杭州某疗养院山体护坡治理设计实例

周初举

（中国建筑材料工业地质勘查中心浙江总队，浙江 杭州 310022）

治理边坡呈“┛”形(见下图)，东部边坡走向约N10°，坡体倾向为N280°，坡底角约65～70°，坡体现高度为12.3～14.0m；南部边坡走向约N270°，坡体倾向正北，坡底角约65°，坡体现高度为3.5～12.5m。

边坡治理平面示意图

1 地质条件

1.1 地形地貌

场地地貌单元属丘陵，坡体高差约在5～14m，山坡坡底角约62～70°，坡面全风化、强风化、中风化基岩已出露，距坡顶边缘约1m处建有高度约2.5m的围墙，围墙外为原始山坡地形，地表覆盖灌木等。

1.2 地层

区域地层为上志留统唐家坞组(S3t)：岩性主要为灰黄、棕红色泥质粉砂岩；薄层—巨厚层状构造，岩层产状为270～320°∠35～55°，全风化厚约1.5m(γ=21kN/m3，φ=16°，c=26kPa)，强风化厚约0.5～1m(γ=23kN/m3，φ=25°，c=30kPa)，中风化厚约3～11m(γ=25kN/m3，φ=27°，c=50kPa)。

1.3 地质构造

场地内B-C轴(Ⅲ断面)一带为小型褶皱构造破碎带(γ=24kN/m3，φ=25°，c=40kPa)，该破碎带岩层产状扭变为124～139°∠37～51°，破碎带近直立，宽度约5m。

1.4 水文地质

场地地下水总体较贫乏，东、南侧岩坡未见泉水，B-C轴(Ⅲ断面)小型褶皱构造破碎带可见地下水下降泉，泉水流量约0.5～1t/d，主要由大气降水及山坡上部基岩裂隙水补给；整个坡体降雨后以面流形式为主要排泄方式，少部分通过基岩中的节理裂隙渗入地下及下降泉出露排泄。

2 边坡稳定性分析评价

2.1 影响边坡稳定性因素

(1)岩土性质。

坡顶耕土及全风化岩石以积粘性土夹角砾、碎石为主，厚度1.0～2.5m，土体结构松散；岩石岩性为泥质粉砂岩，强风化层较薄，呈碎块状及块状；岩石节理裂隙较发育，结构面抗剪强度不高，易引起岩土体沿斜坡强风化基岩面产生滑塌现象。

(2)地形。

边坡坡底角呈65～70°的陡坡。

(3)地质构造。

场区地层节理、裂隙主要由2组“X”状节理裂隙，产状为110～115°∠51～62°，165～170°∠36～40°；地层倾向为：270～320°∠35～55°，参照山坡坡体走向，山体边坡坡向与地层产状及节理呈40～70°斜交，对边坡A-B轴区段、C-D轴区段及D-E轴区段影响较小；B-C轴区段具小型结构破碎带(破碎带宽度约5m)，岩层较破碎，节理裂隙发育(6～8条/m)，结合差，结构面强度较低，且该破碎带具泉水出露。

(4)水文地质条件。

场区东侧山坡汇水面积较大，约8000～12000m2，暴雨季节地表水面流沿坡顶围墙外侧面排泄，极易引起围坡顶墙倒塌及坡顶全风化、强风化地基土滑塌。

2.2 边坡坡体稳定性计算及评价

按下列公式估算潜在边坡塌滑区范围：

L=H/tgθ

式中：L—边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距离(m)；

H—边坡高度(m)；

θ—边坡的破裂角(°)。

经几何图解确定边坡边界，根据边坡力学参数，采用平面滑动法计算各断面边坡稳定性系数Ks。

Ks=(γVcosθtgφ+Ac)/(γVsinθ)

式中：γ——岩土体的重度(kN/m3)；

c——结构面的粘聚力(kPa)；

φ——结构面的内摩擦角(°)；

A——结构面的面积(m2)；

V——岩体的体积(m3)；

θ——边坡的破裂角(°)。

采用理正边坡分析设计软件计算边坡稳定性，计算结果见表1。

表1 边坡稳定性计算结果

根据规范，二级岩质边坡稳定性安全系数KS≥1.30；经上述计算，本工程坡体目前状态下A-BC-D轴区段I～IV断面安全系数较低，KS=1.076～1.214≤1.30，呈欠稳定状态；C-D-E轴区段V、VI断面安全系数相对较高，KS=1.388～1.425≥1.30，但V、VI断面总体安全系数仍不高；就整个边坡而言，必须采取适当的边坡治理加固措施，以免产生不良影响。

