邊坡工程答辯經(jīng)典模板

1、某邊坡穩(wěn)定性分析及支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)土木建筑工程學(xué)院 土木工程系 土木135班 答辯人： 指導(dǎo)教師：為了知識(shí)更好的分享，內(nèi)容完全原創(chuàng)。也請(qǐng)參閱者注意正確選取，發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新和鉆研的力量。主目錄12345課題背景及內(nèi)容初步支護(hù)方案支護(hù)設(shè)計(jì)施工組織設(shè)計(jì) 結(jié)論和總結(jié)課題背景及內(nèi)容課題背景及內(nèi)容第一部分 擬治理的邊坡為天然氣高壓輸配系統(tǒng)(中段)-龍華調(diào)壓站的建設(shè)而平整建設(shè)場(chǎng)地回填土方形成，平整建設(shè)場(chǎng)地后將形成一個(gè)三面具有將近10m高差的邊坡，且這三面形成的邊坡基本為填土邊坡。根據(jù)建設(shè)工程規(guī)劃，擬治理的邊坡為南北可放坡型和西面直立型，因此對(duì)這三處回填形成的邊坡須進(jìn)行治理。根據(jù)其位置的不同共分為三個(gè)坡段，AB、BC、

2、CD坡段。AB坡段長約20m，坡高約36m，坡度45，BC段長約78m，坡高約317m，坡度近90，CD段邊坡長約44m，共分為二級(jí)坡，第一級(jí)坡高8m，第二級(jí)坡高10m，中間平臺(tái)寬2m，坡度45。工程概況課題背景課題背景圖1 場(chǎng)地平面圖和剖切位置初步支護(hù)初步支護(hù)方案方案第二部分初步支護(hù) 首先建立邊坡分析模型，利用Geostudio軟件對(duì)邊坡剖面進(jìn)行了正常運(yùn)營情況下的穩(wěn)定性分析，除AB段邊坡2-2剖面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，其余兩剖面處于滑坡狀態(tài)，需進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。 初步擬定邊坡支護(hù)方案：AB段邊坡支護(hù)：（1）土釘墻支護(hù)，（2）錨桿支護(hù)；CD段邊坡支護(hù)：（1）預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)，（2）土釘墻支護(hù)；BC段邊坡

3、支護(hù):(1)重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索的綜合支護(hù)，（2）重力式擋土墻和抗滑樁的支護(hù)?？紤]地震和暴雨工況，地震用擬靜力法分析，暴雨采用18mm/h的降雨量(48h)耦合分析。經(jīng)計(jì)算各邊坡支護(hù)后均達(dá)到兩種工況設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)。AB段邊坡2-2剖面初步支護(hù)圖2 土釘墻支護(hù)（方案一）圖3 錨桿支護(hù)（方案二）圖4 預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)(方案一）圖5 土釘墻支護(hù)（方案二）CD段邊坡2-2剖面初步支護(hù)圖6 重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)(方案一） 圖7 重力式擋土墻和抗滑樁支護(hù)（方案二）BC段邊坡1-1剖面初步支護(hù)支護(hù)設(shè)計(jì)支護(hù)設(shè)計(jì)第三部分1、設(shè)計(jì)思路 邊坡的初始應(yīng)力分析（SIGMA/W）邊坡的荷載-變形分析（SIG

4、MA/W）邊坡支護(hù)方案（SLOPE/W或SIGMA/W）耦合分析暴雨或地震下的邊坡穩(wěn)定性穩(wěn)定性分析思路 利用Geostudio軟件確定出地震和暴雨工況下的最危險(xiǎn)滑移面，取其最不利工況，設(shè)計(jì)荷載一般是滑坡推力，再用條分法或傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力。降雨使得土體飽和，因此增大土體重度，減小內(nèi)摩擦角和粘聚力。2、電算設(shè)計(jì)過程 首先分析出邊坡剖面在地震和暴雨工況下的最低穩(wěn)定性系數(shù)，以其對(duì)應(yīng)的潛在滑裂面求其滑坡推力；然后用Geostudio軟件設(shè)計(jì)兩種支護(hù)方案，對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行局部優(yōu)化；對(duì)數(shù)值模擬計(jì)算的兩種支護(hù)方案進(jìn)行工程量造價(jià)對(duì)比，選取適合的支護(hù)方案。1設(shè)計(jì)荷載的確定2用GestudioGestudio結(jié)

