邊坡穩定性分析及支護設計研究

□張 焱（河南省水利勘測設計研究有限公司）

邊坡穩定性分析及支護設計研究

□張 焱（河南省水利勘測設計研究有限公司）

選取某水庫左岸邊坡為對象，結合有關的巖土工程勘察報告，分別利用赤平投影法、極限平衡法對其穩定性進行了分析，兩者分析結果均表明該邊坡屬不穩定邊坡。分別采用樁錨支護、巖石錨噴及錨桿網格梁三種支護方法進行分析，巖石錨噴支護在工期、投入、成本方面占有優勢，但安全性最差；樁錨支護和錨桿網格梁的安全性較高；樁錨支護成本與設備投入較大。經綜合分析論證，采用錨桿網格梁支護方式為該邊坡的最優支護方案達到了相關要求，并具有最佳經濟效益。

邊坡；赤平投影；穩定性分析；邊坡支護

0 引言

邊坡工程是一項危險性極高的巖土工程項目，在各種力的作用和自然因素的影響下，極易發生由邊坡變形失穩產生的滑坡、崩塌和泥石流現象，嚴重危害著人民的生命、財產和生存環境。因此，判斷邊坡的穩定性以及人工邊坡設計的合理性，對人民的生命財產安全和各類工程設施的正常運行具有重要影響。

文章選取某水庫左岸巖石邊坡作為研究對象，結合有關的巖土工程勘察報告，對該巖石邊坡的穩定性進行了分析；利用樁錨支護、巖石錨噴及錨桿網格梁支護方法對其進行綜合分析論證，并選取最優設計方案；最后對邊坡進行設計計算及支護后的整體穩定性驗算。

1 工程概況

該邊坡所處地貌單元屬丘陵地貌，其山體原自然邊坡坡角為12～24°，邊坡所在山體最高標高為100.99 m，最低處標高為80.11 m。上部（2.00～3.00 m）為土質邊坡，下部（3.00～21.00 m）為巖質邊坡，邊坡頂部為原始地貌，植被不發育，工程安全等級為二級。邊坡坡頂地面荷載按20.00 kN/m考慮,該段邊坡長約165 m，邊坡高度17.95 m。設計邊坡為永久性支護設計。

2 地層巖性及地下水

2.1 地層巖性

根據鉆探揭露，擬建場地內按從上至下的順序，現將各地層巖性特征描述如下：①耕植層（Q4pd）:褐黃、褐灰色，主要由粘性土組成，含植物根莖，稍濕，松散狀態。層厚0.30～1.50 m。②層粘土（Q4dl）：褐黃色，含少量植物根莖，稍濕，硬塑狀態，其干強度及韌性中等，捻面較光滑，搖振無反應。層厚0.20～2.80 m。③層強風化板巖（C2h）：褐黃色，大部分礦物成分已風化變質，節理裂隙很發育，局部被褐黃色粘性土充填。巖芯呈塊狀及短柱狀，巖塊用手可折斷，敲擊聲啞，泡水極易軟化，失水易龜裂崩解。巖體破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。揭露厚度0.70～18.60 m。④弱風化板巖（C2h）：灰色、灰黑色，變余結構，板狀構造，表面一般有一層黃褐色“薄皮”，致密塊狀，巖芯敲擊聲脆，多呈長柱狀，少量短柱狀，巖塊手折不斷。巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。揭露厚度0.30～16.38 m。

2.2 地下水

根據勘察的鉆孔資料和地質調查，該段地下水類型為基巖裂隙水。主要受大氣降水或地表水體補給，勘察期間，測得穩定水位埋深為22.70～23.70 m，高程42.75～44.67 m。場地內各地層均屬弱透水性地層，根據水質分析結果，參照《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009年版）有關標準綜合判定：場地環境類型為Ⅱ類，場地內地下水水質對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕性。

3 邊坡穩定性計算

3.1 邊坡類型及邊坡穩定系數

本設計支護的邊坡為切方巖質邊坡，主要以強風化板巖為主，巖體結構類型為散體碎裂結構，節理裂隙發育，根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）和經驗，該邊坡屬較大規模的碎裂結構巖質邊坡。根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）、《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009年修改版），該邊坡為新設計的永久性邊坡，工程重要，故邊坡支護或滑坡治理后的穩定系數應≥1.30，抗傾覆穩定性安全系數≥1.60。

