坡率法在边坡中的应用

申 震，王成保

(1.贵州大学土木建筑工程学院;2.中原工学院建筑工程学院)

1 引 言

在边坡工程支护结构设计中，通常根据边坡所处的不同环境选折不同的支护结构。常用的支护结构形式有挡土墙、抗滑桩、锚杆(索)、坡面喷浆、坡率法以及上述简单结构联合使用的锚索+抗滑桩、锚杆+喷射混凝土、锚杆+坡率法等形式。挡土墙由于其体积大、造价高、稳定性差、对地基承载力要求高等因素在使用上受到一定的限制，通常用在高度比较低、不重要工程、非地震区。锚杆+喷射混凝土支护结构主要用于边坡高度不高、坡比略缓、开挖后自身稳定性满足要求的风化岩石边坡。格构锚索支护结构主要用于高陡挖方边坡和直立边坡。坡率法是通过控制边坡的高度和坡度之间的关系而使边坡不需要整体加固就能达到自身稳定的一种处理方法。其原理是使边坡对所有可能的潜在滑动面的下滑力和阻滑力处于安全的平衡状态。

2 坡率法的稳定性分析

2.1 工程概况

贵阳某文化园道路边坡场地位于岩质低山缓坡山脊、鞍部，属溶蚀低中山地貌，地势起伏较大，坡面倾向东。边坡支护区原始地面高程1 113.2 ～1 151.0 m，自然条件下场地及其周围无滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害存在，根据设计道路通道开挖后，将在道路西侧形成高约15 m 岩质边坡。

拟建场地下伏基岩为三叠系花溪组(T2h)白云岩，灰、灰白色、局部浅砖红色，薄－中厚层状，岩体完整程度较破碎。拟建场区内无断层经过，地层分布连续，呈单斜状产出东，对场地出露岩石进行测量，岩层倾向80°，倾角54°，岩体基本质量等级为IV 级。钻探结束后，对所施工的54 个钻孔水位进行观测(钻探结束24 h 后)，场地钻探孔内均为干孔，说明钻探深度范围内无地下水。

2.2 参数分析

由钻孔资料可知此边坡在进行建模运用软件计算时不考虑地下水的影响。边坡倾向150°，边坡走向60°，属于切向坡。岩体完整程度较破碎，根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330－2013)5.2.3 条规定，滑裂面采用圆弧滑动面。岩体基本质量等级为IV 级，岩石重度r=25.0(kN/m3)，内摩擦角取φ=15°，粘聚力C=35(kPa)，边坡工程安全等级为一级。

2.3 稳定安全系数影响因素分析

(1)边坡分级的影响

在坡率法中，对边坡稳定安全系数的影响因素有很多，主要包括边坡高度、放坡斜率、放坡级数以及每级之间的马道宽度。其中边坡高度是客观情况不受人为控制，因此，不做过多的赘述。利用理正岩土分析软件边坡稳定分析模块，计算安全系数，滑裂面形状采用圆弧滑动面，自动搜索最危险滑裂面。如图1 所示边坡示意图，图中所示为三种开挖情况，土方开挖量相同。实线为设置一级边坡，点划线为设置两级边坡，虚线为设置三级边坡。分析不同级数对边坡稳定安全系数的影响，如图2 所示，当设置一级边坡时稳定安全系数明显不满足要求，设置两级边坡时稳定安全系数有了明显的提高，设置三级边坡时稳定安全系数满足要求。因此，当用坡率法稳定安全系数不满足要求时可通过调节边坡开挖级数来达到设计要求。

图1 边坡示意图

图2 级数对比图

(2)马道宽度的影响

当设置多级边坡时考虑马道对稳定安全系数的影响，如图3 所示，在马道宽度一定时边坡稳定安全系数随坡率的加大而增大，根据《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330－2013)可知本边坡要求的最小安全系数是1.35，结合图1 当边坡稳定安全系数不满足要求时可通过增大放坡斜率来实现;另外，马道宽度对边坡稳定安全系数的影响是显著的，本文列举了三种马道宽度设计值进行对比，马道宽度为2 m时，放坡坡率为1.343 可满足要求，马道宽度为4 m 时，放坡坡率为1.090 可满足要求，马道宽度为6 m 时，放坡坡率为0.900 可满足要求。因此可知，对于比较高的边坡当稳定安全系数不满足要求且放坡条件有限时可适当增加马道宽度来满足要求。

图3 马道宽、坡率对比图

(3)坡面绿化的影响

坡率法是通过刷坡使边坡坡度更缓，易绿化。植被护坡技术与传统的护坡方法相比具有明显的优势。植被护坡不仅具有美化环境、恢复生态的作用，同时其加固边坡的效果也相当明显。但是在不同的边坡上植被的存活难易程度不同，运用植被护坡时要根据边坡坡面的岩土性质，结合气候条件等因素选折合理的植被才是关键。考虑植被对边坡稳定性的影响时可以用边坡滑移面上的稳定性系数K 表示

式中:c'R为边坡根系对土体加强作用下土体的有效粘聚力增量，kN/m2;θ 为植物根系与滑裂面的夹角，°;W 为植被重量荷载，kN/m2;T 为滑裂面上根的抗拉力，kN/m;D 为平行于边坡的风荷载，kN/m。

植被护坡主要是增大了土体的粘聚力和根系的抗拉作用，考虑此因素由公式可知K 值明显增大。

3 结 论

边坡支护的形式很多，每种形式都有各自的优缺点，根据边坡的地质条件、施工环境等因素选折合适的方法是关键。当有放坡条件时应优先选用坡率法。另外，对于一些环境要求高，比如本项目文化园道路边坡采用坡率法，同时应用主动柔性防滑网进行支护。放坡坡率、放坡级数、植被选用都对边坡的稳定安全系数有影响。科学、合理的进行选折才能体现出设计的价值。

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