边坡治理工程设计.docx
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边坡治理工程设计
Southwestuniversityofscienceandtechnology
本科毕业设计
平武县农业局良种场边坡治理工程
学院名称
土木工程与建筑学院
专业名称
土木工程
学生姓名
熊高明
学号
20084260
指导教师
王宁教授
二〇一二年六月
3.1设计说明24
3.2设计计算28
平武县农业局良种场边坡治理工程
摘要：
在汶川大地震中，平武县是在该地震中受到严重灾害地区之一；在震后建设中，平武县也大力在搞震后整体建设，为搞好震后建设，平武县农业局良种场边坡存在安全隐患，需对该边坡进行治理。
边坡主要有崩塌、滑坡、蠕动变形、座落、岩堆等破坏形式,对于不同的边坡治理应采取不同的计算方法与治理措施。
对于边坡治理工程，属于岩土工程之一，所以需要我们进入现场进行工程地质勘察，详细了解场地的岩土工程条件，包括地形地貌、交通环境、地质构造、水文条件等一系列的详细了解。
对边坡进行治理，其主要目的是保持边坡的稳定性，边坡的稳定与否理论上都运用边坡的稳定性系数进行判断。
要得到边坡稳定性系数，主要运用土力学，分析边坡的稳定性方法主要有：
直线滑动面法，圆弧滑动面法。
要保持边坡的稳定性，目前常用的防护措施有：
重力式挡土墙，悬臂式挡土墙，桩板式挡土墙，土钉墙，抗滑支挡结构。
在本文中，对平武县农业局良种场作了详细的勘察报告，采用圆弧滑动面法，详细分析了该边坡的稳定性。
另外，在设计中，要充分考虑：
安全性，经济性，工程环境许可性等原则。
出于综合考虑，对平武县农业局良种场边坡的防护措施是采用的重力式挡土墙。
关键词：
平武县；边坡；勘察；稳定性；治理
PingwuCountyBureauofagricultureseedfieldofslopeengineering
Abstract:
Wenchuanintheearthquake,Pingwucountyisintheearthquakedisasterareaisoneoftheserious;aftertheearthquakeinPingwuCountyconstruction,alsovigorouslytodoaftertheoverallconstruction,doagoodjobforthereconstruction,PingwuCountyAgriculturalBureauseedfieldslopehiddensafetyproblems,needtheslopemanagement.
Majorcollapse,landslide,slopecreepdeformation,islocated,rockfailureform,fordifferentslopemanagementshouldtakethedifferentcalculationmethodsandcontrolmeasures.Toslopeengineering,whichbelongstooneofthegeotechnicalengineering,soweneedtoenterthesiteengineeringgeologicalsurvey,adetailedunderstandingoffieldgeotechnicalengineeringconditions,includingtopography,trafficenvironment,geological,hydrologicalconditionandaseriesofdetailedunderstanding.
Theslopemanagement,itsmainpurposeistokeeptheslopestability,slopestabilitytheoryareusedtojudgetheslopestabilitycoefficient.Togettheslopestabilityfactor,mainlybythesoilmechanics,slopestabilityanalysismethodsare:
linearslidingsurfacemethod,circularslidingsurfacemethod.Tomaintainthestabilityoftheslope,thecommonlyusedprotectivemeasuresare:
gravityretainingwall,thecantileverretainingwall,pileplateretainingwall,soilnailingwall,anti-slideretainingstructure.
Inthispaper,thePingwuCountyAgriculturalBureauseedfieldmadeadetailedinvestigationreport,withcircularslidingsurfacemethod,adetailedanalysisoftheslopestability.Inaddition,inthedesign,fullyconsider:
safety,economy,engineeringenvironmentalpermissionprinciple.Outofconsideration,thePingwuCountyAgricultureBureauseedfieldofslopeprotectionmeasuresareusedingravityretainingwall.