3.2 邊坡穩定性評價

邊坡穩定性分析的方法有很多，本邊坡以強風化軟巖為主，無明顯滑動面，根據規范和經驗，采用赤平投影、極限平衡法進行穩定性分析較為合理。

3.2.1 赤平投影分析法

設計開挖邊坡走向5°，傾向NW，傾角76°；根據勘察可知，環境邊坡所在場地內主要發育節理有五組：裂隙L1走向325°，傾向NE，傾角74°；裂隙L2走向5°，傾向NE，傾角77°；裂隙L3走向313°，傾向NE，傾角43°；裂隙L4走向45°，傾向SE，傾角43°；裂隙L5走向15°，傾向NW，傾角50°。邊坡、結構面的赤平投影圖如圖1所示。

其節理共同將巖體切割成碎塊狀及塊狀，利用結構面的組合與邊坡的關系，裂隙L1與裂隙L4兩組結構面的組合交線向坡外傾斜、且傾角小于坡面傾角，巖坡為不穩定結構；同理裂隙L3與裂隙L4兩組結構面的組合的巖體亦屬不穩定結構。

3.2.2 平面滑動（極限平衡法）

以一定比例繪制邊坡剖面圖，平面滑動的剖面示意圖如圖2所示，經勘查AZ為潛在滑動面。其穩定計算公式為：

經計算得Ks=0.70＜1.30，據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）的規定，采用平面滑動法計算的二級邊坡其支護后新形成的邊坡體系穩定性系數須達到1.30以上。定狀態，為保證邊坡的穩定性和擬建構筑物正常施工，在使用之前必須采取相應的支護措施。

圖1 邊坡、結構面的赤平投影圖

圖2 平面滑動剖面圖

3.3 邊坡支護方案論證

文章分別采用了巖石錨噴支護、樁錨支護和錨桿網格梁支護三種方案，分別對安全性、工程量估計、施工特點、工期和成本等各方面指標進行綜合比較：樁錨支護安全系數高，工程量大，施工特點是強度大、安全性大，但施工費用高，工期需要120 d，成本高；巖石錨噴安全系數低，工程量小，施工特點是施工簡單、節約投資與勞力、安全性低，工期需要55 d，成本較低；錨桿網格梁安全系數高，工程量一般，施工特點是設計靈活、外形美觀、可施加預應力，工期需要70 d，成本適中。

巖石錨噴支護在工期、投入、成本方面占有優勢，但安全性最差；樁錨支護和錨桿網格梁的安全性較高；樁錨支護成本與設備投入較大。綜合比較，錨桿網格梁支護方案各方面指標占有較大優勢，也是現在處理邊坡支護中最常用的方式之一，且具有施工工序簡單、施工機械設備輕便、外形美觀、安全性好的特點。因此選取錨桿網格梁支護為該邊坡的最優支護方案。

4 邊坡支護設計及穩定性驗算

4.1 邊坡支護設計

基礎梁截面面積為400 mm×500 mm，主筋配筋為812，箍筋配筋為8@100；壓頂梁截面面積為350 mm×450 mm，主筋配筋為810，箍筋配筋為8@100；肋梁截面面積為300 mm×3500 mm，主筋配筋為612，箍筋配筋為8@100；肋柱截面面積為350 mm×400 mm，主筋配筋為812，箍筋配筋為8@100。

圖3 邊坡支護剖面圖

4.2.1 抗滑移穩定性驗算

可按下式進行抗滑移穩定性驗算：

經計算，其抗滑移穩定性安全系數為Ks=2.54＞1.30，其穩定系數能達到相關規范規程的要求。

4.2.2 抗傾覆穩定性驗算

按下式進行抗傾覆穩定性驗算：

經計算，其抗傾覆穩定性安全系數為Ks=1.64＞1.60，其穩定系數能達到相關規范規程的要求。

上述設計計算表明，采用錨桿網格梁支護方案對該邊坡進行支護是切實可行的。按照此方案進行合理有序的施工，能使邊坡的穩定系數達到相關規范規程的要求，能保證邊坡的整體穩定和施工的正常進行。

5 結論

通過對巖質邊坡的穩定性分析及計算，認為該邊坡在自然狀態下，處于不穩定狀態，在使用之前必須采取相應的支護措施。

通過對樁錨支護、巖石錨噴及錨桿網格梁支護方法進行支護設計綜合分析論證，最終確定錨桿網格梁支護為該邊坡的最優支護方案。

通過邊坡支護后穩定性分析，驗證了支護后的邊坡穩定性，該邊坡在新支護體系后其整體穩定性系數達到相關要求并達到了最大經濟效益。

TV697.3；TV223

：A

：1673-8853（2017）02-0056-03

2016-12-7

編輯：左英勇

張焱（1979-），工程師，主要從事工程地質與水文地質工作。