边坡所处场地的岩土层如下：

①层粉质粘土：为泥岩风化残积土，可塑～硬塑，主要分布于场地西面，揭露厚度1.20～5.00m；

②层全风化砂质泥岩：坚硬，揭露厚度2.30～10.50m；

③层强风化砂质泥岩：坚硬程度为极软岩，揭露厚度2.50～6.80m。

3支护结构方案的确定

需要考虑以下几个因素：

可行性：根据场地的现状、工程地质、水文地质条件及施工技术、材料供应等条件，研究方案是否可行。

安全性：包括支护结构自身的安全及周边建（构）筑物由于边坡支护结构的施工及建成后的使用的安全。支护结构自身的安全由设计计算确定。但周边建（构）筑物的安全涉及的问题比较多，也往往被设计人员忽略。要详细勘查清楚边坡塌滑区范围现有及拟建建（构）筑物的结构形式、基础类型。分析边坡支护结构施工及建成后的使用与现有及拟建建（构）筑物的相互影响，采取措施避免或减少这些相互影响的不利因素，协调一致。

经济性：对各种支护结构类型进行经济技术比较。

经过上述可行性、安全性、经济性的分析。综合考虑，确定最终实施的支护方案。

对于本边坡工程，AB段高差6.000m，高度不大，坡体的土质较好，采用重力式挡土墙方案较合理，且现场拆除原有挡土墙后有大量毛石，能充分利用现有的材料，节省工程造价。

BC段高差为10.300m，可考虑采用的结构形式有：扶壁式挡墙、排桩悬臂式挡墙及格构式锚索挡墙。

三种结构形式的比较：

扶壁式挡墙：经初步计算，墙高11.500m（基础埋深1.200m），底板宽5.500m，扶壁间距4.0m，每延米的混凝土用量15m3，钢筋用量0.5t，每延米造价2万元。基础从支护结构的边线向坡体内开挖3.500m。由于坡顶拟建的学生活动中心距支护结构的边线最近处只有6.000m，预估独立柱基础宽约2.000m，则独立柱基础边线与支护结构基础的边线的水平距离只有1.500m，支护结构基础开挖将形成一高差11.500m的边坡，施工期间按1:1放坡，则放坡范围将宽至拟建学生活动中心范围内9m，由此而产生一系列的问题：一是土方量巨大，二是将原学生活动中心场地的原状土挖开再回填，回填土的固结沉降将使地面下沉、开裂，三是学生活动中心工程须采用桩基础（人工挖孔桩），且桩端与支护结构基础底面的高差要小于两者水平距离的1/2。由此可见，采用扶壁式挡墙，钢筋、混凝土用量大，造价高；土方开挖，回填量大、回填土沉降固结引起地面开裂；同时，拟建的学生活动中心工程由采用天然地基基础改为采用人工挖孔桩基础，增加的工程造价50元/m2，综上所述，本工程采用扶壁式挡墙方案不够合理。

排桩悬臂式挡墙：初步计算采用人工挖孔桩，桩径1500，桩长18m，桩距4.0m，桩间挡土板平均厚300mm，每延米混凝土用量（桩及挡土板）约12m3，钢筋2.5t，每延米造价2.8万元。人工挖孔桩施工进度慢，每天只能挖1m，挡土板的施工需要支模，桩身凸出支护结构外，影响美观，另外桩顶位移大（初步验算约50mm）引致墙顶地面开裂。

格构式锚索挡墙：经计算，采用4道锚杆，锚孔直径φ160，锚杆长18m，钢绞线4φs15.2，面板厚120mm，每延米造价1.5万元。格构式锚索挡墙采用逆作法施工，一边从坡顶地面向下削坡，一边支护，施工安全。由于一层层地施工锚索并施加预应力，边坡和坡顶均不会产生水平位移。

通过上述的分析比较，扶壁式挡墙造价高，施工难度大，会引致地面开裂；排桩悬臂式挡墙造价高，工期长；格构式锚索挡墙造价最低，工期也较短。本工程最终确定采用格构式锚索挡墙方案。

设计计算

根据本工程的岩土工程勘察报告，坡体各岩土层的边坡稳定验算指标如下：1层粉质粘土：重度γ=18.7KN/m3,粘聚力c=33kPa，内摩擦角φ=16°；2层全风化砂质泥岩重度γ=19.1KN/m3,粘聚力c=39kPa，内摩擦角φ=25°

计算采用理正岩土系列的边坡稳定分析软件进行。锚杆的水平间距2.800m，计算简图如图2。

计算结果：最不利滑动面滑动圆心O=（-5.740，13.330）（m），滑动半径R=14.513（m），滑动安全系数Ks=1.48。

5.设计中需要考虑的几个因素

5.1稳定安全系数的取值

由于本边坡工程坡顶有拟建的学生活动中心，坡脚有学生宿舍、饭堂，都是位于边坡塌滑区内的重要建筑物，按照《建筑边坡工程技术规范》的规定，本边坡工程的安全等级为一级，边坡稳定安全系数为1.30，另据规范第5.3.1条的要求，破坏后果极严重的边坡工程，其稳定安全系数宜适当提高。因此，在设计计算中稳定安全系数提高到1.48。

5.2 相邻建（构）筑物的影响

边坡支护工程的设计要充分考虑支护结构的施工及建成使用与相邻建（构）筑物的相互影响。本工程坡脚的学生宿舍、饭堂与支护结构有一定的距离，可以认为没有影响。坡顶拟建的学生活动中心由于距离很近，应考虑建筑物基础底的附加应力对边坡支护结构的影响及考虑边坡支护工程施工对建筑物地基的影响。由于本支护结构及学生活动中心工程还未建设，因此，设计时相互协调，使学生活动中心的基础埋深与边坡支护结构的水平距离符合一定的要求，保证学生活动中心工程的基底附加压力不影响到支护结构，也保证支护结构的施工及建成后的使用不影响建筑物的地基稳定。

6.结论

6.1边坡支护工程的设计应综合考虑其可行性、安全性、经济性，并通过多种结构形式的分析比较才能得出一种安全可靠、技术先进、经济合理、施工简便的实施方案。

6.2边坡支护工程的设计应充分考虑其施工及建成使用期间与相邻建（构）筑物与环境的相互影响，做到协调一致。

6.3边坡支护工程的设计应采用动态设计法，根据边坡施工过程的地质情况和变形监测情况随时进行校核，修改。

本边坡工程已于2009年3月建成并交付使用，经施工及使用期间的多次监测，变形情况未见异常。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开