關于高填土的邊坡治理設計說明

馮 武 女

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.山西省煤炭建設監理有限公司，山西 太原 030006)

關于高填土的邊坡治理設計說明

馮 武 女1,2

(1.太原理工大學，山西 太原 030024； 2.山西省煤炭建設監理有限公司，山西 太原 030006)

分析了山西陽曲燃氣熱電聯產工程的水文地質條件，對高填土邊坡治理方案進行了計算分析，制定了相應的施工方法，并總結了關于復雜高填土方面的邊坡治理方式，分析了各方式的優缺點，為類似工程提供借鑒。

高填土，邊坡治理，片石擋墻，扶壁式擋墻

1 工程概況

山西陽曲燃氣熱電聯產工程為2臺F級燃機組成的燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組，廠址位于陽曲縣境內。

擬建場地所處地貌單元為黃土低山丘陵區黃土斜坡地貌。廠區地勢總體上較平緩，中部略高于東、西側，由于場地由原電廠老廠區南部和廠區西部的煤矸石堆組成，兩處場地間的局部地段為黃土沖溝，溝谷深30 m左右(相應最低標高914 m左右)，整體上地面標高一般945.0 m～947.0 m。

該場地西側原為煤矸石堆積邊坡，自燃現象嚴重，滅火加固時，在煤矸石邊坡周圍采用分層碾壓素土封閉矸石山，回填方量約11萬m3，在該場地北側形成了高約29 m的人工高邊坡。坡底現分布有杏溝村居民住宅區，窯洞和臨建。為了坡下人員安全和環保特殊要求，需對該高填土邊坡進行勘察和支護治理設計。

該地段所處地貌單元為黃土低山丘陵區黃土斜坡地貌。地勢總體上較平緩，中部略高于東、西兩側，場區西南部場地由煤矸石堆積組成，該地段與東山電廠現廠址之間地段為黃土沖溝，溝谷深30 m左右(相應最低標高914 m左右)，溝頂部地面標高945.0 m～947.0 m。

該人工高填土邊坡位于黃土沖溝內，呈“U”形，沖溝走向為東南—西北，其西側為低矮的黃土梁，北側為東山礦儲煤場場地。

陽曲縣地處山西省中部太原盆地北端，屬北暖溫帶重半干旱氣候，季風環流交替明顯，冬半年(11月～次年3月)受西伯利亞冷空氣控制，盛行偏北氣流，寒冷、干燥；夏半年(4月～10月)受南來的太平洋副熱帶高壓侵入，盛行偏南氣流，溫高濕重。氣候年際變化大，境內多雨年雨量曾達749 mm，少雨年僅有180 mm。無霜期最長年份202 d，最短年份僅117 d。氣溫年平均7.8 ℃～10.3 ℃，最熱年可達9 ℃～11 ℃，最冷年只有7 ℃～9 ℃。全年主導風向為偏北風，冬季多西北風。

每年7月～8月是降水高峰期，降水量占全年總量的60%以上。年平均降水量459.5 mm，日最大降水量183.5 mm，年平均蒸發量約800 mm。最大凍深77 cm。

2 高填土邊坡現狀調查

該高填土邊坡第二次回填時間為2014年3月底～7月中旬，施工時經機械簡單碾壓，填料包括粉土、粉質粘土、部分建筑垃圾和矸石等，形成了邊坡頂部寬度約110 m，底部寬65 m，坡高為27 m～44 m，邊坡坡度為1∶1.5左右。坡面為自然堆積，靠近坡面部位極為松散，可見塊石、建筑垃圾等。坡底西側有一排民居窯洞，西北側有臨時住房。

3 邊坡地層情況

在該邊坡范圍內，垂直于邊坡方向布置了4條勘探線，通過野外鉆探，查明了該邊坡范圍地層分布情況，坡頂處的鉆孔揭露地層為人工填土、第四紀更新世地層及沉積巖；坡底處的探井揭露地層主要為第四紀上更新世地層。

④泥巖(P)：褐黃～紫紅色，砂質泥巖，強風化狀，巖芯呈短柱狀，較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

