坡率法邊坡實例分析

2015-01-12 09:01:36劉興遠

重慶建筑 2015年6期

劉興遠

（重慶市建筑科學研究院，重慶 400015）

0 前言

隨地形地貌等地質環境的變化在山區存在著不同性質的邊坡，特別是在山區城鎮住房建設過程中將遇到各類市政和建筑邊坡。對市政、建筑邊坡的治理和防護有多種處理方法[1-2]，坡率法是一種比較經濟、施工方便的邊坡治理方法，當有放坡條件、地質條件不復雜的場地宜優先采用坡率法。坡率法的含義是當工程場地有放坡條件且無不良地質作用時，通過控制邊坡高度和坡度（即坡率），無需對建筑邊坡整體進行支護，致使建筑邊坡自身達到穩定目的的一種人工放坡設計方法。

《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013對坡率法的應用進行了局部調整，在使用坡率法時應注意：當地質條件復雜，破壞后果很嚴重，或者對邊坡變形控制有較高要求的邊坡治理工程，若單獨使用坡率法其變形控制和安全性不充分時，應與其他邊坡支護方法聯合使用，通過采用坡率法（或邊坡上段采用坡率法）提高邊坡穩定性，降低邊坡下滑力后再采用錨桿擋墻等支護結構，控制邊坡的穩定，確保達到安全可靠的效果。對于填方邊坡為提高邊坡的穩定性，可在填料中增加加筋材料改善填土的特性，提高填土材料的內摩擦角和整體性，若此時仍不能滿足邊坡穩定性要求時可加大放坡的坡度以保證邊坡的穩定性。對高度較大的建筑邊坡工程，為美化環境，可采用分級（或分階）放坡的方式實現坡率法；但分級放坡時應保證建筑邊坡各級及邊坡整體的穩定性。在采用坡率法的同時應進行邊坡環境整治、坡面綠化和周邊排水處理，特別應注意排水系統的設置，預防坡體內、外水及坡內排水構筑物破裂引起的不利作用。[3]

《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013中的5.3.2條明確了穩定安全系數的要求，特別是規定了臨時邊坡的安全穩定系數，對安全等級分別為一、二和三級的臨時邊坡，其邊坡穩定安全系數分別為：1.25、1.20和1.15。此條規定間接明確了按坡率法治理的邊坡應進行邊坡穩定性計算，GB50330-2013中第14.2.1條和14.2.2條分別給出了土質邊坡和巖質邊坡坡率允許值，使用中應注意坡率的適用條件，否則按推薦的放坡坡率并不總是可以保證邊坡安全系數滿足規范要求。

1 邊坡穩定系數計算

關于邊坡穩定性計算方法在不同技術資料、規范中均有說明，此處不再一一論述。在無支護結構條件下《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013中的附錄A給出了幾種規范推薦的邊坡穩定系數計算方法，但未給出有支護結構的邊坡穩定系數計算方法。當邊坡工程采取坡率法+其他支護結構的聯合治理方法進行邊坡治理時，治理后的邊坡穩定性驗算需再次核算，當前此工作似未引起有關人員的重視。原因之一是GB50330-2002未給出計算方法，GB50330-2013中也未給出具體說明，其原因是有支護結構的邊坡穩定性計算方法在《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范》GB50843-2013[4]中已給出，但未引起有關人員的充分重視；為此作者將GB50843-2013附錄A中的平面滑面條件下的有支護結構作用的邊坡穩定性驗算方法摘錄如下。對平面滑面，邊坡穩定性系數可按下列公式計算[4-5]（圖1）。

圖1 平面滑面邊坡計算模型示意

式中：T為滑體單位寬度重力及其他外力引起的下滑力（kN/m）；R為滑體單位寬度重力及其他外力引起的抗滑力（kN/m）；c為滑面的粘聚力（kPa）；φ為滑面的內摩擦角（°）；L為滑面長度（m）；G為滑體單位寬度重力（kN/m）；Gb為滑體單位寬度附加豎向荷載（kN/m）；方向指向下方時取正值，指向上方時取負值；茲為滑面傾角（°）；U為滑面單位寬度總水壓力（kN/m）；V為后緣陡傾裂隙單位寬度總水壓力（kN/m）；Q為滑體單位寬度水平荷載（kN/m）；方向指向坡外時取正值，指向坡內時取負值；R0為滑體所受原有支護結構單位寬度有效抗力（kN/m）；α為原有支護結構單位寬度有效抗力傾角（°）；有效抗力方向指向斜下方時取正值，指向斜上方時取負值；hw為后緣陡傾裂隙充水高度（m），根據裂隙情況及匯水條件確定。

