浅谈建筑边坡工程及其应用Word文件下载.docx

1、由于地方经济的发展，土地的过渡开发、植被的破坏、山石的大量开采等，使得边坡地质灾害日益普遍,使得国家和人民蒙受了重大的损失.由于边坡治理因素的复杂性、作用机制的多样性，使得边坡治理仍然是一个重点和难点.1.2 边坡工程的分类边坡工程分类方法很多，主要包括按照支挡材料分类、按照支挡结构进行分类、按照地理位置进行划分等。1.2。1 边坡工程常用类型分类根据使用的材料，可以分为注浆片石支挡、混凝土支挡、复合支挡等，根据支挡物的内部结构可以分为重力式、扶壁式、锚杆式、悬臂式等，根据设置位置可以分为山区、地震区、特殊地区等。1。2。2 边坡工程常用支挡结构类型边坡支挡常用结构见表1-1。表1-1 边坡支

2、挡结构常用形式支护措施场地条件边坡高度H（m）边坡工程安全等级备注重力式挡土墙场地允许，坡顶无重要建筑物土坡，H8岩坡，H10一、二、三级土方开挖后边坡稳定较差时不应采用扶壁式挡土墙填方区土坡，H10土质边坡悬臂式挡土墙土层,H8岩层，H10土层较差或对挡墙变形较高时不宜采用.板肋式或格构式锚杆挡墙坡顶建筑物需要保护，场地狭窄土坡，H15岩坡，H30一、二级严格按逆作法施工，对挡墙变形有较高要求的土质边坡，应采用预应力锚杆岩石喷锚支护I类岩坡，H30II类岩坡,H30类岩坡，H15二、三级坡率法坡顶无重要建筑物，场地有放坡条件岩坡，H25不良地质段、地下水发育区、流塑状土时不应采用2 边坡工程

3、稳定性分析及评价1 边坡稳定的影响因素分析边坡工程的稳定性常常遭到破坏,其破坏因素可分为内因和外因。内因为固有的因素，包括岩性特征、构造发育程度、硬度等。外因素包括降水、植被发育状况、水文地质状况等，这些因素是通常会直接影响边坡的稳定性，但要通过与内因结合才能起作用。总而言之，边坡的稳定与否并不是任何单一因素作用的结果，其是内因和外因综合作用的结果.只有因地制宜，具体问题具体分析才能真正找到影响边坡稳定的主因.2.1.1 地层与岩层岩石特征是影响岩石稳定性的决定性内因，不同的岩性特征具有不同的抵抗破坏的能力.岩石破坏是岩石的内聚力抵抗外界破坏力的结果，当外界的作用力大于岩石的内聚力时，岩石就会

4、发生破裂，于此同时，边坡也将失稳发生滑动,因而岩土介质的强度是边坡稳定性的重要影响因素之一.防护对象的物质组成对于边坡的稳定性也具有十分重要的意义，例如泥岩，其主要组成矿物为粘土矿物，硬度低，遇水具有可塑性和膨胀性,极易发生破坏，而石英砂岩、岩浆岩类，由于岩石组成矿物多为高温矿物，不易风化,因此稳定性好，不易发生破坏。2.2。2 地质构造地质构造指岩石在外力作用下发生了变形和变位，通常会加大岩石的孔隙度,使得岩石变得疏松,雨水等易于进入岩石内部，对岩石的破坏较完整岩石强很多.一般构造发育的地带是边坡防护的重点区域和危险区域。2.2.3 岩体结构岩体的结构大致可分为块状结构和非块状结构，是影响岩

5、石稳定性的重要因素。不同的结构具有不同的力学性质，其抵抗外界破坏的能力也不同。其面状构造包括层面、节理面、劈理面、风化面、成分层、接触面，不同性质的接触面属于薄弱面，其常是岩层发生破坏的有利部位。因此研究不连续面的性质、物质的胶结性质等因素,是分析岩层稳定性的重要方面。4 风化作用风化作用是指在外界的温度、水、风等的作用下岩石发生破坏的能力，暴露在地表的岩石，都会受到外界风化作用的影响，造成原来稳定的地质体变得不稳定而发生向下滑动，形成各种地质灾害。1.5 地下水水会降低颗粒之间的摩擦力，降低岩石的强度，其破坏作用主要包括机械冲刷、润滑作用等.水流会沿裂隙面进入岩体，其润滑、扩容作用会直接破坏