3.1 地下水

場區內鉆孔未揭露地下水，但大氣降水、場地排水的暢通情況對“填土邊坡的穩定性”影響較大，應引起設計人員的重視。

3.2 土體的抗剪強度

對填土邊坡內采取的土樣(粉土和粉質粘土)進行直剪試驗得出，其抗剪強度參數離散性較大，取其最小平均值為c=22.5，φ=20.0°。

鑒于該高填土邊坡物質組成極不均勻，主要成分有粉土、粉質粘土、碎石、建筑垃圾等，雖經機械簡單碾壓，但壓實系數難以保證，邊坡現狀坡度約為34°，根據坡體自然穩定狀態，取安全系數為1.0，通過軟件反算得出天然狀態下抗剪強度指標為c=10，φ=28°。飽和狀態下進行折減75%計算，故根據經驗和反演計算綜合進行取值，抗剪強度指標取值見表1。

表1 巖土的物理力學性質

4 高填土邊坡穩定性分析

4.1 邊坡工程安全等級

該高填土邊坡高度約27 m～33 m，高度大于15 m，屬于土質邊坡；坡底有民房，窯洞，破壞后果很嚴重，根據GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范表3.2.1及表5.3.1確定，該高填土邊坡安全等級定為一級，且屬永久性邊坡，邊坡穩定安全系數取1.30驗算。

4.2 邊坡穩定性計算

理正軟件計算:

根據地質剖面建立邊坡的二維模型，采用理正軟件進行模擬計算，分別計算了兩種工況：工況一自然狀態(僅考慮巖土體自重)；工況二暴雨狀態(考慮巖土體飽和)。兩種工況均考慮地震作用。

穩定性計算結果表明：高填土邊坡在自然狀態下，安全系數為1.190，小于規范要求的安全系數1.30，邊坡處于極限平衡狀態；在暴雨狀態下，土體達到飽和，抗剪強度降低的情況下，其安全系數為0.836，邊坡處于失穩狀態。

5 治理方案

5.1 設計原則和思路

建議首先完善坡頂、坡面、坡腳等處防、排水系統，防止大氣降水沖刷邊坡、灌入邊坡體內或軟化坡腳。同時邊坡剪應力增量主要集中在坡腳處，變形主要集中在坡腳至邊坡高度一半處，應針對邊坡的這些薄弱部位進行加強處理，這也符合邊坡治理設計中遵循的“強腰固腳”原則。

本次設計思路為坡面采用錯臺放坡處理，坡率為1∶1.50，坡腳處設置樁板擋墻及扶壁式擋墻等剛性結構對坡腳進行加強處理。坡面防護采用空心磚鋪設護面，空心磚內植草綠化。

5.2 設計方案

根據地形圖，根據邊坡高度的變化，在坡腳處采用樁板擋墻和扶壁式擋墻進行“固腳”設計，坡面采用1∶1.5坡率放坡，中間設置平臺。

第一平臺標高923.00 m，第二平臺標高931.00 m，第三平臺標高937.0 m，坡頂標高944.0 m，平臺寬度5 m～3.0 m。

1)AB段抗滑樁設計。

樁板擋墻設計段為AB段，該段長度約16.0 m，坡底標高為912.0 m，第一平臺高度為923.0 m，相差11.0 m，該段采用1.0 m×1.5 m方樁，間距2.5 m，樁頂設置冠梁。抗滑樁懸臂11.0 m，嵌巖段約11.0 m，樁身懸臂段設計兩道預應力錨索，錨索長度30.0 m，樁與樁之間設計混凝土板支擋。

2)BC段扶壁式擋墻設計。

該地段坡底標高為917.0 m，距離第一平臺(923.0 m)高差為6.0 m，該段設計采用扶壁式擋墻，長度約46.0 m，高度為6.0 m。該段地基土為粉土，承載力較低，故扶壁式擋墻底板基礎采用樁基處理，設計2排樁，三角形布置，樁徑1.2 m，橫向間距4.0 m，排間距3.0 m，樁長以樁端進入基巖不少于4.0 m為控制原則。

3)CD段抗滑樁設計。

該段位于場地西北側黃土梁附近，填土邊坡底距離窯洞不足12.0 m，為了保護黃土梁西北方向的老百姓黃土窯洞的穩定，該段設計2排抗滑樁處理，樁徑1.2 m，間距2.5 m，樁頂采用冠梁連接，每兩根抗滑樁進行連接組成“門式”結構共同抵抗填土邊坡對黃土梁產生的主動土壓力，以保護窯洞的安全使用。

