西南某工程邊坡支護方案案例分析及理正計算可靠性分析

（四川省地質礦產勘查開發局化探隊，四川 德陽，618000）

1 工程概況

場地位于四川臺坳西部的龍門山前坳陷帶，綿陽環狀旋扭構造，吳家壩向斜北翼寬緩部位。地層傾角1°，無大斷裂構造從場地及附近區域通過，歷史上無破壞性地震發生，屬基本穩定區。待治理邊坡長195m左右。邊坡區為粉質粘土覆蓋，下部為基巖層。部分地段為平臺，斜坡坡角15°～20°左右。場坪標高541.50～544.50m，在場地整平后將形成長161m高5.7～10.5m 土巖混合挖方邊坡，邊坡距離擬建18層高建筑物僅8.3m，邊坡破壞后果嚴重。典型工程地質剖面如圖1。

圖1 典型工程地質剖面

2 邊坡工程地質條件

鉆探揭露邊坡土層自上而下為：

1）粉質粘土：棕黃色（局部為灰黃色），土體上中部含褐紅色鐵錳質氧化物斑點及白色鈣質物，下部含少量卵石。其干強度較高，切面光滑，呈可塑狀，層厚7.4～9.8m。場區均有分布。

2）白堊系下統七曲寺組泥巖：埋深7.4～9.8m，淺紫紅色，泥質結構，層狀構造，泥鈣質膠結。勘孔揭示深度內，按風化程度分為強風化及中風化兩個亞層：①強風化層：巖石結構大部分破壞，層理不清晰、節理裂隙很發育，呈碎塊狀，強風化層厚1.4～4.1m。②中風化層：巖石組織結構僅部分破壞，層理清晰，節理裂隙較發育，巖體呈塊狀，中風化層厚5.9～10.9m。場區內未見有地表水出露，地表水來源于大氣降雨，邊坡區部分地形微凹，降雨時期地表徑流較大，對該邊坡穩定性有一定的影響。邊坡物理力學參數見表1。

3 邊坡穩定性及破壞形式分析

邊坡按場坪標高開挖后，形成高5.7～10.5m 直立均質土邊坡，坡體由土質構成，邊坡穩定性受土體強度和坡形控制。邊坡開挖形成直立邊坡，其坡角遠遠大于粉質粘土土體強度，邊坡會發生沿圓弧形滑面滑動的破壞。擬建建筑距離邊坡僅8.3m，小于邊坡最大高度，邊坡破壞后后果嚴重，對邊坡采取治理措施是十分必要的。

表1 巖土物理力學指標表

4 設計思路

治理工程應針對治理對象的具體特征、穩定性、危害性等，因地制宜，選取針對性強的工程措施。組成安全可靠、技術可行、經濟合理、施工方便的治理方案;確保邊坡在工程年限內，在天然和;暴雨等作用下，不發生淺部整體滑動;避免對小區內的居民生命財產安全構成威脅。針對場地平整邊坡采用“樁板式擋墻”治理方案，有較強的針對性。

圖2 平面布置圖

5 方案設計

本次治理工程針對擬開挖邊坡的實際情況，擬采取“樁板式擋墻+變形監測”的綜合治理方案。

在用地紅線內側AC 段布置樁板式擋墻支擋，頂部設置冠梁。治理支護段設置兩種類型樁共41 根：其中，A型樁33 根，樁長16～20m，截面1.5m×2.0m，樁中心距4.0m，嵌固段長8～10m，嵌固段為泥巖；B型樁8 根，樁長10.0m，截面1.0m×1.5m，樁中心距4.0m，嵌固段長5.0～6.0m，嵌固段為泥巖；樁間設置擋土板厚0.3m，板下部埋深不小于500mm。平面布置圖見圖2。

6 計算依據

設計依據為《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013），防治工程安全等級采用二級，安全系數取1.30。并參考《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）、《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)。參照坡體治理工程慣例及國家有關標準對鋼筋等建筑材料使用壽命的規定，綜合確定防治工程使用年限為五十年。

