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1、.边坡支挡加固与防护设计方案1. 前言1.1 土木工程中边坡边坡是由岩土体构成的与大气之间具有的倾斜或垂直的岩土工程结构物。边坡的形成分为天然的和人工的,天然形成的斜面传统的工程地质界常称为斜坡,人工开挖或堆填形成的斜面工程地质界常称为边坡。土木工程界将所有岩土体斜面统称为边坡。据边坡存在的时间长短分为永久性边坡和临时性边坡。边坡是土木工程三个主要岩土工程问题地基、地下洞室和边坡之一,无论在平原地区的深基坑、还是丘陵及山区的所有工程区域都有它的身影。与边坡岩土工程问题相关的勘察、设计、施工、监测与检测、维护与病害处理相关的工程活动广义上称为边坡工程,边坡岩土体结构称为狭义的边坡工程。边坡岩土体
2、会变形,有的甚至失稳滑动形成所谓的滑坡,据统计我国每年因滑坡造成的损失近300亿元,近十年来,全国400多个市、县受到严重滑坡及其次生灾害的威胁,有近万人死亡,一半以上的地质灾害是人为不当的边坡工程活动造成的。边坡问题常常出现在以下工程领域。1工业与民用建筑1平原地区高层建筑或超高层建筑深基坑临时性边坡；2丘陵地区及山区平整场地开挖或填筑形成的永久性边坡；3明挖地下构筑物基坑临时性边坡；4丘陵及山区建筑物周围威胁其安全的天然边坡等。2市政工程1市政管网施工开挖坑槽形成的临时性边坡；2城市河流或湖塘堤岸整治形成的永久性边坡；3城市道路路堤填筑、路堑开挖或半挖半填路堤形成的永久型边坡；4 城市桥涵
3、桩台或地下电力、仓库等基坑临时性边坡等。3交通工程1山区铁路及公路路堤填筑、路堑开挖或半挖半填形成永久性边坡；2山区公路及铁路隧道洞门段开挖或填筑永久性边坡；3山区或丘陵区机场飞行区修建开挖和填筑形成的永久型边坡；4 港口及码头泊位堤岸修建形成的永久性边坡；5船闸闸室开挖形成的闸室边坡等。4矿业工程1天然建筑材料采坑边坡；2金属矿露天采坑及弃碴堆填边坡；3煤矿露天采坑边坡及弃碴堆填边坡等。5水利水电工程1坝基及坝肩基槽高边坡；2输水沟渠边坡；3山区高压及超高压输电线塔基和变电站场地开挖或填筑形成的边坡；6天然气与核电站工程1地下埋藏式输油气坑槽边坡；2油气输送线路威胁其安全的天然或人工边坡；3
4、核电站反应堆基坑边坡等。1.2 边坡工程研究及评价理论与方法概述1 边坡研究现状概述边坡研究包括学术理论研究和技术实践研究,概括起来有以下方面：1边坡地质环境及其演变研究：包括水环境、地应力环境和人类工程活动影响环境等。2边坡岩土体结构及其演变研究：包括岩土特性、不同岩土空间组合方式、控制边坡变形及稳定性的结构弱面。3边坡岩土体工程特性及其演变研究：包括包括物理力学特性与参数及其时间效应。4边坡坡体应力与变形的空间与时间分布特性。5边坡支挡防护结构型式及其与边坡岩土体相互作用。2 边坡稳定性评价概况1由传统的被动支挡向现代的主动支挡加固与防护发展,充分发挥岩土体自身的承载能力。2支挡：通过具有
5、一定刚度和强度的工程结构直接向边坡提供支撑力,保持边坡稳定性。3加固：通过置入边坡岩土体部的柔性高强抗拉结构和胶结材料,提高边坡岩土体本身的强度特性,或加强或保持其原有结构,增强其整体性,提高边坡岩土体稳定性。4防护：物理及力学上在一定程度围恢复其受力状态,或使边坡免受不利环境如降雨的影响。3 边坡性态监测1监测目的：对边坡的静态认识到动态跟踪,掌握其变化,为边坡设计、评价和处理提供依据。2原始状态监测,为工程活动设计提供数据。3开挖或填筑后以及采取工程措施后的状态监测,检验工程活动、支挡及加固措施效果。4监测主要容：坡体位移、地下水位及其变化、岩土体应力与位移和支挡加固结构力与变形位移。38