4)DE段片石擋墻設計。

對DE段采用漿砌片石擋土墻，擋墻總高度3.0 m，砌體材料采用耐風化且新鮮的砂巖、灰巖，其強度為MU30，砌體水泥砂漿標號為M7.5。片石砌體灰縫均設凸縫，每15 m設一道伸縮縫，變形縫寬度20 mm，內塞瀝青木板。在墻體上設PVC(直徑100 mm)泄水孔。泄水孔的水平間距2.0 m，豎向間距1.0 m。

5)坡面防護設計。

本次設計坡面防護響應綠色環保邊坡設計原則，坡面坡率為1∶1.50，坡面首先進行整平、壓實后，整個坡面均采用空心磚鋪設，并在空心磚內植草綠化，平臺處采用漿砌片石護面，并在平臺上植樹綠化。

6)防、排水設計。

本次設計邊坡頂部、平臺處均設有截水溝，采用素混凝土材料，截面尺寸500 mm×450 mm，坡底采用片石截水溝，截水溝斷面為1 200 mm×850 mm。局部地段設置鋼筋混凝土跌水溝。

總之，保證坡外大氣降水不流進邊坡體內，保證坡面有序排水。

5.3 設計后邊坡穩定性計算

坡面分級驗算：

按設計坡率1∶1.5放坡、錯臺后，對每一級坡面進行檢算，然后對扶壁式擋墻施工臨時形成的坡面及扶壁式擋墻進行了整體驗算，其抗滑移、抗傾覆驗算均滿足設計要求。

6 施工管理

邊坡治理工程的施工不同于一般工程的施工，有其特殊性和突發性，在施工工藝、施工順序等環節安排不當，就可能導致邊坡滑塌、片幫等土體的失穩，極易造成人員傷亡事故。因此，該邊坡的施工要具有更詳細、更嚴密的施工組織設計，更嚴格的施工措施和科學的施工方法。該邊坡治理工程施工要求如下：

1)貫徹“動態設計、信息化施工”原則。

應掌握施工現場的地質情況、施工情況和變形情況、應力監測的反饋信息，必要時對設計做校核、修改和補充。

2)施工變形監測。

邊坡治理施工階段應對施工段的坡體加強監測變形觀測，并對支護結構進行變形監測。

坡頂或坡面的位移觀測主要是為了了解坡體地表水平位移和沉降情況，應用設置地面觀測網的方法進行監測。根據有關規范和本邊坡的安全設防要求，本邊坡的變形監測等級應選定為二級，控制網的布設按JGJ 8-2007建筑變形測量規程第三、四章確定，監測內容應包括施工過程中邊坡坡面水平位移和豎向位移；竣工后一個自然年邊坡坡面水平位移和豎向位移。

應根據JGJ 8-2007建筑變形測量規程中的有關規定選擇測量儀器及施測方法。水平位移采用精度不低于DJ2經緯儀的設備觀測，豎向位移采用不低于DS1級水準儀進行觀測。

根據實際測量數據對邊坡工程作出險情預報，本邊坡工程變形報警值如下：累計邊坡水平位移大于50 mm(或大于邊坡高度0.2%)，或連續3 d水平位移速率達到2 mm/d；豎向位移達到50 mm，連續3 d沉降速率達到1 mm/d。

位移觀測工作結束后及時整理和檢查外業觀測數據，并提供水平位移成果表、垂直位移成果表、位移速率、時間、位移量曲線；并分析對邊坡穩定性的技術影響。

3)完善的施工組織設計。

施工之前應充分了解邊坡的性質、規模、狀態及設計圖紙，根據現場實際情況編制詳細的施工組織設計，尤其是雨季施工，以確保施工期間邊坡的穩定性。

4)施工順序和方法。

邊坡坡面施工順序為從上至下分級進行。上一個坡面施工完再進行下一個坡面的施工。

AB段抗滑樁的施工應優先進行，采用人工方式成孔，做好護壁等安全措施。成孔后立即灌注，及時增加支撐力。

施工到坡底三級平臺時，首先應開挖扶壁式擋墻施工場地，并且保證臨時邊坡的穩定性，在進行樁基礎和扶壁式擋墻的施工完畢后，按設計回填至邊坡高度。

最后再做防排水設施，修砌坡頂、平臺、坡腳等截水溝。

[1] 王瑞剛.降雨作用下高填土質路堤邊坡的滲流穩定分析[J].中國公路學報，2009(13)：76-78.

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[7] 李永紅.邊坡處理的方案優化和動態設計與研究[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

馮武女(1985- )，女，在讀工程碩士，助理工程師

TU413.62

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