Keywords:
PingwuCounty;slope;management;stability;Investigation
1.绪论
1.1工程概况
平武县农业局良种场地处绵阳市平武县农业局新征地内，场地有简易公路通往，交通比较方便。
勘察场区有边坡两处（见布孔平面布置图）。
其中，北侧边坡为土质陡坎，边坡高约8m，经人工开挖，坡面较陡，未设置挡土结构；南侧边坡高约5m，该土质陡坎属天然斜坡，已新修建有部分挡土结构。
该边坡工程安全等级为三级。
为保障临近边坡的建筑物与人居安全，受平武县农业局的委托，按照西南科技大学的毕业设计要求，我对平武县农业局良种场边坡进行岩土工程勘察。
见照片1、2
照片1：
边坡概貌（北侧）照片2：
边坡概貌（南侧）
1.2勘察设计目的及要求
①查明北侧及南侧潜在不稳定斜坡区的地形地貌、地层结构及其性状特征；
②查明场区边坡的分布形式和分布范围；
③查明挡墙的地基持力层和下卧层的物理、力学性质，基岩埋藏、风化及性状特征；
④地表水与地下水活动及不良地质作用，预测整治施工过程中可能出现的不利影响；
⑤进行岩土工程分析评价，提出经济合理的加固整治方案建议，为消除地质灾害隐患的整治设计提供地质依据。
⑥提供各岩土层的主要物理力学指标建议值；
1.3勘察依据的技术标准
①《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009版）；
②《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002；
③《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ112-87；
④《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002；
⑤《中国地震动参数区划图》GB18306-2001（1/100万）2008年6月国家标准第1号修改单；
⑥《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（2008年8月局部修订版）。
1.4勘察方案及勘察方法
1.4.1勘察方案
根据上述规范，按边坡特征，本次主要以挡墙墙顶及其墙脚布点的原则，共布设勘探钻孔34个，勘探线24条。
1.4.2勘察方法
①勘探点测量和勘探断面测量：
本次勘探孔根据1004.70M实地测放，并实测断面7条；
②钻探：
为了完成野外测试及岩土鉴别工作，本次勘察采用SH30型和XY-1型钻机来完成野外钻探工作；
③原位测试：
本次对粘性土采用标准贯入试验进行测试；
1.5工作完成情况
勘察人员与设备于2010年10月15日进场开展勘察，依据规范要求，采用护壁钻探取芯鉴别分层、岩土样室内试验等综合手段。
本次主要以挡墙墙顶及其坡脚布点的原则，其布设勘探钻孔34个，勘探线24条。
同年10月25日结束外业勘察测试工作。
完成勘察工作量详见表1-1。
表1-1：
完成工作量一览表
测绘
钻探
岩土试验
剖面地质
孔点
填土
粉质粘土
钻探总进尺
土样
Km/条
（个）
（m）
（m）
（m/孔）
（组）
0.62/24
34
34.3
443.5
477.8/34
6+6*
说明：
表1-1中注“*”号的试验组数系引用相邻场地资料。
1.6高程坐标系统
勘察底图采用平武县农业局良种场数字化测绘图（1:
500），高程引自平面图“Z-1”点，高程为1004.70m。
2.岩土工程勘察
2.1场地岩土工程条件
2.1.1气象与水文
1.气象特征
勘察区属四川盆地西北部亚热带山地气候，冬季干燥温和，盛夏湿润凉爽。
据平武气象站资料：
多年平均气温14.7°C；多年平均降水量为849.6mm，84%降水时间多集中于5～9月；无霜期255天，平均风速1.1m/s；年平均相对湿度79%。
2.水文条件
该场区内地下水位埋藏较深，勘察期间勘察深度范围内未测到地下水位。
地下水水质类型为HCO3-Ca型，水质好，根据当地建筑经验，地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性；环境土主要由硅酸盐矿物质组成，对建筑材料无腐蚀性。
