坡率法边坡实例分析

2015-01-12刘兴远

重庆建筑 2015年6期

刘兴远

（重庆市建筑科学研究院，重庆 400015）

0 前言

随地形地貌等地质环境的变化在山区存在着不同性质的边坡，特别是在山区城镇住房建设过程中将遇到各类市政和建筑边坡。对市政、建筑边坡的治理和防护有多种处理方法[1-2]，坡率法是一种比较经济、施工方便的边坡治理方法，当有放坡条件、地质条件不复杂的场地宜优先采用坡率法。坡率法的含义是当工程场地有放坡条件且无不良地质作用时，通过控制边坡高度和坡度（即坡率），无需对建筑边坡整体进行支护，致使建筑边坡自身达到稳定目的的一种人工放坡设计方法。

《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013对坡率法的应用进行了局部调整，在使用坡率法时应注意：当地质条件复杂，破坏后果很严重，或者对边坡变形控制有较高要求的边坡治理工程，若单独使用坡率法其变形控制和安全性不充分时，应与其他边坡支护方法联合使用，通过采用坡率法（或边坡上段采用坡率法）提高边坡稳定性，降低边坡下滑力后再采用锚杆挡墙等支护结构，控制边坡的稳定，确保达到安全可靠的效果。对于填方边坡为提高边坡的稳定性，可在填料中增加加筋材料改善填土的特性，提高填土材料的内摩擦角和整体性，若此时仍不能满足边坡稳定性要求时可加大放坡的坡度以保证边坡的稳定性。对高度较大的建筑边坡工程，为美化环境，可采用分级（或分阶）放坡的方式实现坡率法；但分级放坡时应保证建筑边坡各级及边坡整体的稳定性。在采用坡率法的同时应进行边坡环境整治、坡面绿化和周边排水处理，特别应注意排水系统的设置，预防坡体内、外水及坡内排水构筑物破裂引起的不利作用。[3]

《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013中的5.3.2条明确了稳定安全系数的要求，特别是规定了临时边坡的安全稳定系数，对安全等级分别为一、二和三级的临时边坡，其边坡稳定安全系数分别为：1.25、1.20和1.15。此条规定间接明确了按坡率法治理的边坡应进行边坡稳定性计算，GB50330-2013中第14.2.1条和14.2.2条分别给出了土质边坡和岩质边坡坡率允许值，使用中应注意坡率的适用条件，否则按推荐的放坡坡率并不总是可以保证边坡安全系数满足规范要求。

1 边坡稳定系数计算

关于边坡稳定性计算方法在不同技术资料、规范中均有说明，此处不再一一论述。在无支护结构条件下《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013中的附录A给出了几种规范推荐的边坡稳定系数计算方法，但未给出有支护结构的边坡稳定系数计算方法。当边坡工程采取坡率法+其他支护结构的联合治理方法进行边坡治理时，治理后的边坡稳定性验算需再次核算，当前此工作似未引起有关人员的重视。原因之一是GB50330-2002未给出计算方法，GB50330-2013中也未给出具体说明，其原因是有支护结构的边坡稳定性计算方法在《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范》GB50843-2013[4]中已给出，但未引起有关人员的充分重视；为此作者将GB50843-2013附录A中的平面滑面条件下的有支护结构作用的边坡稳定性验算方法摘录如下。对平面滑面，边坡稳定性系数可按下列公式计算[4-5]（图1）。

图1 平面滑面边坡计算模型示意

式中：T为滑体单位宽度重力及其他外力引起的下滑力（kN/m）；R为滑体单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力（kN/m）；c为滑面的粘聚力（kPa）；φ为滑面的内摩擦角（°）；L为滑面长度（m）；G为滑体单位宽度重力（kN/m）；Gb为滑体单位宽度附加竖向荷载（kN/m）；方向指向下方时取正值，指向上方时取负值；兹为滑面倾角（°）；U为滑面单位宽度总水压力（kN/m）；V为后缘陡倾裂隙单位宽度总水压力（kN/m）；Q为滑体单位宽度水平荷载（kN/m）；方向指向坡外时取正值，指向坡内时取负值；R0为滑体所受原有支护结构单位宽度有效抗力（kN/m）；α为原有支护结构单位宽度有效抗力倾角（°）；有效抗力方向指向斜下方时取正值，指向斜上方时取负值；hw为后缘陡倾裂隙充水高度（m），根据裂隙情况及汇水条件确定。