6、 / 38.2. 边坡勘察2.1 边坡勘察目的与基本要求1 边坡勘察目的 任何行为都具有目的性。边坡勘察的目的是查明边坡岩土体及其周围岩土体的岩土工程条件,包括地形地貌、地层岩性、地质结构与构造、水文气象、水文地质条件与地下水特征、边坡稳定性现状及其发展趋势,边坡稳定性所需要的条件等。为边坡稳定性评价、坡形设计和加固方案论证提供必要的模型和参数。2边坡勘察的基本要求1查明自然与人工边坡的环境工程地质条件,提出边坡稳定性计算分析所需的边坡地质结构和参数,支挡加固和防护方式建议与所需参数。2论证边坡的稳定性,预测因工程活动或水环境条件变化引起的稳定性变化。3论证人工边坡的最优开挖坡形和坡角。4对潜
7、在的不稳定边坡,论证并提出各种环境条件下或对边坡稳定性最不利情况下的设计参数。5论证并推荐整治与加固措施及监测方案。3边坡勘察的主要容1边坡及其周围地形地貌的演变过程及特征,查明不良地质现象的围和性质。2查明边坡区地层界线和地层岩性分布、岩土类型、成因与性质。3查明岩土结构及其控制性结构面类型、产状、分布及其相互间的组合关系,以及与边坡面的空间关系；结构面的形态、风化或充填状态,充填物特征及结构等性质。4查清地下水的活动情况及其对岩土和混凝土的影响。5查清地区气象、降雨、植被、地震烈度等情况及其对边坡的影响。6通过室外试验和工程类比法综合确定边坡岩土体物理力学参数、控制结构面强度参数,边坡稳定
8、状态,提出开挖或堆填最优坡形和坡角。7对潜在的不稳定边坡进行稳定性计算,论证保持稳定所需要的条件即需要的支挡或加固力大小,分析论证并推荐整治措施与监测方案。8论证并推荐最佳施工方案及施工中应注意的问题。2.2 边坡勘察的阶段性 根据边坡工程规要求,规提供了经验设计方法的一般性边坡岩质边坡高度低于30m,土质边坡高度低于15m采用与主体工程一同勘察,适当增加一些勘察工程量。重要边坡勘察与其它工程勘察一样分阶段进行单独勘察,分为科研阶段勘察、初步设计勘察、详细或技术设计勘察和施工勘察。对于较主要的边坡可分为三个阶段勘察,即初步设计勘察、施工图设计或技术设计详细勘察和施工勘察,科研阶段勘察与主体工程
9、勘察一同进行。1 可研阶段性勘察 在较大围一般为边坡体失稳可能涉及面积的1020倍以地面工程地质测绘为主,适量配合坑探和槽探了解边坡场地稳定情况和环境工程地质条件,宏观上了解边坡整体情况,根据工程要求进行边坡坡形及坡角设计,以及支挡加固与防护总体方案的技术可靠性和经济合理性论证。2 初步设计阶段性勘察 在中等围一般为边坡体失稳可能涉及面积的510倍以更精细的地面工程地质测绘和适量的钻探及室外试验测试手段,初步了解边坡岩土体性质、结构和控制性结构面性质等整体情况,以及自然条件下和开挖后的稳定状态,进行坡形与坡角参数和支挡加固技术方案综合比较论证,并推荐一种较优方案,查明天然建筑材料来源并确定其用
10、量等。3 施工图设计阶段性详细勘察 在边坡围一般为边坡体失稳可能涉及面积的25倍通过详细的地面工程地质测绘、勘探和室外测试和观测,获得边坡结构和边坡岩土体组成及其物理力学参数,弄清边坡地下水等环境条件及其对边坡稳定性的影响,对边坡在各种条件下的稳定状态做出评价,论证和推荐最优开挖坡形与坡角和支挡加固与防护结构参数及材料,为边坡开挖或填筑设计和支挡加固与防护工程结构设计和施工工艺设计提供必要的参数。4 施工勘察 在边坡施工开挖中,对开挖面及揭露的地质现象进行地质编录和坡体变形进行监测,补充、修改或完善前期地质勘察资料,必要时进行补充钻探和试验,预测临时边坡稳定性,为设计参数和施工工艺优化或变更,