该场区周边无河沟，场地地势较高，洪水对其无任何影响。
地表水主要表现为暴雨期。
2.1.2地形地貌
拟建场地位于四川盆地西北部涪江浅丘中部，属侵蚀堆积类型。
地势总体北高南低，具体地边坡位于平武县庙宇东侧，位于平武县农业局北侧和南侧，勘查时场地内地面高程在987.89—1006.71m，相对高程差18.82m。
涪江从场地南侧平距约500m处自西向东流过，已建有防洪堤，洪水对场地无影响。
拟建物距庙宇和已建的建筑物有一定的距离，在施工过程中对庙宇和已建的建筑物没有影响。
2.1.3地质构造及地震效应
1.地质构造
拟建物场地所在区域属于四川盆地西北部摩天岭东西向构造带西段木皮复背斜南翼之二级褶皱猫儿窝倒转向斜南翼，轴向近东西，两翼地层倾向南，倾角60°～70°，南翼倒转，北翼正常。
下伏基岩为志留系茂县群千枚岩夹变质石英砂岩。
无浅埋的全新活动断层通过。
2.地震效应
场地位于浅丘中部，地形比较平缓，为边坡的边缘。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008版）以及《中国地震局关于学校、医院等人员密集场所建设工程抗震设防要求确定原则的通知》（中震防发〔2009〕49号），场地属对建筑抗震不利地段，拟建场地设计基本地震加速度为0.20g（g—重力加速度），设计特征周期为0.40s，抗震设防为8度，设计地震分组为第二组。
覆盖层为粘性土，厚度一般>5m，fak<200kPa，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008版）第4.1.3条，拟建场地为中软土，场地类型为II类场地。
粘土为不液化土层。
2.1.4地层结构及岩土特征
拟建场地均为第四系全新统（Q4）松散地层，未见基岩出露，现自上而下进行分述。
1.第四系全新统人工堆积层（Q4ml）
根据钻探目力鉴别、现场原位测试结合室内测试，对各地基岩土层评价如下：
（1）杂填土①：
组成物主要为粉质粘土，夹杂有碎砖、瓦砾等，不均匀，松散，杂乱。
杂填土厚度0.20m-3.80m。
（2）素填土②：
厚度变化大，结构松散，物理力学性质差异性大，为近期堆填，属不良地基土。
素填土厚度0.40m-3.80m。
2.第四系全新统一级阶地冲洪积层人工堆积层（Q4apl）
（1）粉质粘土③1：
黄褐、浅黄、红棕色，稍湿-湿；本次现场采用标准贯入试验进行测试，其成果统计见表3-2，根据本次采取土样6组，其成果统计见表3-3。
由表3-2、表3-3可知：
该粉质粘土为可塑状，呈层状，厚度变化较大，物理力学性质和承载力较低，属中等压缩性土。
粉质粘土层厚1.40-14.70m。
（2）粉质粘土③2：
黄褐、浅黄、红棕色，稍湿，一般呈硬塑状态；以粉质粘土为主，含少量碎石，由表3-2、表3-3可知：
该层分布泥岩层面以上，摇震反应中等，稍有光泽，干强度高，韧性中等。
含碎石粉质粘土层厚2.70-9.90m。
2.1.5水文地质条件
根据本次勘察，在勘察深度范围内未见地下水。
根据有关资料地下水和土对建筑材料有微腐蚀性。
2.1.6不良地质作用
1.北侧斜坡带
北侧坡顶高程997.73-1006.80m，北侧坡顶高程993.90-999.78m相对高差12.90m。
北侧边坡为土质陡坎，边坡的高约8.0m。
经人工开挖，坡面较陡，局部有小规模土体溜滑。
该斜坡带应设置挡土结构。
见照片3、4
照片3：
北侧边坡照片4：
小规模的土体溜滑
2.南侧斜坡带
南侧坡顶高程993.04-995.81m，北侧坡脚高程984.17-985.91m，相对高差11.64m，该土质陡坎属天然斜坡，已新修建有部分挡土结构，未发现裂缝、滑坡、崩塌等不良地质现象见照片5、6
照片5：
南侧边坡照片6：
已修建的部分挡墙
除此之外，场地及其周边地裂缝、滑坡、崩塌等不良地质作用不发育，自然边坡基本稳定。
2.2岩土工程分析评价
2.2.1场地稳定性评价
该场地位于四川盆地西北部摩天岭东西向构造带西段木皮复背斜南翼之二级褶皱猫儿窝倒转向斜南翼，无浅埋的全新活动断裂通过，地形开阔平坦，无不良地质作用和地质灾害，场地稳定性条件较好，可进行边坡治理的相关施工修筑。