6、岩石的稳定性，导致边坡失稳，发生滑塌等自然灾害。2.1.6 振动作用振动作用是指边坡岩石由于各种外在出发因素的作用发生振动，进而发生破坏。其出发因素多样，自然因素包括地震、岩浆爆发，人为因素如大规模的爆破等.较长时间的小型振动和大强度大幅度的振动会使边坡岩石发生上下左右运动，使得岩石的原始结构构造特征和稳定的组合型式发生破坏，进而造成大规模的滑坡和崩塌.2.1。7 边坡因素边坡因素包括边坡的形态、坡度、起伏状况等条件.一般来说，坡高越大，坡度越陡，地形起伏程度越大，平面形态越复杂，越易发生边坡滑动。8 其他因素降雨、风等气候条件、植被发育状况、工程建设等因素也会影响边坡的稳定性。降雨、风等气候

7、条件会降低岩石的强度,使得岩石的抗外界破坏的能力降低，植被岩裂隙生长会直接破坏岩石，工程建设会直接破坏岩石，施工时造成的振动会间接的破坏岩石.2.2 边坡破坏的基本形式边坡是在复杂的地质应力作用下形成的,后因原始地质环境发生变化，使坡体在新的环境下发生应力重分布,坡体随之产生不同程度的变形，而随着变形的不断加大，组成坡体的岩石会出现小的破坏面,岩石进而在各种应力和外界因素的影响下，会发生崩塌破坏。其破坏的表现形式包括崩塌、倾倒、落石等.边坡崩塌：边坡之上的较大的岩体在以重力为基础的条件下受到其他外力的作用下，发生破坏，快速向下掉落。其特征是岩体作自由落体式掉落,相互之间发生碰撞、使得其运动无规

8、律，最后堆于坡脚，形成岩堆。崩塌的规模可大可小，除了自身的稳定性原因外,大量的降水，突发的振动的是诱发其发生的主要外因。边坡倾倒：边坡被节理、劈理等破坏后存在许多潜在的破裂面，当坡度变陡后，这些潜在裂隙会使得块体发生滑动破坏。落石:岩石被破坏呈碎块后受到振动或其他因素激发掉落称为落石。3 边坡稳定性分析计算方法2.3。1 传递系数法 传递系数法是指建立一个简单的物理模型，各假定块体之间存在互相平行的不连续面，作用力沿施加方向发生递减直至其变为0为止.由于在计算过程中未考虑力矩的因素,故其精确性不高，但鉴于其计算简单，故仍被广泛应用,其主要计算方法为隐式解法，介绍如下：联合力的平衡方程（2-1）

9、及条底剪力方程（22）得式（2-3）: （2-1） （2-2） （2-3）其中为传递系数： （2-4）计算前要设定安全系数，按照安全系数递进求解，最后一块若推力不为0则需重新假设安全系数进行计算。3。2 数值分析法数值分析法是指采用离散化的数值计算方法进行模拟求解数值.根据计算模拟可以了解模型的应变特征，了解其弹性极限、塑性极限和断裂极限。具体的分析方法包括有限元法、离散元法、边界元法等。1、有限元法（FEM）有限元法是指通过将模型分割为小的有限的单元进行模拟计算.有其不能进行细小变形的模拟，但可以计算出应力、物体的位移、个变形区的范围，可以计算破裂位置和安全系数等。2、离散单元法（DEM）离

10、散单元法以物体的微小变形为假设,以虚功原理为基础而建立,主要研究小变形，以小见大，用小变形来推测大的变形。物体受力后，个假想的小块体会按一定的速度发生移动，应用离散法将其位移进行合成从而得到整体的运动特征.3、边界元法（BEM）边界元法以边界位移和其受力作为独立变量，利用加权函数进行计算.其建立在一定边界条件上，其函数易于建立，且方程数目不多，会降低计算的维数。4、DDA法（不连续变形分析）DDA法是以不连续的块体作为基本计算单元,通过计算其相互间的作用而模拟其运动过程的计算方法。该方法在计算模型选择上采取有限法，在计算运动过程是采用离散法.3 强度折减法强度折减法是以有限法为基本指导思想，通

11、过计有限元分割计算出安全系数。具体内容为在保持荷载不变的情况下，计算抗剪强度与实际所受剪应力的比值。其折减系数相当于极限法中的安全系数。折减后的抗剪强度参数可表示为： （2-5） （26）其中，c、：土体所能提供的抗剪强度；、土体实际发挥的抗剪强度;Fr：强度折减系数。计算时,通过假定不同的Fr根据（2-5）和（2-6）得到折减后的强度参数，再进行有限元分析，然后看计算是否收敛。不断地增加Fr,当达到临界破坏时的强度折减系数就是边坡稳定系数。目前判断边坡达到临界破坏的评价标准主要有一下几种：（1）以数值计算收敛与否作为评价标准，与有限元的算法有关；（2）以特征部位的位移拐点作为评价标准；（3）

