某高填深挖場(chǎng)地邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)研究

賀劍輝

(廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

場(chǎng)地邊坡工程防護(hù)設(shè)計(jì)是構(gòu)筑物施工設(shè)計(jì)的重要組成部分，受建設(shè)場(chǎng)地位置、地質(zhì)條件等因素的影響，需要設(shè)計(jì)人員在場(chǎng)地邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，科學(xué)完善邊坡工程防護(hù)設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高構(gòu)筑物的施工質(zhì)量并保證以后的運(yùn)營(yíng)安全。文章以某構(gòu)筑物建設(shè)場(chǎng)地高填深挖人工邊坡為例，針對(duì)場(chǎng)地邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)研究進(jìn)行了探討，突出場(chǎng)地邊坡設(shè)計(jì)要素，進(jìn)而確定場(chǎng)地挖方及填方邊坡防護(hù)工程加固設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

擬建構(gòu)筑物場(chǎng)地為低山丘陵地貌，地勢(shì)東低西高。場(chǎng)地東側(cè)為山間谷地，谷地沖洪積物堆積，較為平整，現(xiàn)為耕地，標(biāo)高約為35 m；西側(cè)山脊標(biāo)高為90～140 m，整體起伏較大，場(chǎng)地坡度約為20°～30°，局部超過(guò)40°。高填深挖人工邊坡場(chǎng)地地貌單元單一、地形簡(jiǎn)單。場(chǎng)地植被發(fā)育，主要為桉樹林、竹子、灌木等。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及鉆探勘察資料，覆蓋層地層巖性主要為第四系人工填土層(Q4ml)雜填土、第四系沖洪積(Q4al+pl)淤泥質(zhì)粉土及第四系殘坡積(Q4el+dl)粉質(zhì)黏土；下伏基巖為白堊紀(jì)下統(tǒng)上組(K1b)泥質(zhì)粉砂巖。

2 場(chǎng)地邊坡工程評(píng)價(jià)

自然邊坡巖土體主要由粉質(zhì)黏土、全-微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成，邊坡巖土體分布不均勻，巖土層分界面起伏大，局部基巖直接裸露。邊坡整體坡向?yàn)?2°，坡度約為40°。場(chǎng)地挖方區(qū)進(jìn)行放坡開挖后，將形成10～40 m高的土巖結(jié)合邊坡，邊坡設(shè)計(jì)開挖坡度按45°考慮。邊坡巖層產(chǎn)狀為303°∠25°，主要節(jié)理為101°∠68°、203°∠60°，巖層傾向與邊坡坡向呈反傾關(guān)系，邊坡穩(wěn)定性較好。根據(jù)邊坡坡向、巖層面及節(jié)理裂隙產(chǎn)狀繪制赤平投影，如圖1所示。按赤平投影進(jìn)行穩(wěn)定性分析：產(chǎn)狀S0與節(jié)理J1組合邊坡基本穩(wěn)定，產(chǎn)狀S0與節(jié)理J2組合邊坡穩(wěn)定，節(jié)理J1與節(jié)理J2組合邊坡穩(wěn)定。

由于邊坡上部的粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖結(jié)構(gòu)較為松散，強(qiáng)降雨時(shí)受雨水沖刷，局部易沿巖土分界面產(chǎn)生小規(guī)模滑塌；坡體中部主要為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖體裂隙很發(fā)育-發(fā)育，在風(fēng)化、植物根劈等作用下均可使巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

3 場(chǎng)地邊坡與擋土墻設(shè)計(jì)方案

3.1 邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)原則

邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境條件及邊坡高度，確定邊坡安全等級(jí)；對(duì)由于土體位移可能引起的周圍建筑、構(gòu)筑物、地下管線產(chǎn)生的危害加以預(yù)測(cè)，并提出安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)合理的支護(hù)措施[1-2]；防止過(guò)量的地層移動(dòng)對(duì)周圍建筑和管線造成危害。

邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度除滿足支護(hù)體系整體穩(wěn)定性、抗隆起、抗傾覆等穩(wěn)定性的要求外，還應(yīng)參照類似工程的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)綜合考慮，以確保邊坡的穩(wěn)定及周邊環(huán)境的安全。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)分析應(yīng)與邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際施工和工作狀態(tài)相符合，采用平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法進(jìn)行分析，按照“先變形，后支撐”的原則進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，其最終控制設(shè)計(jì)的位移與內(nèi)力值為各工況計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值。

邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)與工程類比理論計(jì)算相結(jié)合，并采用信息化設(shè)計(jì)和施工，在既有資料和地質(zhì)勘察報(bào)告的基礎(chǔ)上開展施工前的預(yù)設(shè)計(jì)，遵循動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息施工的原則組織設(shè)計(jì)與施工。由于設(shè)計(jì)依據(jù)的不確定性，需要在施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)測(cè)、反分析和進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，在施工過(guò)程中優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整可能存在的不足[3-4]。

3.2 場(chǎng)地邊坡排水設(shè)計(jì)