当V、U、Q和Gb均为零时，公式（1）～（5）可简化为公式（6）：

2 坡率法边坡计算实例

实例1：该工程为某地块场地平整工程。场地地质条件如下：场地中部为北向舌状山脊，走向30°左右，山脊顶部平台最宽约70m，拟建范围内最大地面高程为237.95m。山脊两侧为斜坡，受人类建设和改造，坡脚底部接近沟谷位置有高3～10m的陡坎，山脊西侧坡脚陡坎已采用条石挡墙支挡，挡墙高10m左右；山脊东侧及北侧为陡坎和自然斜坡，临空面处有红褐色泥岩裸露。山脊东西两侧沟谷位置地形较平缓，地表有大量人工填土堆积，地面高程为201～210m之间。勘察区北侧与嘉陵路之间地形平缓，地面起伏不大，地表有大量人工填土堆积，地面高程为201～207m之间。

2.1 场地内地质及岩土分布情况

场区岩质边坡有两组裂隙发育：裂隙J1倾向320～330°，倾角约68～78°，呈半闭合状，有少量粘土填充或无充填，裂面较平直、光滑，结合程度差，裂隙间距0.5～2.1m，延伸长度1～3m，为硬质结构面。裂隙J2倾向为200～210°，倾角75～85°，闭合状为主，无充填，裂面较平直、光滑，结合较差，裂隙间距约3mm，延伸长度2～5m，为硬性结构面。拟建场区地表覆盖层主要为新近堆填的第四系杂填土，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组泥岩和砂岩，呈互层状产出，局部夹薄层状泥质粉砂岩透镜体或夹层。场区内杂填土分布广泛，厚度较大，结构松散，均匀性差，尚未完成自身固结；中等风化泥岩天然单轴抗压强度标准值10.27MPa，硬度分类为软岩；中等风化砂岩天然抗压强度为15～30MPa，砂岩胶结成分差异较大，力学性能不稳定，硬度分类为较软岩。场区内岩层呈单斜产出，倾向218～223°，倾角8～10°，区内未见断裂构造。未见滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。

2.2 场地内水文及地下水分布

该区域多年平均气温18.3℃，月平均最高气温是8月为28.1℃,月平均最低气温在1月为5.7℃。多年平均降水量1082.6mm左右，降雨多集中在5～9月，其降雨最高达746.1mm左右。场区内地下水含量较少，可能的地下水类型为松散土体孔隙水和基岩裂隙水。主要受大气降雨影响，嘉陵江水位对场地内影响较小。

2.3 场地地下建筑物及管道分布情况

场地内共存在5处地下洞室，5处洞室均稳定，不在该次临时边坡影响范围内。周边地下管网位于开挖红线外，对该工程影响不大。

2.4 验算参数

（1）施工部位岩土计算参数为：土层厚度14.5m，重度18.0(kN/m3)，粘聚力0.00kPa，内摩擦角30O，不考虑水的作用；（2）地面坡度较大时，放坡稳定性不高，需多次放坡；（3）基坑及边坡开挖临时边坡地勘建议值：素填土层1∶1.25，粉质粘土1∶1.0，基岩强风化带1∶0.5；（4）基岩中等风化带：无外倾结构面时按1∶0.30开挖，否则按外倾结构面放坡。

2.5 临时边坡设计

根据场地实际情况，别墅区在不同的部位将形成不同坡高的临时边坡，不同位置的二级临时边坡放坡坡率见图2、图3所示。

图2 剖面1-1适用于坡高小于6m的临时边坡

图3 剖面2-2适用于坡高6-10m的临时边坡

临时边坡稳定性验算，对平面滑动无粘性土，其土坡稳定性计算如下：

对二级临时边坡，Fst=1.20，故

因为φ=30O，故

坡率法坡比为H∶L=1∶2.08≈1∶2.00，此时，α=25.69O

对该工程而言，1∶2的坡率方能满足安全等级为二级的临时边坡安全稳定系数要求（tan(30O)=0.577，此时坡比为1∶1.732）；此例与原有工程实际案例的安全坡率有较大差异。

对二级放坡边坡（图3），以10m坡高为例，放二级（1阶高度6m，二阶高度4m），马道宽度2m，放坡边坡整体坡率为：

Fs=tan(φ)/tan(α)=tan(30O)/tan(23.6O)=1.32(满足临时边坡安全等级为一级的要求)。

实例2：路堑岩质边坡工程。该段为Ⅲ类岩质边坡，岩体完整程度为较破碎（破碎镶嵌），边坡由岩体强度控制，裂隙面与边坡走向相切，不起控制作用，有关设计参数如下：强风化泥岩重度γ=24.5kN/m3，φ综合=28O；中风化泥岩重度γ=25.1kN/m3，φ综合=52O；中风化泥岩破裂角61O；锚杆钻孔直径D=80mm，锚杆为1根直径为22mm的HRB400钢筋，锚固砂浆强度等级为M30，强风化泥岩：frbk=280kPa，中风化泥岩：frbk=720kPa，fb=2.4MPa；锚杆与水平线的夹角为15O，边坡为永久性边坡，安全等级为二级；受放坡条件限制，设计剖面（含锚杆支护）见图4，试核算其安全性。