某住宅区高边坡稳定性分析与支护技术研究

罗 骋，唐绍辉，杨 放

(长沙矿山研究院， 湖南长沙 410012)

某住宅区高边坡稳定性分析与支护技术研究

罗 骋，唐绍辉，杨 放

(长沙矿山研究院， 湖南长沙 410012)

根据某住宅区高边坡的工程地质特征，在确定影响边坡主要因素的基础上，利用圆弧滑动法对土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边坡的稳定性进行计算分析、评价，提出了边坡支护设计与施工方案。

边坡稳定性;住宅区;圆弧滑动条分法;安全系数

某住宅区场地标高为197～206 m，其西南侧边坡分为2段，边坡高度介于5～22 m，属于土质边坡。由于某房地产开发公司拟在边坡顶部建设建筑物，增加的附加载荷将影响该住宅区高边坡的稳定性。为确保住宅区的居住安全，通过对高边坡［1］的稳定性进行分析和评价，采用了锚杆加肋梁支护或块石挡土墙支护的方式加固总长度为516 m的高边坡，达到了预期目标。

1 地质条件

1．1 工程地质

某住宅区场地原始地貌为剥蚀残丘，经挖掘整平场地，原始地形有了较大改变，场地大致可分为3级台阶，标高大致为191，197～206 m和219 m，在场地内形成了高6～22 m的高边坡。场地内分布的主要地层有人工填土、第四系坡积层、第四系坡残积层、第四系残积层以及二叠系白云质灰岩。

1．2 水文地质条件

场地内的地下水属上层滞水类型，主要赋存于人工填土、第四系坡积粘土及第四系坡残积粉质粘土中，主要分布于原砖厂宿舍一带，受大气降水和地表生活用水的补给;水位随季节变化而变化。在该高边坡CD段坡脚处局部有少量地下水渗出。地下水稳定水位埋深 9．40～22．10 m，相当于标高189．00 ～200．77 m。

场地地形原为剥蚀残丘的山坡和坡脚，无大的冲沟发育，地表水主要为场地内的大气降水和坡顶附近的生活用水，水量不大。

2 边坡稳定性分析

2．1 边坡安全等级

边坡工程安全等级按其损坏后可能造成的破坏后果(危及人的生命、造成经济损失、产生社会不良影响)的严重性、边坡类型和坡高等因素来划分［2］。分析得出该住宅区新址西南侧边坡安全等级为一级。

2．2 稳定安全系数

根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330－2002)对于一级土质边坡采用圆弧滑动法计算时，稳定安全系数应不小于1．30。

2．3 稳定性计算方法与原理

对于土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边坡采用圆弧滑动法计算［3～5］。

圆弧滑动法原理是将抗滑体视为刚性块，滑动面为绕圆心O点并以R为半径所画的圆弧，按滑动面上抗滑力矩Mr与下滑力矩Ms之比导出安全系数K。

将圆弧滑体划分为n个垂直分条，不考虑分条间的力的传递关系，第I分条的下滑力矩为:

式中:Wi——第I条的岩体自重;

n——分条总数;

θi——第I条滑面中点的滑面切线与水平轴夹角。

整个圆弧的下滑力矩为:

第i分条的抗滑力矩Mri，包括滑面上的摩擦力矩RfiNi和粘结力CiLi，力矩:

当条块相同时，即Ci，φi相同时:

2．4 模拟计算结果分析及评价

2．4．1 模拟条件

对边坡各段剖面的支护与地质分层情况进行分析后，建立边坡稳定性评价的计算模型。

加载载荷大小按每层楼的静载荷10 kN/m，活载荷4 kN/m，层数为7层，载荷位置根据总平面调整布置图确定。

模型各分层物理力学参数选取如表1所示，加载后的稳定性计算均以不直接破坏原有边坡加固系统为前提。

表1 模型各分层物理力学参数

由于篇幅所限，本文只对该高边坡DE段进行分析。通过加载载荷大小设置和物理力学参数的选取，得到DE段边坡原始模型计算分析结果，见图1。DE段边坡支护后模型计算分析结果见图2。