擬建場(chǎng)地深挖高填邊坡西側(cè)有基本農(nóng)田、高壓塔，東側(cè)有基本農(nóng)田，需要根據(jù)情況對(duì)邊坡進(jìn)行加固防護(hù)，采用坡率法進(jìn)行放坡。坡頂設(shè)置截水溝，邊坡平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)排水溝，坡面設(shè)置急流槽，將坡面水收集排至坡腳明溝。場(chǎng)地內(nèi)周邊設(shè)置排水明溝，場(chǎng)地內(nèi)及邊坡臨時(shí)排水就近排放至場(chǎng)地邊現(xiàn)狀道路排水設(shè)施。

3.3 填方邊坡加固方案

填方邊坡應(yīng)選擇級(jí)配良好的砂土或碎石類土作填料，不得使用淤泥、耕土以及有機(jī)質(zhì)含量>5%的土。填方應(yīng)分層填筑且采用堆填攤鋪，分層回填夯實(shí)，每層厚度不大，在填方前應(yīng)根據(jù)填料種類及其物理性質(zhì)和施工條件，合理選擇壓實(shí)機(jī)具，確定施工方案。填筑時(shí)應(yīng)由最低一層臺(tái)階填起，并分層壓實(shí)，然后逐臺(tái)向上填筑，如圖2所示。

圖2 填方邊坡設(shè)計(jì)典型斷面圖

場(chǎng)地東側(cè)填方邊坡坡底為基本農(nóng)田，為防止填方邊坡侵入基本農(nóng)田，在填方段設(shè)置加筋格賓擋土墻。擋墻基底采用換填法進(jìn)行地基處理，設(shè)置的加筋格賓擋土墻長(zhǎng)度約為355 m，擋墻平均高度為15 m，擋墻面墻坡比為1∶0.2。加筋格賓是由0.8 m×1 m的六邊形雙絞合機(jī)編金屬網(wǎng)片制成的加筋網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在工程現(xiàn)場(chǎng)向面墻網(wǎng)箱內(nèi)填充石料，筋帶范圍內(nèi)壓實(shí)填土，形成柔性、透水的整體性結(jié)構(gòu)。

圖3 加筋格賓擋土墻示意圖

3.4 挖方邊坡加固方案

挖方邊坡施工應(yīng)采取自上而下、分段跳槽施工。開挖過(guò)程中應(yīng)注意疏導(dǎo)排水；避免堵截壅水造成相鄰?fù)馏w浸水軟化，威脅邊坡整體穩(wěn)定。為避免占用場(chǎng)地西側(cè)基本農(nóng)田及拆除現(xiàn)狀高壓塔，在西側(cè)挖方坡腳設(shè)置仰斜式擋土墻及錨索樁板式擋土墻，以收縮邊坡占地。擬設(shè)計(jì)仰斜式擋土墻及錨索樁板式擋土墻(西南角處設(shè)置錨索樁板式擋土墻)，仰斜式擋土墻長(zhǎng)度共約165 m，墻高為2 ～7 m，平均墻高為6 m；錨索樁板式擋土墻長(zhǎng)度約為86 m，冠梁及腰梁各設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索；樁間距為3 m，樁總長(zhǎng)為10.3～22.8 m，截面形狀為圓樁，樁徑為1.5 m。典型挖方邊坡設(shè)計(jì)斷面如圖4所示。

圖4 挖方邊坡防護(hù)典型設(shè)計(jì)斷面圖(高壓塔處)

4 邊坡穩(wěn)定性分析

本文采用Midas GTX/NX軟件建立數(shù)值模型，對(duì)場(chǎng)地挖方以及填方邊坡加固后進(jìn)行數(shù)值分析，計(jì)算加固后的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)、挖方邊坡巖土層結(jié)構(gòu)以及填土邊坡的填土類型等巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值如表1所示。由于挖方邊坡坡形較復(fù)雜，本文對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，其預(yù)應(yīng)力錨索及支護(hù)樁的力學(xué)參數(shù)如表2所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值表

表2 挖方邊坡支護(hù)樁及預(yù)應(yīng)力錨索力學(xué)參數(shù)表

填方及挖方邊坡數(shù)值模型如圖5、圖6所示。天然工況下，填方邊坡的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.65，大于永久性邊坡一般工況的規(guī)范值1.35，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。挖方邊坡未增加防護(hù)措施時(shí)整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.29，增加支護(hù)措施后，邊坡的整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.58，大于永久性邊坡一般工況的規(guī)范值1.35，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

擬建場(chǎng)地邊坡工程西側(cè)及東側(cè)均有基本農(nóng)田，加之坡頂有高壓電塔等構(gòu)筑物，挖方及填方邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)需要考慮到更多的影響因素。為更好地體現(xiàn)場(chǎng)地邊坡

圖5 填方邊坡網(wǎng)格劃分圖

圖6 挖方邊坡典型坡面網(wǎng)格劃分圖

防護(hù)工程設(shè)計(jì)水平，需要熟悉場(chǎng)地邊坡的場(chǎng)地位置條件、工程地質(zhì)條件以及防護(hù)設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)，并提出科學(xué)合理的場(chǎng)地邊坡防護(hù)工程加固設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步提升邊坡工程防護(hù)設(shè)計(jì)能力，為類似場(chǎng)地工程邊坡防護(hù)工程設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。