采用北京理正軟件研究院的巖土計算軟件(6.5)《建筑邊坡擋土墻設計》進行設計驗算。計算方法采用M法。

表2 樁基本參數表（單位：m）

7 計算結果

7.1 樁結構計算

7.1.1 基本參數

樁基本參數見表2。

7.1.2 樁體受力計算

樁體受力計算采用“M”法(本應為K法，基于泥巖風化作用強，邊坡懸臂段長，從安全出發，采用“M”法)，推力分布采用矩形模式。抗滑樁內力計算結果如下（表3）：

表3 樁內力計算結果

7.1.3 樁彎矩、剪力、樁頂位移、土反力見圖3、4。

圖3 A型樁內力圖

圖4 B型樁內力圖

7.2 樁配筋設計

1）縱筋計算。抗滑樁按受彎構件考慮，鋼筋保護層按80mm計，設計配筋據GB50010-2010：Φ 28HRB400鋼筋。

2）構造鋼筋。各樁構造鋼筋均用Φ28HRB400鋼筋。

3）箍筋配筋。箍筋采用Φ12HRB400鋼筋。樁間設置擋土板，板厚0.3m，鋼筋縱筋為Φ20HRB400鋼，箍筋為Φ14HRB400 螺紋鋼筋，混凝土為C30。

7.3 樁板設計圖

樁板墻最終設計圖見圖5、圖6、圖7。

8 理正計算可靠性分析

為驗證理正軟件計算的可靠性，以A型樁為例，采用手動計算與理正軟件的計算結果進行對比。

8.1 手動計算結果

A型樁樁斷面為b×a=1.5m×2m的矩形，截面S=3m2，截面模量截面對樁中心慣性矩相對剛度系數EI＝0.85Eh·I＝23800000m2，樁的中心距l=4m，樁的計算寬度Bp=b+1=2.5m，樁的埋深h=7.9m。

8.1.1 采用m法計算樁身的內力

1）計算樁的剛度：

圖5 A型樁設計圖

圖6 B型樁設計圖

圖7 板設計及其與樁連接圖

樁的換算深度α·h=2.40706436425381＜2.5，故按剛性樁計算。

2）計算外力

按《邊坡規范》公式(6.2.3)計算主動土壓力：

Ea=392.235(kN)Ex=380.584(kN)Ey=94.890(kN) 作用點高度Zy=2.700(m)每根樁承受的水平推力T=380.584×4=1522.336kN

樁前被動土壓力大于樁前剩余抗滑力，故樁前抗力按剩余抗滑力控制。滑面處的剪力Q0=1522.336-0=1522.336 kN

滑面處彎矩M0=1522.336×3.375-0×2.7=5137.884 kN·m

3）計算轉動中心的深度及轉角

4）求樁身內力及側向應力

側向應力：σy=（y0-y）φ（A+my）

滑動面以下深度y處樁截面的彎矩和剪力，取y處上部為分離體，由∑M=0及∑X=0 求得：

當y＜y0時：

當y≥y0時：

計算結果見表4和圖8、圖9、圖10：

表4 樁身內力及側向應力計算結果

側應力為0的一點即為剪力最大點，求得當埋深：y=4.94192671179771m時，σy＝0，所以：Qmax=-1501.45762723925 kN

剪力為0的一點即為彎矩最大點，求得當埋深：y=1.58716570734978m時Qy＝0所以：Mmax=6293.71960548243 kN

8.1.2 抗滑樁樁側地基應力驗算

地基y 點得橫向容許承載力應滿足：

圖8 樁側向應力圖

圖9 剪力圖（單位：KN）

圖10 彎矩圖（單位：kN·m）

式中：σ—錨固段樁的最大橫向壓應力，kPa；γ1、γ2—滑動面上下土體的容中，kN/m；φ—滑動面一下土的內摩擦角（°）；c—滑動面一下土的粘聚力，kPa；H1—設樁處滑體地面至滑動面的距離，m；y—滑動面至計算點的深度，m。

依次計算出樁側各點的容許應力值（表5）。

8.1.3 抗滑樁結構設計

1）縱向鋼筋設計

樁截面受壓區高度：

表5 樁側各點的容許應力值

式中：fcm—混凝土彎曲抗壓設計強度；h0—有效高度，h0=2-0.08=1.92m；K—安全系數，取1。

代入解得：x1=3.56290896455241 m（舍去），x2=.277091035447588 m

式中：fy—鋼筋抗拉設計強度，選用Ⅲ級鋼，fy＝340 MPa。得：As=9945mm2。

2）箍筋設計

KQmax=1501.45762723925mm2；0.07fcbh0=2399.04mm2

所以，僅需按構造要求配箍筋。

8.2 手動計算和理正結果對比

從表7可以看出，相比手動計算，采用理正軟件計算的結果值相對較大，但是其最大剪力、彎矩的埋深缺相對淺，產生這種結果的原因主要是由于計算軟件在計算過程中能夠納入計算的因素更多，理正軟件計算增加了1.2的安全系數。計算結果看出，理正軟件抗滑樁設計的安全余度較高；但增加了治理費用。

表7 計算結果對比

9 結論

1）邊坡區均為粉質粘土覆蓋，下部為基巖層。在場地整平后將形成長161m，高5.7～10.5m的土巖混合挖方邊坡，邊坡距離擬建的18層高的建筑物僅8.3m，邊坡破壞后果嚴重。

2）針對場地平整邊坡采用“樁板式擋墻”的治理方案利用理正計算軟件對該工程邊坡支護方案設計。

3）通過手動計算結果與力爭軟件的對比，理正軟件抗滑樁設計的安全余度較高；但增加了治理費用。

4）經過后期施工監測結果顯示，邊坡周邊沒有出現明顯可見的裂縫等變形現象，證明該邊坡設計方案是可行的。

5）對類似地區及工程，使用理正軟件計算的同時，提供手算驗證方法；對理正軟件計算結果進行驗證，有一定的借鑒作用。