11、或者临时措施的采取提供依据。2.3 边坡勘察工作重点1钻探点线布置：线距不宜大于50m,点距3060m,每条勘探线钻孔不宜少于3个。2钻孔深度：深入到稳定层以下地层23m,若初步方案确定为桩结构,钻孔深度宜至预设桩底位置。3有控制性结构面存在的岩质边坡,除钻探外还应配合探洞和探槽进行探测及现场原位试验。4控制性结构面工程特性：对芯样或探洞或探井中取样进行测试,或进行原位试验,试件数量不少于6个,重点测试控制性结构面的抗剪强度参数。5水文地质条件：边坡开挖或填筑,或者工程结构实施后地表水及地下水位变化、汇流、滞留、径流排泄及其对边坡性态的影响等。2.4 边坡岩土体试验要求1土质边坡：各种类型土样
12、特别是边坡关键部位的软弱土体常规物理力学试验,天然及饱水条件下的固结快剪和不固结快剪试验,获得土体饱水条件下的强度参数。2岩质边坡：各类岩石和结构弱面的常规物理力学试验,重点是起控制作用的结构弱面物质在天然及饱水条件下的固结快剪和不固结快剪试验,获得其强度参数。.3. 边坡稳定性评价与支挡力计算边坡稳定性评价和支挡力计算应具备两个条件,一是边坡计算模型,二是计算参数。模型确定是否合理,关键要对边坡常见的破坏模式和类型有个初步了解。边坡稳定性评价计算,目前常用的是极限平衡刚体理论的方法进行建模计算,即是初中物理学就开始学的滑块刚体力学理论,只不过边坡一般不是一个滑块,而是多个滑块叠合在一起的,计
13、算中根据边坡变形滑动过程的力学现象,进行一定的假定或简化,达到计算出单一解的目的。边坡稳定性是指边坡稳定的程度,常用抗滑动力与滑动力的比值来衡量,常用K表示,因此,该K值的大小表示边坡具有的稳定程度。为了保证边坡有足够的安全性,往往要求边坡的稳定性系数达到某一个界值,该界值即为边坡的安全系数,该值是人为根据边坡的重要性赋予值,常用Fs表示,该值的大小表示边坡要达到的安全程度。这样,K可能大于、等于或小于Fs。当K大于等于Fs时,边坡自身可以满足人们要求的安全程度,否则就达不到人们要求的安全程度,就需要给予其一定的抗滑力即支护力,使K大于或等于Fs。3.1 土质边坡的破坏类型及特征1土质边坡破坏
14、及滑体运动类型1塌滑或滑塌型：陡直粘性土坡；2旋转滑动：均质松软土坡；3平移或斜移滑动：非均质性的结构性土质边坡；4复合型滑动：成层型土质边坡；5逐级牵引式或推移式滑动：厚层状均质土坡。2土质边坡滑动面特征1转动型破坏滑动面 坡体后缘随时间出现拉剪型塌陷裂缝； 滑面底端土体受挤压产生鼓胀； 滑面埋深大约为滑动段总长度的0.150.33倍； 滑面较薄,多数只有数厘米,少数达数十厘米。 滑体的滑移速率一般先大后小,有的逐渐变位蠕滑型。2平移型破坏滑动面 滑面斜直整齐； 常受振动力作用； 常常在结构面或层面基础上发展而成。3折线型破坏滑动面 倾倒式破坏的边坡面； 多组裂隙面控制的粘性土边坡倒塌形成的
15、滑动面。3影响土质边坡稳定性的因素1地形地貌及边坡发育历史；2地质构造及地下水特征；3土质成分与结构；4滑体土体状态与潜在滑带土强度特性；5降雨过程与强度、地震及人类工程活动等。3.2 土质边坡稳定性评价及支挡力计算边坡稳定性是指边坡现状稳定程度,支挡力是指要求边坡达到一定的安全程度用安全系数表征时所需要的支挡力。1直线型滑动面单个滑动面情况图3-1 直线型滑动面边坡稳定性计算模型 直线型滑动面边坡多出现在粗颗粒土质边坡失稳情况,以及受一组结构面控制的岩质边坡失稳情况。根据滑块理论,计算模型见图3-1,其稳定系数计算的相关公式如下：1下滑力： 3-12抗滑力： 3-23稳定性系数： 3-3当潜在滑动面的粘聚力C值为零如无粘粒含量的碎石或砂土时,其稳定性系数为：
