某热电联产项目开挖边坡稳定性评价设计

董鹏，陈文富，唐锡彬（贵州电力设计研究院，贵阳550002）

某热电联产项目开挖边坡稳定性评价设计

董鹏，陈文富，唐锡彬
（贵州电力设计研究院，贵阳550002）

以某热电联产项目的开挖边坡为例，根据现场地形、地貌调研、室内测试、数理统计、地质分析与判断等，采取锚索格构梁和坡面排水措施，利用理正岩土软件计算下滑力，并以此为基础进行锚索格构梁设计计算。实施后，边坡稳定，可为同类工程设计提供一定参考。

边坡;稳定性分析;锚索格构梁

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.057

1 引言

边坡工程是地质工程中的重要研究领域。边坡是地表天然地质和工程地质的作用范围内，具有露天侧向临空面的地质体，是广泛分布于地表的一种地貌形态，包括自然边坡和人工边坡。人工开挖边坡，是因工程建设的需要而开展的。边坡作为工程建（构）筑物的一部分，破坏了自然边坡的平衡状态，设计不当将带来边坡变形与失稳，形成边坡地质灾害。因此，在工程建设时，对开挖边坡需分析设计其合理坡度和坡高。[1]

边坡稳定性分析一直是边坡工程研究领域的核心问题。1994年，晏同珍提出“易滑地层”概念，并指出“易滑地层”由于其矿物组成多属片状黏土，这类黏土矿物遇水时，其黏聚力和内摩擦角就会减少，其抗剪强度大大降低，致使其易于滑动。锚索格构梁作为一种有效实用的边坡加固措施已广泛应用于工程边坡治理。锚索格构梁是预应力锚索与钢筋混凝土格构梁的复合结构，采用格构梁护坡，在格构梁的交叉点处设置锚索，锚索是将拉力传递到稳定的岩层或土体的锚固体系，可以主动地加固岩土体，有效地控制其变形，防止坍塌的发生。格构梁起到传力作用，现浇钢筋混凝土格构梁与坡面的接触面积大，可减小坡面反力，同时它的整体刚度大,使坡面的受力较为均匀。2004年，唐辉明等进行了滑坡治理工程中钢筋混凝土格构梁设计理论研究；2009年，朱大鹏等进行了格构梁与边坡岩体相互作用机制及现场试验研究；2015年，韩冬冬等进行了预应力格构锚固体系格构梁内力分布规律模型试验研究。本文以某热电联产项目的开挖边坡为例，根据现场地形、地貌调研、室内测试、数理统计、地质分析与判断等，采取锚索格构梁和坡面排水措施，利用理正岩土软件计算下滑力，并以此为基础进行锚索格构梁设计计算，实施后，边坡稳定，取得了良好的效果[2-6]。

2 工程概况

2.1 地形地貌

挖方边坡地处黔北大娄山南麓余脉河谷之中（见图1），整体属构造剥蚀、侵蚀中山地貌。原始地貌为一大体向东南、东的单面斜向坡，部分地段呈梯坎状，坎高1～3.5m，平地宽1～5m，地面高程856～890m，坡度20～40°。

图1 边坡所在位置照片

2.2 地质构造

区域整体位于断山背斜核部-东翼，断山背斜近南北走向，核部为寒武系中上统娄山关群中厚层状灰岩、白云岩，两翼地层为奥陶系下统桐梓组和红花园组白云岩、灰岩、泥岩和湄潭组泥岩等组成。边坡受构造影响较小，岩层倾向和倾角变化较小，基本为单斜构造，整体呈顺向斜坡，岩层倾向80～105°、倾角28～45°。

边坡岩体内裂隙主要发育有如下4组：

L1：315～330°∠65～80°，主裂隙密度2～9条/m，间距15～40cm，裂隙宽10cm～闭合，表层为泥质充填，深部钙质（方解石）胶结，结合差～一般；次裂隙密度30条/m，裂隙闭合，钙质胶结，结合一般。

L2：250～285°∠50～80°，裂隙密度5～35条/m，间距2～20cm，缝宽2mm～闭合，钙质胶结，结合一般。

L3：180～205°∠60～80°，裂隙密度4～30条/m，间距0.02～1m，缝宽2mm～闭合，钙质胶结，结合一般。

L4：115～130°∠70～75°，裂隙密度4～20条/m，间距1～40cm，缝闭合，钙质胶结，结合一般。

2.3 工程地质概况

根据钻探资料，工程地质概况如下：

①层：黏土，黄褐色，可塑，残坡积（Q4el+dl）成因，夹少量风化石（泥岩、灰岩、白云岩），孔隙比较大、含水率较高、压缩性中等～高，厚0.5～6m，平均厚度4m。

②灰岩：为桐梓组和红花园组（O1t+h）生物碎屑灰岩，灰～深灰色，中厚层状，中～微风化，粗晶结构，钙质胶结，锤击声清脆，震手，有回弹，难击碎，为坚硬岩；表层强烈溶蚀风化带厚约3～8m，在地表形成上宽下窄的溶缝、溶沟、溶槽，其宽度数厘米至2～3m不等，且多有黏土、碎石土充填，溶蚀风化结构面之间，岩石断口呈贝壳状，保持新鲜岩石光泽；其下为裂隙性溶蚀风化带，厚5～15m，裂隙面胶结物风化蚀变明显，部分充泥，溶蚀风化张开宽度10mm～闭合，岩石断口呈贝壳状，保持新鲜岩石光泽。岩芯呈碎块状、短柱状、柱状。节理裂隙较发育，岩体较破碎，结合一般，岩体基本质量等级为III级。

