坡率法在邊坡中的應用

申 震，王成保

(1.貴州大學土木建筑工程學院;2.中原工學院建筑工程學院)

1 引 言

在邊坡工程支護結構設計中，通常根據邊坡所處的不同環境選折不同的支護結構。常用的支護結構形式有擋土墻、抗滑樁、錨桿(索)、坡面噴漿、坡率法以及上述簡單結構聯合使用的錨索+抗滑樁、錨桿+噴射混凝土、錨桿+坡率法等形式。擋土墻由于其體積大、造價高、穩定性差、對地基承載力要求高等因素在使用上受到一定的限制，通常用在高度比較低、不重要工程、非地震區。錨桿+噴射混凝土支護結構主要用于邊坡高度不高、坡比略緩、開挖后自身穩定性滿足要求的風化巖石邊坡。格構錨索支護結構主要用于高陡挖方邊坡和直立邊坡。坡率法是通過控制邊坡的高度和坡度之間的關系而使邊坡不需要整體加固就能達到自身穩定的一種處理方法。其原理是使邊坡對所有可能的潛在滑動面的下滑力和阻滑力處于安全的平衡狀態。

2 坡率法的穩定性分析

2.1 工程概況

貴陽某文化園道路邊坡場地位于巖質低山緩坡山脊、鞍部，屬溶蝕低中山地貌，地勢起伏較大，坡面傾向東。邊坡支護區原始地面高程1 113.2 ～1 151.0 m，自然條件下場地及其周圍無滑坡、崩塌、泥石流等地質災害存在，根據設計道路通道開挖后，將在道路西側形成高約15 m 巖質邊坡。

擬建場地下伏基巖為三疊系花溪組(T2h)白云巖，灰、灰白色、局部淺磚紅色，薄－中厚層狀，巖體完整程度較破碎。擬建場區內無斷層經過，地層分布連續，呈單斜狀產出東，對場地出露巖石進行測量，巖層傾向80°，傾角54°，巖體基本質量等級為IV 級。鉆探結束后，對所施工的54 個鉆孔水位進行觀測(鉆探結束24 h 后)，場地鉆探孔內均為干孔，說明鉆探深度范圍內無地下水。

2.2 參數分析

由鉆孔資料可知此邊坡在進行建模運用軟件計算時不考慮地下水的影響。邊坡傾向150°，邊坡走向60°，屬于切向坡。巖體完整程度較破碎，根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330－2013)5.2.3 條規定，滑裂面采用圓弧滑動面。巖體基本質量等級為IV 級，巖石重度r=25.0(kN/m3)，內摩擦角取φ=15°，粘聚力C=35(kPa)，邊坡工程安全等級為一級。

2.3 穩定安全系數影響因素分析

(1)邊坡分級的影響

在坡率法中，對邊坡穩定安全系數的影響因素有很多，主要包括邊坡高度、放坡斜率、放坡級數以及每級之間的馬道寬度。其中邊坡高度是客觀情況不受人為控制，因此，不做過多的贅述。利用理正巖土分析軟件邊坡穩定分析模塊，計算安全系數，滑裂面形狀采用圓弧滑動面，自動搜索最危險滑裂面。如圖1 所示邊坡示意圖，圖中所示為三種開挖情況，土方開挖量相同。實線為設置一級邊坡，點劃線為設置兩級邊坡，虛線為設置三級邊坡。分析不同級數對邊坡穩定安全系數的影響，如圖2 所示，當設置一級邊坡時穩定安全系數明顯不滿足要求，設置兩級邊坡時穩定安全系數有了明顯的提高，設置三級邊坡時穩定安全系數滿足要求。因此，當用坡率法穩定安全系數不滿足要求時可通過調節邊坡開挖級數來達到設計要求。

圖1 邊坡示意圖

圖2 級數對比圖

(2)馬道寬度的影響

當設置多級邊坡時考慮馬道對穩定安全系數的影響，如圖3 所示，在馬道寬度一定時邊坡穩定安全系數隨坡率的加大而增大，根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330－2013)可知本邊坡要求的最小安全系數是1.35，結合圖1 當邊坡穩定安全系數不滿足要求時可通過增大放坡斜率來實現;另外，馬道寬度對邊坡穩定安全系數的影響是顯著的，本文列舉了三種馬道寬度設計值進行對比，馬道寬度為2 m時，放坡坡率為1.343 可滿足要求，馬道寬度為4 m 時，放坡坡率為1.090 可滿足要求，馬道寬度為6 m 時，放坡坡率為0.900 可滿足要求。因此可知，對于比較高的邊坡當穩定安全系數不滿足要求且放坡條件有限時可適當增加馬道寬度來滿足要求。

圖3 馬道寬、坡率對比圖

(3)坡面綠化的影響

坡率法是通過刷坡使邊坡坡度更緩，易綠化。植被護坡技術與傳統的護坡方法相比具有明顯的優勢。植被護坡不僅具有美化環境、恢復生態的作用，同時其加固邊坡的效果也相當明顯。但是在不同的邊坡上植被的存活難易程度不同，運用植被護坡時要根據邊坡坡面的巖土性質，結合氣候條件等因素選折合理的植被才是關鍵。考慮植被對邊坡穩定性的影響時可以用邊坡滑移面上的穩定性系數K 表示

式中:c'R為邊坡根系對土體加強作用下土體的有效粘聚力增量，kN/m2;θ 為植物根系與滑裂面的夾角，°;W 為植被重量荷載，kN/m2;T 為滑裂面上根的抗拉力，kN/m;D 為平行于邊坡的風荷載，kN/m。

植被護坡主要是增大了土體的粘聚力和根系的抗拉作用，考慮此因素由公式可知K 值明顯增大。

3 結 論

邊坡支護的形式很多，每種形式都有各自的優缺點，根據邊坡的地質條件、施工環境等因素選折合適的方法是關鍵。當有放坡條件時應優先選用坡率法。另外，對于一些環境要求高，比如本項目文化園道路邊坡采用坡率法，同時應用主動柔性防滑網進行支護。放坡坡率、放坡級數、植被選用都對邊坡的穩定安全系數有影響。科學、合理的進行選折才能體現出設計的價值。

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