2.2.2地震效应评价
（1）场地和土的抗震分类：
勘察区和地表覆盖层以粘性素填土与粉质粘土为主，不存在液化层；覆盖层厚介于16-50m之间，依据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》第4.1.3-第4.1.6条规定划分，场地的类型属中软土场地类别为五类。
（2）建筑抗震地段：
勘察区地处浅丘斜坡地带。
大多属非岩质的陡坡或处于边坡的边缘。
依据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》第4.1.1条的划分原则，勘察场地处于建筑抗震不利地段。
（3）抗震设防烈度：
依据“5.12“汶川地震之后，于2008年6月11日，由国家标准化管理委员会批准发布的GB18306-2001《中国地震动参数区划图》（1/100万）国家标准第1号修改案。
2008月1日由中华人民共和国住房和城镇建设部批准发布的71号文件《建筑设计规范》局部修订。
以及”四川省汶川地震灾区（绵阳市）各乡镇一般建设工程抗震设防地震动参数一览表”的规定。
本去抗震设防烈度8度，地震动峰值加速度值0.2g。
所用的设计地震分组为第二组，地震动反应度特征周期为0.40s。
（4）特征周期值依据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》第5.1.4条设计特征周期为0.40S
2.2.3岩土物理力学性质评价
场地内各土层物理力学指标根据当地建筑经验和室内试验分析统计获得，具体如下：
1、根据当地建筑经验，杂填土结构松散，物理力学性质差异性大，属不良地基土。
2、根据当地建筑经验及场地房勘及先前挡墙的勘察资料，素填土的物理力学指标的经验值见表2-1。
表2-1素填土物理力学指标经验值
地层及代号
重度γ（kN/m3）
压缩模量
Es（MPa）
凝聚力C（kPa）
内摩擦角Φ（°）
承载力标准值
fk（kPa）
天然
饱和
天然
饱和
天然
饱和
素填土
19.5
20.0
2.0
10
8
5
5
70
3、粉质粘土的物理力学指标依据标准贯入试验及室内土工试验及场地房勘及先前挡墙的勘察资料综合确定，其值见表2-2和2-3。
表2-2粉质粘土标贯试验成果统计表
土层名称及编号
样本容量
最大值（击）
最小值（击）
平均值（击）
标准差（击）
变异
系数
统计修
正系数
标准值（击）
承载力标准值fk（kPa）
粉质粘土
9
8.0
5.0
6.2
0.50
0.035
0.978
5.6
140
含碎石的粉质粘土
7
8.0
5.0
6.5
0.98
0.149
0.890
5.8
160
表2-3：
粉质粘土土工试验成果统计表
项目
代号
单位
频数
范围值
平均值
标准差
变异系数
修正系数
标准值
n
φm
σf
δ
γs
含水率
W0
（%）
6
19.8~21.2
20.5
0.55
0.03
0.98
20.1
密度
ρ
g/cm3
6
1.95~1.99
1.97
0.01
0.01
0.99
1.96
孔隙比
e
6
0.637~0.684
0.657
0.019
0.03
0.98
0.642
饱和度
Sr
%
6
83.95~86.51
84.75
0.83
0.01
0.99
84.06
液限
WL
%
6
28.7~32.4
29.8
1.34
0.05
0.96
28.7
塑限
Wp
%
6
18.2~19.5
18.7
0.42
0.02
0.98
18.4
塑性指数
Ip
6
10.2~11.9
10.9
0.65
0.06
0.95
10.4
液性指数
IL
6
0.14~0.22
0.17
0.03
0.18
0.85
0.14
快剪
内摩擦角
φ
度
6
16.7~18.1
17.4
0.50
0.03
0.98
17.0
粘聚力
C
KPa
6
29.6~41.2
34.6
3.52
0.10
0.92
31.7
压缩系数
a0.1-0.2
MPa-1
6
0.22~0.25
0.23
0.01
0.04
0.97
0.23
压缩模量
Es
MPa
6
6.7~7.3
7.0
0.22
0.03
0.97
6.82