當V、U、Q和Gb均為零時，公式（1）～（5）可簡化為公式（6）：

2 坡率法邊坡計算實例

實例1：該工程為某地塊場地平整工程。場地地質條件如下：場地中部為北向舌狀山脊，走向30°左右，山脊頂部平臺最寬約70m，擬建范圍內最大地面高程為237.95m。山脊兩側為斜坡，受人類建設和改造，坡腳底部接近溝谷位置有高3～10m的陡坎，山脊西側坡腳陡坎已采用條石擋墻支擋，擋墻高10m左右；山脊東側及北側為陡坎和自然斜坡，臨空面處有紅褐色泥巖裸露。山脊東西兩側溝谷位置地形較平緩，地表有大量人工填土堆積，地面高程為201～210m之間。勘察區北側與嘉陵路之間地形平緩，地面起伏不大，地表有大量人工填土堆積，地面高程為201～207m之間。

2.1 場地內地質及巖土分布情況

場區巖質邊坡有兩組裂隙發育：裂隙J1傾向320～330°，傾角約68～78°，呈半閉合狀，有少量粘土填充或無充填，裂面較平直、光滑，結合程度差，裂隙間距0.5～2.1m，延伸長度1～3m，為硬質結構面。裂隙J2傾向為200～210°，傾角75～85°，閉合狀為主，無充填，裂面較平直、光滑，結合較差，裂隙間距約3mm，延伸長度2～5m，為硬性結構面。擬建場區地表覆蓋層主要為新近堆填的第四系雜填土，下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組泥巖和砂巖，呈互層狀產出，局部夾薄層狀泥質粉砂巖透鏡體或夾層。場區內雜填土分布廣泛，厚度較大，結構松散，均勻性差，尚未完成自身固結；中等風化泥巖天然單軸抗壓強度標準值10.27MPa，硬度分類為軟巖；中等風化砂巖天然抗壓強度為15～30MPa，砂巖膠結成分差異較大，力學性能不穩定，硬度分類為較軟巖。場區內巖層呈單斜產出，傾向218～223°，傾角8～10°，區內未見斷裂構造。未見滑坡、崩塌、泥石流等不良地質現象。

2.2 場地內水文及地下水分布

該區域多年平均氣溫18.3℃，月平均最高氣溫是8月為28.1℃,月平均最低氣溫在1月為5.7℃。多年平均降水量1082.6mm左右，降雨多集中在5～9月，其降雨最高達746.1mm左右。場區內地下水含量較少，可能的地下水類型為松散土體孔隙水和基巖裂隙水。主要受大氣降雨影響，嘉陵江水位對場地內影響較小。

2.3 場地地下建筑物及管道分布情況

場地內共存在5處地下洞室，5處洞室均穩定，不在該次臨時邊坡影響范圍內。周邊地下管網位于開挖紅線外，對該工程影響不大。

2.4 驗算參數

（1）施工部位巖土計算參數為：土層厚度14.5m，重度18.0(kN/m3)，粘聚力0.00kPa，內摩擦角30O，不考慮水的作用；（2）地面坡度較大時，放坡穩定性不高，需多次放坡；（3）基坑及邊坡開挖臨時邊坡地勘建議值：素填土層1∶1.25，粉質粘土1∶1.0，基巖強風化帶1∶0.5；（4）基巖中等風化帶：無外傾結構面時按1∶0.30開挖，否則按外傾結構面放坡。

2.5 臨時邊坡設計

根據場地實際情況，別墅區在不同的部位將形成不同坡高的臨時邊坡，不同位置的二級臨時邊坡放坡坡率見圖2、圖3所示。

圖2 剖面1-1適用于坡高小于6m的臨時邊坡

圖3 剖面2-2適用于坡高6-10m的臨時邊坡

臨時邊坡穩定性驗算，對平面滑動無粘性土，其土坡穩定性計算如下：

對二級臨時邊坡，Fst=1.20，故

因為φ=30O，故

坡率法坡比為H∶L=1∶2.08≈1∶2.00，此時，α=25.69O

對該工程而言，1∶2的坡率方能滿足安全等級為二級的臨時邊坡安全穩定系數要求（tan(30O)=0.577，此時坡比為1∶1.732）；此例與原有工程實際案例的安全坡率有較大差異。

對二級放坡邊坡（圖3），以10m坡高為例，放二級（1階高度6m，二階高度4m），馬道寬度2m，放坡邊坡整體坡率為：

Fs=tan(φ)/tan(α)=tan(30O)/tan(23.6O)=1.32(滿足臨時邊坡安全等級為一級的要求)。

實例2：路塹巖質邊坡工程。該段為Ⅲ類巖質邊坡，巖體完整程度為較破碎（破碎鑲嵌），邊坡由巖體強度控制，裂隙面與邊坡走向相切，不起控制作用，有關設計參數如下：強風化泥巖重度γ=24.5kN/m3，φ綜合=28O；中風化泥巖重度γ=25.1kN/m3，φ綜合=52O；中風化泥巖破裂角61O；錨桿鉆孔直徑D=80mm，錨桿為1根直徑為22mm的HRB400鋼筋，錨固砂漿強度等級為M30，強風化泥巖：frbk=280kPa，中風化泥巖：frbk=720kPa，fb=2.4MPa；錨桿與水平線的夾角為15O，邊坡為永久性邊坡，安全等級為二級；受放坡條件限制，設計剖面（含錨桿支護）見圖4，試核算其安全性。