12、以是否形成连续的贯通区作为评价标准。3 边坡支护结构常用型式及工程应用1 重力式挡墙3.1。1 工程特点 重力式挡墙因其外形为墙状,因此常称为重力式挡土墙，它是比较成熟，应用比较广的一种边坡防护措施。原来主要采用利用当地的岩石就地取材，但其稳定性通常不高，因此如今主要采用混凝土进行浇筑。曾经就地取材的重力式挡墙,由于价格低廉，操作方便,工程周期短，因此广受推广。但是其具有不可克服的缺点，重力式挡土墙主要由人工进行操作，且占地面积过大，对于5m以下的挡墙应用较好,但对于5m以上的挡墙，由于压力过大，需要在挡墙建造前开挖坡脚，这样会另外增加经济负担,且施工难度较大.因此重力式挡墙常应用于5m以下的

13、高度，对于5m以上的高度应采用更新的支挡措施.重力式挡土结构有多种分类方式，通常多依其墙背的形态进行分类,主要有俯斜式、直立式、仰斜式、平台式。挡土结构的成败与否与排水性能至关重要,通过对已经建立的挡土措施进行分析，发现，大多数挡土结构的破坏与排水不畅有十分重要的关系。因此挡土结构上部应设置截水沟,阻截上部坡体的水流,防止对挡土结构的冲刷,而对于顶部的填土面，最好采用植被覆盖，防止水土流失。解决挡土结构的地下水的根本问题，最根本的办法还是在挡土结构上设置足够的泄水孔，充分排泄坡体内地下水.一般情况下，泄水孔应在挡土结构的墙面上，沿着横竖2个方向上设置,泄水孔的间距宜取23m，泄水孔的孔径宜取5

14、0100mm,向外倾斜35。在设置泄水孔的墙背处，应铺设反滤层，防止墙背的填土随着水流流失。2 应用实例某工程位于重庆市某区一山地公园西门处，边坡高多在5m以下,长度较长，高度不大，坡脚4565，由于夏季降水的原因，边坡顶部出现2处裂缝,最大宽度为1。5m。边坡覆盖层主要为耕植土、粉质粘土、碎块石,结构较松散,厚度1.55m.边坡下伏基岩主要为泥质粉砂岩、长石砂岩。根据地质勘查,边坡地下水多为基岩裂隙水,分布在基岩风化裂隙和构造裂隙中，主要接受大气降水。本工程地层稳定,地基条件较好,需要对土体进行支护保护,支护土体特点是长度较大但高度较小，普遍在5m以下，最高处也不超过7m。而且当地的石料相对

15、丰富,鉴于以上条件，最终选择重力式挡土墙。本工程总体长度约为60m，依山而建，共分为五段。采用梯形截面，墙背直立,采用C25片石混凝土，其中片石掺入量控制在浇注总体积的20%以下，墙体容重为24kN/m。挡土墙基础设置在土层、基岩上，埋置深度0.30.6m。针对挡土墙墙身高度的不同,分段采取不同的截面尺寸、基础底面大小。因挡土墙分五段分别设计,最长段长15m,每段挡土墙之间设置一道沉降缝，缝宽30mm.此次工程施工时间不超过两个月,且未进行较大的工程建设，对周围环境的影响较小。在挡土墙墙背回填施工中，现场对挡土墙的垂直度、稳定性进行了监控，未发生位移和变形，挡土墙结构性能良好。通过对该防护的监

16、控，发现其稳定性良好，达到了预期的目标。2 锚杆（索）2.1 工程特点 岩土的锚固技术是把一种受拉杆件埋入地层中,以提高自身强度和自稳能力的一门工程技术；它是通过对岩体进行架设钢材、钢丝等,增加岩体的强度，从而提高岩体的稳定性.锚杆是一种受拉结构体系，钢拉杆、外锚头、灌浆体、防腐层、套管和联接器及内锚头等组成。锚杆挡墙是由锚杆和钢筋混凝土肋柱及挡板组成的支挡结构物,它依靠锚固于稳定岩土层内锚杆的抗拔力平衡挡板处的土压力。近些年来,其在边坡支护领域的应用越来越广。相对于重力式挡土墙，其更加经济、实用和安全.当坡顶边缘附近有重要建（构）筑物时，一般不允许支护结构发生较大变形，此时采用预应力锚杆能有