2.4 气象水文条件

边坡地处贵州省高原北部，属中亚热带，春夏半湿润型气候。年平均气温15.1℃，年降水量1133.8mm，年平均相对湿度81%，年平均风速1.2m/s。

边坡地表呈阶梯、斜坡状，利于排水，地表沟槽发育。当大气降水后，地表水绝大部分沿地表形成地表径流排出，或顺地表排水沟槽排出边坡。

2.4.1 地表水

挖方边坡处地表水主要为雨季降水，除部分雨水下渗进入岩土体外，其余雨水依地势向坡体下侧径流进入后水河。

2.4.2 地下水

据地质调查、测绘，按照赋存条件将挖方边坡处地下水分为第四系松散层中的孔隙水、基岩（风化、构造）裂隙水及岩溶管道水。

孔隙水受大气降水补给，分布于第四系覆盖层中，无出露，对边坡治理影响较小。

风化裂隙水径流于表层基岩风化裂隙内，受大气降水及表层孔隙水补给，边坡上无出露。

构造裂隙水径流于岩石构造裂隙之中，补给源较宽，补给类型较复杂，往往于透水岩层与阻水岩层接触带被剥蚀而以接触下降泉、浸润流的形式或沿构造裂隙通道出露于地表，或以浸润流或小股流的形式下渗补给岩溶水，对施工有一些影响。

岩溶管道水主要见于可溶性碳酸盐类的生物碎屑灰岩、泥质灰岩中，即桐梓组和红花园组岩层中。径流于岩溶裂隙或规模不大的溶洞之中，以岩溶裂隙泉或岩溶泉的形式出露于表，常年有水，四季不枯，流量较稳定。岩溶水接受岩石裂隙水和临区岩溶水补给，补给面积和流量大，径流条件复杂，对边坡施工和后期维护产生不良影响，需做引排处理。

3 边坡稳定分析

3.1 赤平投影分析

中风化岩体组成的边坡，其稳定性受结构面的组合所控制，由于这些结构面切割岩体，导致岩体完整性差，岩体的强度降低，降雨及地下水易于沿结构面深入坡体，特别是当岩体内有软弱夹层或者结构面内有泥质充填物时，在水的作用下，软弱夹层或结构层内充填物的抗剪强度迅速降低，非常不利于边坡稳定。

本挖方边坡坡体为灰岩，岩层面产状82～85°∠31～35°，边坡倾向90°，岩层面倾向与边坡倾向交角为5～8°，为顺向坡，赤平投影如图2。

图2 边坡赤平投影图

赤平投影分析，结构面与边坡的走向、倾向均相同，但其倾角小于坡角，结构面的投影弧位于边坡的投影弧之外，属不稳定结构。斜坡整体不稳定，坡体稳定性受控于岩层面。

3.2 岩土力学参数

计算分析采用的岩土力学参数是根据室内试验和现场情况综合确定，见表1。

表1 边坡支护设计技术参数取值

本边坡稳定分析计算简图如图3所示，采用北京理正岩土工程分析软件6.0版按平面滑动法进行计算，总下滑力1841.7kN，总抗滑力1789.4kN，安全系数0.972，小于建筑边坡稳定安全系数1.35，应进行支护处理。

图3 边坡下滑力计算简图（单位：m）

4 锚索格构梁支护设计

4.1 锚索设计

预应力锚索布置于地梁节点处，钻射倾角20°，钻孔直径150mm，杆体采用7根s15.2mm的1860级钢绞线，锚索全长灌M30水泥砂浆,锚索间距2.5m×2.5m，倾角α=20°，其具体设计参数见表2，示意图见图4。

表2 锚索设计参数表

图4 锚索设计示意图

4.2 格构梁

5 结语

锚索格构梁边坡支护方案是工程中常用且有效的措施，本文在对其稳定性分析的基础上，采用支护设计，有效地提高了边坡的抗滑能力，保证了边坡的安全和稳定，可为同类工程设计提供一定参考[7]。

【1】索丽生，刘宁.水工设计手册（第2版）第10卷边坡工程与地质灾害防治[K].北京：中国水利水电出版社，2013.

【2】晏同珍.水文工程地质与环境保护[M].武汉：中国地质大学出版社，1994.

【3】GB50279—2014岩土工程基本术语标准[S].

【4】唐辉明，许英姿，程新生.滑坡治理工程中钢筋混凝土格构梁设计理论研究[J].岩土力学，2004，25（11）:1683-1687.

【5】韩冬冬，门玉明，刘璐.预应力格构锚固体系格构梁内力分布规律模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2015，34（8）:1619-1627.

【6】朱大鹏，晏鄂川，宋琨.格构梁与边坡岩体相互作用机制及现场试验研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28（增1）:2947-2953.

【7】朱卫东.基于强度折减法的格构锚杆边坡治理方案研究[J].施工技术，2015，44（9）:115-118.

StabilityAnalysis andTreatmentDesign of ExcavationSlope of ACogeneration

DONGPeng,CHENWen-fu,TANG Xi-bin
(GuizhouElectricPower Design ResearchInstitute,Guiyang550002,China)

Inthispaper, the excavationslopeofa cogenerationproject asan example, accordingto the site topography, investigation,laboratory test and mathematical statistics, geological analysis and judgment, take the anchor lattice beam and slope drainagemeasures, the sliding force calculation using Lizheng geotechnical software, and as a basis for anchor lattice beam design. Afterimplementation, the slide slopedis stable,whichmayserve asa reference for similarprojects.

slope; analysesof stability; anchor cable lattice beam

TU413.6+2

B

1007-9467（2016）12-00187-03

2016-09-08

董鹏（1982～）,男，河南鹿邑人，工程师，从事岩土工程勘察、设计、检测和地基处理研究。