2.3边坡稳定性分析与评价
2.3.1边坡类型与工程安全等级
该边坡按岩性分类属土质边坡；按成因分类，北侧边坡为人工边坡，南侧边坡为自然边坡；为属短边坡；按坡度分类（坡度25-80°）为中等~陡坡；边坡高度6.0-12.0m，挡土高度4.0-7.0m，边坡可能的破坏形式为圆弧滑动和直线滑动，坡下为平武县农业局良种场，其破坏后果不严重，边坡工程安全等级为三级。
2.3.2边坡定性分析与评价
根据边坡区地形地貌、岩土结构特征和现状分析：
（1）边坡位于平武县农业局北侧和南侧。
坡体主要以粉质粘土及粉质粘土夹石为主；北侧边坡经人工开挖形成，坡面较陡，局部有小规模土体溜滑。
其余坡体中不存在滑坡、变形裂缝、陷穴等不良现象。
（2）边坡区排水条件较好，坡上无地表水体；坡体中仅局部存在降雨后入渗土体裂隙的脉状地下水，其含水性贫乏，不具有统一的地下水面，地下水动力条件微弱。
综上分析，该自然边坡目前处于基本稳定状态。
2.3.3边坡定量分析与评价
从地形地貌条件和岩土结构等相互关系来看，整平后场地边坡为填土边坡。
根据实测剖面，选取最据代表性的6-6′剖面对整平后的边坡进行稳定性验算。
本次采用圆弧滑动面法进行验算，假设滑动面为圆弧形，按总应力法计算边坡在天然饱和状态下的稳定系数Fs值。
计算公式：
Fs=Σ（N·tanφ+c·L）/ΣT
其中：
N—分条条块重量垂直潜在滑面的分量（KN/m）；
T—分条条块重量平行潜在滑面的分量（KN/m）；
φ—边坡物质的内摩擦角（°）；C—边坡物质粘聚力（kPa）；
L—潜在滑弧长度（m）；
计算断面简图见下图：
根据边坡的特征及其可能出现的各种荷载情况及组合，计算中主要考虑自重、降雨、地震等，本次选定如下两种工况，计算各边坡剖面的稳定性，具体方案如下：
工况1：
天然状态
工况2：
暴雨状态
（1）北侧斜坡带：
选取以6-6′剖面为代表性验算剖面。
（2）南侧斜坡带：
选取以14-14′、17-17′剖面为代表性验算剖面。
计算参数根据室内试验,结合本地区工程经验综合取值,其计算参数和计算成果见表3-1和表3-2。
表3-1：
边坡稳定性计算参数表
土名称
杂填土层
素填土层
粉质粘土
含碎石的粉质粘土
天然工况
天然重度（KN/m3）
18.5
19．5
20.0
21.0
粘聚力
（C）
10
15
33
4
内摩擦角
（φ）
8
12
16
25
暴雨工况
饱和重度
（KN/m3）
19.0
20.0
20.5
21.5
粘聚力
（C）
5
7
16
0
内摩擦角
（φ）
4
5
11
20
表3-2：
边坡圆弧型滑动稳定性验算成果一览表
验算成果
最危险滑动面
代表性位置
验算剖面
计算模式
稳定系数
稳定性评价
圆心
半径
北侧斜坡带
天然工况
圆弧法
1.058
基本稳定
（-16.20,17.28）
23.6
暴雨工况
圆弧法
0.546
不稳定
（-17.68,17.68）
25.0
南侧斜坡带
天然工况
圆弧法
1.785
稳定
（20.08，10.40）
11.1
暴雨工况
圆弧法
0.892
不稳定
（6.50,9.10）
6.2
综合以上计算结果所述，符合该边坡目前的实际情况。
对于北侧斜坡带以6-6′剖面为代表进行验算，此段边坡在天然状态下处于基本稳定状态，而此段边坡在暴雨工况下是不稳定的，为了防止安全，故必须对该边坡进行治理，以保持边坡的稳定；对于南侧边坡带以14-14′、17-17′剖面为代表进行验算，此段边坡在天然工况下边坡是稳定的，但在暴雨工况下是不稳定的，为了防止安全，故必须对该边坡进行治理，以保持边坡的稳定。
2.4结论及建议
1．工程区地质构造简单，场地及其附近无浅埋的全新世活动断层，区域相对稳定。
2．勘察场区处于建筑抗震不利地段，属非膨胀土地基；不存在可液化土；场地土的类型属中软土，场地类别为Ⅱ类。
本区抗震设防烈度为8度，设计地震第二组，设计基本地震加速度值为0.20g，设计特征周期值为0.40s。
3．边坡区整治加固处理方案
根据上述分析和计算，该场地人工边坡宜采用下列措施进行治理：
⑴边坡开挖和治理应分段、分层进行，严禁大面
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