17、效控制支护结构及边坡的变形，对建（构）筑物的安全有利。锚杆挡墙是由锚杆和钢筋混凝土肋柱及挡板组成的支挡结构物，它依靠锚固于稳定岩土层内锚杆的抗拔力平衡挡板处的土压力。常用的主要有钢筋混凝土格架式锚杆挡土墙和钢筋混凝土预应力锚杆挡土墙。某工程建筑面积约9000m2.地上18层，地下2层，框剪结构，筏板基础，基坑挖深 9。0m，为图3-1中的1#和2基坑；裙楼两栋，地上4层，地下1层，框架结构，筏板基础，基坑开挖深度约5.5m，为图31中的3#基坑.该建筑物的周围环境比较复杂，北侧距拟建围墙约14m，墙外为正建的12层办公楼;南侧距拟建围墙8。2m，西侧距拟建围墙约4。5 m，东侧距拟建围墙4.6

18、 m，基坑平面见图3-1（自然地面标高1。00m）。根据岩土工程详细勘察报告，工程场地划分两个含水层组：第一层为上层滞水，埋深在自然地面下4。6m5.5m，补给来源主要靠大气降水及地下管道渗水；第二层为潜水，具微承压性，水位埋深在自然地面下11m以下。图3-1 基坑平面图基坑内岩性主要以泥质岩为主,该土层具有强度高，自立高度大的特点，而且地下水位较深,其受地下水的影响不大,经计算,临界直立高度Hc=7。07m，所以，在基坑挖掘过程中并不需要进行特殊的防护措施，可以放坡开挖，局部无大的放坡余地可采用锚喷网支护.开挖后续采取素喷方式，以解决土体受外界因素影响降低强度的问题,同时,又能使基坑内施工现

19、场清洁、卫生，保证基础施工在雨季顺利进行。具体素喷锚喷方法见图3-2和图3-3。图32 素喷、锚喷结构示意图图3-3 素喷剖面图（注：摩擦杆长1m，垂直间距均为1.5m）图3-4 锚喷剖面图（注：摩擦杆长1m，垂直间距均为1。5m）根据现场踏勘实测数据表明：基坑南、北两侧场地较宽阔,可以大放坡，而东西两侧场地狭小，放坡比例很小，北侧可以在预留出支护所需材料堆放、加工的场地后，按10。4左右比例放坡；南侧也按10。4左右的比例放坡；东西两侧场地狭小,按10。1放坡，1深基坑的东侧和2深基坑的西侧放坡后采用喷锚网支护。设计参数的取值：土体容重=19.8kN/m3，挖深H=9m，内聚力C=29kPa

20、，摩擦角=13,安全系数K=1。3，外荷载q=10kN/m2，由此，布置6排锚杆，具体参数详见及图3-2、图3-4。锚杆施工首先是锚杆的成孔，不同的地质环境条件采用不同的方式，主要为人工凿孔和钻机钻孔.首先要进行工程布置，,按照一定的规格布设孔位，之后根据工程布置图按要求在野外实际标出孔位，按照规范和设计深度、角度、大小进行凿孔。凿孔完成后就要进行锚杆的安装工作，采用符合设计要求长度合理、直径合适、质量合格的锚杆进行安装，使锚杆处于中心位置，进行加固，在每两个锚杆之间间隔1.2-2m的距离焊接一个居中支架。支架完成后要进行注浆，注浆的目的是保证锚杆的稳定,注浆材料为11水泥砂浆，压力不低于0。

21、4MPa,砂浆内要添加膨胀剂和早强减水剂，由内向外进行注浆.注浆过程要保证注浆管距离孔底约0。5m,此外，注浆时必须在孔口绑扎止浆布袋，预防浆液外泄。监测要设置测点，在施工期间和竣工前定期观测。一是地面下沉值，二是坡面位移值，现场监控测量对喷锚网支护技术尤为重要,通过监测,随时掌握边坡的稳定状态、安全程度，为设计和施工提供信息，以便随时修改设计和施工方案，达到设计和施工最优化。3 抗滑桩3.3。抗滑桩是指采用特定的桩体穿过坡体，在内部对岩体进行加固，这样上部对于整个边坡的推力会通过布设的桩体传导到下部较稳定的基床，使得岩石所受的剪切力转变为推力，使得边坡能够保持稳定状态。抗滑排桩主要采用钻孔灌

