边坡稳定性分析及支护设计研究

2017-03-25河南省水利勘测设计研究有限公司

河南水利与南水北调 2017年2期

□张焱（河南省水利勘测设计研究有限公司）

边坡稳定性分析及支护设计研究

□张焱（河南省水利勘测设计研究有限公司）

选取某水库左岸边坡为对象，结合有关的岩土工程勘察报告，分别利用赤平投影法、极限平衡法对其稳定性进行了分析，两者分析结果均表明该边坡属不稳定边坡。分别采用桩锚支护、岩石锚喷及锚杆网格梁三种支护方法进行分析，岩石锚喷支护在工期、投入、成本方面占有优势，但安全性最差；桩锚支护和锚杆网格梁的安全性较高；桩锚支护成本与设备投入较大。经综合分析论证，采用锚杆网格梁支护方式为该边坡的最优支护方案达到了相关要求，并具有最佳经济效益。

边坡；赤平投影；稳定性分析；边坡支护

0 引言

边坡工程是一项危险性极高的岩土工程项目，在各种力的作用和自然因素的影响下，极易发生由边坡变形失稳产生的滑坡、崩塌和泥石流现象，严重危害着人民的生命、财产和生存环境。因此，判断边坡的稳定性以及人工边坡设计的合理性，对人民的生命财产安全和各类工程设施的正常运行具有重要影响。

文章选取某水库左岸岩石边坡作为研究对象，结合有关的岩土工程勘察报告，对该岩石边坡的稳定性进行了分析；利用桩锚支护、岩石锚喷及锚杆网格梁支护方法对其进行综合分析论证，并选取最优设计方案；最后对边坡进行设计计算及支护后的整体稳定性验算。

1 工程概况

该边坡所处地貌单元属丘陵地貌，其山体原自然边坡坡角为12～24°，边坡所在山体最高标高为100.99 m，最低处标高为80.11 m。上部（2.00～3.00 m）为土质边坡，下部（3.00～21.00 m）为岩质边坡，边坡顶部为原始地貌，植被不发育，工程安全等级为二级。边坡坡顶地面荷载按20.00 kN/m考虑,该段边坡长约165 m，边坡高度17.95 m。设计边坡为永久性支护设计。

2 地层岩性及地下水

2.1 地层岩性

根据钻探揭露，拟建场地内按从上至下的顺序，现将各地层岩性特征描述如下：①耕植层（Q4pd）:褐黄、褐灰色，主要由粘性土组成，含植物根茎，稍湿，松散状态。层厚0.30～1.50 m。②层粘土（Q4dl）：褐黄色，含少量植物根茎，稍湿，硬塑状态，其干强度及韧性中等，捻面较光滑，摇振无反应。层厚0.20～2.80 m。③层强风化板岩（C2h）：褐黄色，大部分矿物成分已风化变质，节理裂隙很发育，局部被褐黄色粘性土充填。岩芯呈块状及短柱状，岩块用手可折断，敲击声哑，泡水极易软化，失水易龟裂崩解。岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。揭露厚度0.70～18.60 m。④弱风化板岩（C2h）：灰色、灰黑色，变余结构，板状构造，表面一般有一层黄褐色“薄皮”，致密块状，岩芯敲击声脆，多呈长柱状，少量短柱状，岩块手折不断。岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。揭露厚度0.30～16.38 m。

2.2 地下水

根据勘察的钻孔资料和地质调查，该段地下水类型为基岩裂隙水。主要受大气降水或地表水体补给，勘察期间，测得稳定水位埋深为22.70～23.70 m，高程42.75～44.67 m。场地内各地层均属弱透水性地层，根据水质分析结果，参照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）有关标准综合判定：场地环境类型为Ⅱ类，场地内地下水水质对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

3 边坡稳定性计算

3.1 边坡类型及边坡稳定系数

本设计支护的边坡为切方岩质边坡，主要以强风化板岩为主，岩体结构类型为散体碎裂结构，节理裂隙发育，根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）和经验，该边坡属较大规模的碎裂结构岩质边坡。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年修改版），该边坡为新设计的永久性边坡，工程重要，故边坡支护或滑坡治理后的稳定系数应≥1.30，抗倾覆稳定性安全系数≥1.60。

3.2 边坡稳定性评价

边坡稳定性分析的方法有很多，本边坡以强风化软岩为主，无明显滑动面，根据规范和经验，采用赤平投影、极限平衡法进行稳定性分析较为合理。

3.2.1 赤平投影分析法

设计开挖边坡走向5°，倾向NW，倾角76°；根据勘察可知，环境边坡所在场地内主要发育节理有五组：裂隙L1走向325°，倾向NE，倾角74°；裂隙L2走向5°，倾向NE，倾角77°；裂隙L3走向313°，倾向NE，倾角43°；裂隙L4走向45°，倾向SE，倾角43°；裂隙L5走向15°，倾向NW，倾角50°。边坡、结构面的赤平投影图如图1所示。

其节理共同将岩体切割成碎块状及块状，利用结构面的组合与边坡的关系，裂隙L1与裂隙L4两组结构面的组合交线向坡外倾斜、且倾角小于坡面倾角，岩坡为不稳定结构；同理裂隙L3与裂隙L4两组结构面的组合的岩体亦属不稳定结构。

3.2.2 平面滑动（极限平衡法）

以一定比例绘制边坡剖面图，平面滑动的剖面示意图如图2所示，经勘查AZ为潜在滑动面。其稳定计算公式为：

经计算得Ks=0.70＜1.30，据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）的规定，采用平面滑动法计算的二级边坡其支护后新形成的边坡体系稳定性系数须达到1.30以上。定状态，为保证边坡的稳定性和拟建构筑物正常施工，在使用之前必须采取相应的支护措施。

图1 边坡、结构面的赤平投影图

图2 平面滑动剖面图

3.3 边坡支护方案论证

文章分别采用了岩石锚喷支护、桩锚支护和锚杆网格梁支护三种方案，分别对安全性、工程量估计、施工特点、工期和成本等各方面指标进行综合比较：桩锚支护安全系数高，工程量大，施工特点是强度大、安全性大，但施工费用高，工期需要120 d，成本高；岩石锚喷安全系数低，工程量小，施工特点是施工简单、节约投资与劳力、安全性低，工期需要55 d，成本较低；锚杆网格梁安全系数高，工程量一般，施工特点是设计灵活、外形美观、可施加预应力，工期需要70 d，成本适中。

岩石锚喷支护在工期、投入、成本方面占有优势，但安全性最差；桩锚支护和锚杆网格梁的安全性较高；桩锚支护成本与设备投入较大。综合比较，锚杆网格梁支护方案各方面指标占有较大优势，也是现在处理边坡支护中最常用的方式之一，且具有施工工序简单、施工机械设备轻便、外形美观、安全性好的特点。因此选取锚杆网格梁支护为该边坡的最优支护方案。

4 边坡支护设计及稳定性验算

4.1 边坡支护设计

基础梁截面面积为400 mm×500 mm，主筋配筋为812，箍筋配筋为8@100；压顶梁截面面积为350 mm×450 mm，主筋配筋为810，箍筋配筋为8@100；肋梁截面面积为300 mm×3500 mm，主筋配筋为612，箍筋配筋为8@100；肋柱截面面积为350 mm×400 mm，主筋配筋为812，箍筋配筋为8@100。