图1 DE段边坡原始模型计算结果

图2 DE段边坡支护后模型计算结果

2．4．2 支护后稳定性分析

该高边坡DE段边坡坡顶规划的建筑为15栋，距边坡眉线最近距离为9．6 m，12栋1单元距边坡眉线最近距离大于9．6 m，因此，根据距边坡眉线最近距离为9．6 m进行计算，DE段边坡支护后加载模型计算分析结果见图3。

图3 DE段边坡支护后加载模型计算结果

为保证加载后不影响现有边坡的稳定性，将坡顶载荷后移至潜在滑动弧以后时(距坡顶距离为15．60 m)，边坡稳定性计算结果如图4。

根据距边坡眉线最近距离为9．6 m进行计算，该高边坡DE段边坡坡顶加载后，边坡安全系数为1．203，不满足规范要求;将房屋载荷移至距坡顶距离为15．60 m时，边坡安全系数为1．314，满足规范要求。

计算结果表明，如拟建建筑物距边坡坡顶最近距离大于15．60 m时，将不会影响该高边坡DE段现有边坡稳定性。

图4 DE段边坡坡顶载荷移至潜在滑动弧后计算结果

3 支护设计

以该高边坡DE段为例，该段边坡采用锚杆加肋梁的支护方式［5］，坡面种植草皮护面，支护剖面图如图5所示。

3．1 锚杆设计

该段设计12排锚杆，锚杆水平间距为1．50 m，排距为1．80 m，锚杆主要设计参数见表2。

3．2 胁梁及顶梁

(1)肋梁为现浇砼，标号C20，断面为200 mm×250 mm(宽 ×高)。

(2) 肋梁配筋为:主筋5 Φ 16，箍筋为 Φ 6．5@200，锚杆头与肋梁主筋焊接，锚杆弯头长200 mm。

(3)顶梁配筋为:主筋为4 Φ 16，箍筋为Φ 6．5@200。

(4)肋梁钢筋外砼保护层厚度为35 mm。

(5)要求肋梁底部嵌入矮脚挡土墙中0．30～0．40 m。

在肋梁和锚杆施工完以后，将坡面整平，然后种植草皮，保护坡面。

图5 DE段支护剖面

表2 锚杆的主要设计参数

4 结语

(1)该住宅区边坡加载后的稳定性计算均以不直接破坏原有边坡加固系统为前提，利用圆弧滑动法计算土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边坡。结果表明，该住宅区边坡支护后的安全系数满足规程要求。

(2)该高边坡DE段边坡坡顶规划的建筑为15栋，距边坡眉线最近距离为9．6 m，12栋1单元距边坡眉线最近距离大于9．6 m，根据距边坡眉线最近距离为9．6 m进行计算，DE段边坡坡顶加载后，边坡安全系数为1．203，不满足规范要求;将房屋载荷移至距坡顶距离为15．60 m时，边坡安全系数为1．314，满足规范要求。

(3)虽然边坡坡顶上部修建住宅后的安全系数满足稳定安全系数的要求，但新建建筑物的大部分荷载作用于现有的边坡支护结构(锚杆)上，地基变形后可能影响支护结构的安全度和耐久性。

(4)还应做好其他边坡支护措施:边坡坡顶地面的处理、泄水孔、截水墙、排水沟、矮脚挡土墙、伸缩缝、护栏或围墙。

［1］ 彭作为，周创兵，龚玉峰，等．向家坝进水口高边坡系统锚杆受力状况研究［J］．岩土力学，2006，(3):482 －486．

［2］ GB50330－2002，建筑边坡工程技术规范［S］．

［3］ 李家强．土坡圆弧滑动条分法计算边坡稳定程序简介［J］．天然气与石油，2003，(1):93 －95．

［4］ 张孙振．圆弧滑动法求地基承载力(上)［J］．水运工程，1991，(10):48－55．

［5］ 张孙振．圆弧滑动法求地基承载力(下)［J］．水运工程，1991，(11):53－60．

［6］ 刘红军，齐 鑫，王秀海，等．预应力锚杆肋梁在深基坑支护中的应用［J］．工程地质学报，2005，(4):568 －572．

2010－11－29)

罗 骋(1982－)，男，湖南株洲人，助理工程师，主要从事与矿山安全评价采矿工程。