22、注桩、人工挖孔桩、钢板桩及预制钢筋混凝土板桩作为主要受力构件。可以是桩与桩连接起来,也可以在钻孔灌注桩间加一根素混凝土树根桩把钻孔灌注桩连接起来；或用挡土板置于钢板桩及钢筋混凝土桩之间形成的围护结构。3.2 应用实例某滑坡位于该高速公路K100 +180K100+280段左侧，发生于2000年11月，是由于施工单位在K100 +170附近坡脚开挖路堑造成的，使K100+180K100+280段出现了多条裂缝,裂缝距公路轴线最近11m，最远为82m。滑坡面积3000m2，滑坡方量约为1500018000m3。本路段的边坡为土石边坡，主要由强度低易于风化的粘土岩、灰岩等组成，边坡稳定性差，易于发生

23、滑坡事故。易于滑坡地段处于山前垭口部位，两侧地形均倾向于公路,当发生降水时两侧山坡上的地表流水会向低洼处汇聚，并渗入边坡两侧土体中。而且该区域灰岩较发育,易于被流水侵蚀，加之裂隙发育，因此遭遇大规模的降水过程容易发生边坡滑塌事故。边坡中的地下水主要为裂隙潜水,局部可能含有隔水层，在较浅处可含有上层滞水。根据滑体上部山地地形平缓，台阶上开拓有大面积水田，并有农塘等农业环境条件，本滑坡治理在以加固滑坡体和保证公路稳定的前提下，尽量不破坏农田和水塘为宜，为此，采用如下设计方案：（1）抗滑桩加固强风化泥灰岩上覆岩土层;（2）在路基边地下埋设排水暗洞, 排出泥灰岩和灰岩体中的地下水；（3）在两坡面上设排

24、水孔；（4）在各个裂缝外4.0m处修筑排水孔；（5）桩截面惯性矩I=d4/64=1.910-2m4桩截面模量W=d3/32 =2.7102m3；（6）桩身混凝土抗弯模量EI=4。9108kNm2;（7）桩的计算宽度B=0。9（1+d）=2.16 m；（8）桩身混凝土变形系数（9）桩的计算深度h2=2.4 2。5属于刚性桩。本滑坡发生于2010年11月，施工单位按照本设计方案精心加固后，有效地控制了滑坡的继续发生 。滑坡至今已近4年，经观测，边坡相当稳定，可以说，用抗滑桩对本滑坡进行加固是有效的、合理的和安全的。3.4 地下连续墙4.1 工程特点 地下连续墙可应用于各种复杂施工环境和多种地质条件

25、.地下连续墙的优点：使用时间长，可被看作认为施加的土体固有结构的一部分；施工的负面影响小，产生的振动小,能够紧靠早期的相邻建筑,对于地面沉降和岩体的变形较易控制；地下连续墙通常刚度大，面积广,连续性好，能够较好的分散力的作用点，变形较小;地下连续墙为整体连续结构，加上现浇墙壁厚度一般不少于60cm，钢筋保护层又较大,故耐久性好，抗渗性能也较好.地下连续墙的缺点:费用高，施工人员要求层次较高，技术要求要；地下连续墙的布设会产生大量的废旧材料和挖掘出的土体，出露不当容易造成污染;地下连续墙主要适用于粘土层,对于其他性质的岩层、复杂的地质条件需要进行分别分析，而且施工难度较大；槽壁崩塌问题,地下水位

26、急剧上升、护壁泥浆液面急剧下降、有软弱疏松或砂性夹层以及泥浆的性质不当或者己经变质或者施工管理等因素均可能引起槽壁崩塌,槽壁崩塌，易引起墙体混凝土超方和结构尺寸超出允许的界限,严重时会引起相邻地面沉降、崩塌，危及邻近建筑和地下管线的安全。4。神龙峡露天铁矿位于河北省唐山市迁安境内,目前已开采至地表以下30余米， 毗邻滦河,目前矿坑涌水量高达12000m3/d，该地段以发生多次的边坡失稳。该矿边坡从上向下依次为土层、角砾层和中风化岩层。其中土层厚度约4m，角砾岩层厚度约为15m，中风化岩层厚约20m.在治理过程中需要考虑以下两个原则：要充分考虑水体的作用，此处毗邻滦河,水资源丰富,降水丰富,因此水成为影响边坡稳定性的主要因素；要对边坡土体进行有效的阻挡，防止其在扩帮后边坡产生失稳。考虑到以上两个治理原则，选择了锚杆式地下连续墙及注浆的方法, 如图3-5所示。图3-5 边坡加固示意图一级台阶高4m，二级台阶高11m，一二级台阶坡率均为36度,平台宽度4m。地下连续墙工程参数:布设于边坡一、二级台阶交汇处，混凝土标号C25，厚度70cm,高度12m（根据现场情况适当调整）;沿墙体上部布