3 边坡治理加固设计

3.1 设计方案

本工程采用全粘结岩石锚杆锚喷支护结构。

(1)工作原理。

锚杆通过连接钢筋、加强连接钢筋及钢筋网片与喷射混凝土加筋面板共同作用，在岩面上施加一约束力，另外在孔中压注水泥浆固定锚杆的同时，水泥浆对裂隙进行灌注密闭。

(2)加固区段。

本工程整个边坡区段(A～E轴区段)。

(3)加固方案。

坡面整理及切坡：将整个坡体的坡面进行整理，清理坡体碎石及松散块石；对于A-B-C-D轴区段坡面进行切坡处理，切坡后坡底角呈60°，对于D-E轴区段坡面整理切坡后坡底角呈40～45°

采用全粘结岩石锚杆，梅花形布设，水平间距Sxj=1.5m，竖向间距Syj=2.0m，倾角α=15°；锚杆采用φ22Ⅱ级螺纹钢，锚杆长度：A-B轴区段7～8m，B-C轴区段9～10m，C-D轴区段6～9m，D-E轴区段6m；锚固体直径D=100mm，采用水泥浆或水泥砂浆，设计强度等级为M25。

喷射混凝土加筋面板：钢筋网片采用φ6.5钢筋，网度@200双向，喷射混凝土面层厚度：第一层50mm、第二层50mm；锚头及加强连接筋部位总厚度150mm；喷射混凝土强度等级C20。

锚头加强连接筋：采用2×φ10螺纹钢(通长)，将同一排锚头相互连接，并和锚头锁筋、钢筋网片相焊接。

锚杆连接：锚头采用2根φ22L100罗纹钢筋作锁筋，和锚杆主筋满焊接连接，并和锚头加强连接筋及钢筋网片相焊接。

排水体系：坡顶围墙外挖设有效截面为600mm×500mm的截水沟、坡底挖设有效截面为400mm×400mm的排水沟，坡面设置2～3排φ50mmPVC L300～400mm泄水孔。

3.2 稳定性验算

(1)计算公式及方法。

锚杆所受水平拉力标准值(kN)：Htk=ehksxjsyj。

式中：sxj——锚杆的水平间距(m)；

syj——锚杆的垂直间距(m)；

ehk——岩石侧向压力水平分力标准值(kN/m2)，ehk=Ehk/H；

Ehk——岩石侧向压力合力水平分力标准(kN/m)。

锚杆的轴向拉力标准值：Nak=Htk/cosα、设计值：Na=γQNak。

式中：α——锚杆倾角(°)；

γQ——荷载分项系数，取1.30。

锚杆钢筋截面面积(m2)计算：As≥γ0Na/(ξ2fy)。

式中：ξ2——锚筋抗拉工作条件系数，取0.69；

γ0——边坡工程重要系数；

fy——锚筋抗拉强度设计值(kPa)。

锚杆锚固体与地层的锚固长度计算：la≥Nak/(ξ1πDfrb)。

式中：la——锚固段长度(m)；

D——锚固体直径(m)；

frb——地层与锚固体粘结强度特征值(kPa)；

ξ1——锚固体与地层粘结工作条件系数，取1.00。

根据规范：全粘结岩石锚杆按刚性拉杆考虑。

坡体安全系数计算：

Ks=(γVcosθtgφ+Ac+∑Nakicosα)/(γVsinθ)

(2)稳定性验算。

治理支护结构稳定性验算结果见表2。

经上述计算，采用锚喷支护结构能满足规范要求。

表2 支护结构稳定性验算结果

4 结语

本工程根据边坡的水文工程地质特点，分析影响边坡变形破坏的因素，抓住重点，综合考虑，制定出切合实际的治理设计方案，消除安全隐患，为建建筑物的安全运行提供可靠的保障，也为以后类似工程设计积累了宝贵的经验。

[1]谷德振.岩体工程地质力学基础[M].北京:科学出版社,1979.

[2]赵明阶,何光春,王多垠.边坡工程处治技术[M].北京:人民交通出版社,2003.