5、合手算設(shè)計(jì)支護(hù)方案3局部優(yōu)化設(shè)計(jì)方案4兩種支護(hù)方案造價(jià)對(duì)比3、設(shè)計(jì)荷載 以兩種工況作為設(shè)計(jì)和校核工況，分為地震和暴雨工況，建筑場(chǎng)地處于7度設(shè)防地區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，穩(wěn)定性分析時(shí)考慮18mm/h的降雨量，計(jì)算設(shè)計(jì)荷載時(shí)考慮改變土體物理參數(shù)。設(shè)計(jì)荷載采用圓弧形滑面的瑞典條分法或折線形的傳遞系數(shù)法。 AB段邊坡2-2剖面工況一下和工況二的滑坡推力分別為101.02kN/m和162.28kN/m；CD段邊坡2-2剖面工況一下和工況二的滑坡推力分別為為276.97kN/m和292.37kN/m；BC段邊坡地震工況下滑移面為折線形，暴雨工況下為圓弧形，其中暴雨工況下剩余下滑力為787kN

6、/m，地震工況下依據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)位置的不同，按所處的滑條位置選取相應(yīng)的剩余下滑力，其最后的剩余下滑力為1019.25kN/m。3、設(shè)計(jì)荷載圖8 BC段邊坡1-1剖面地震工況剩余下滑力計(jì)算簡圖圖 9 暴雨工況下剩余下滑力計(jì)算簡圖4、AB段邊坡2-2剖面支護(hù)方案初設(shè)土釘參數(shù)（尺寸、類型）利用Geostudio分析地震和暴雨工況下的穩(wěn)定性內(nèi)部穩(wěn)定性分析整體穩(wěn)定性分析抗拉斷穩(wěn)定性驗(yàn)算抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算內(nèi)部穩(wěn)定性分析外部穩(wěn)定性分析對(duì)土釘長度進(jìn)行局部優(yōu)化處理調(diào)整土釘參數(shù)調(diào)整不調(diào)整構(gòu)造及排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖10 土釘墻設(shè)計(jì)流程4、AB段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案一：土釘墻支護(hù)圖11 地震工況下的穩(wěn)定性系數(shù)圖12 暴雨工況

7、下的穩(wěn)定性系數(shù)4、AB段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案一：土釘墻支護(hù) 該剖面的土釘墻支護(hù)方案：設(shè)置5排土釘，其水平和垂直間距為1m,前三排的土釘長度為4m,后兩排土釘長為3m,傾角18.430,每孔1根直徑16mm的三級(jí)螺紋鋼筋（HRB400），共5根，鉆孔直徑120mm 。 通過1號(hào)圖可知,沿著坡長的剖面方向布設(shè)5排土釘（30根，水平方向6列）、4排土釘（24根，前3排長度均為3.5m,第4排長3m,水平方向6列）和3排土釘（21根，長度均為2m，水平方向7列),土釘總長度共計(jì)213m?？傇靸r(jià)約為9363元。4、AB段邊坡2-2剖面支護(hù)方案調(diào)查計(jì)算作用于建筑物上的外力（滑坡推力）確定錨固位置、錨

8、固角確定設(shè)計(jì)錨固力錨固體設(shè)計(jì)利用Geostudio初設(shè)錨索并分析地震和暴雨工況下的邊坡穩(wěn)定性局部優(yōu)化錨索長度確定初始張拉力并鎖定錨固類型、安全系數(shù)、錨固體直徑、地層力學(xué)性質(zhì)圖13 錨索（桿）設(shè)計(jì)流程4、AB段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案二：錨桿支護(hù)圖14 地震工況下的穩(wěn)定性系數(shù)圖15 暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)4、AB段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案二：錨桿支護(hù) 2-2剖面設(shè)置2排錨桿，每孔所需4C20mm鋼筋，總長度9.1m,錨固長度5m,自由段長度3m,張拉段1.1m，水平和豎直間距均為2m ，鉆孔直徑150mm,錨桿傾角150 ，第一排錨桿距坡頂?shù)呢Q向距離為3m。由2號(hào)圖可知整個(gè)坡段共設(shè)置13個(gè)孔

9、，每個(gè)孔4根錨桿，取每米錨桿造價(jià)50元，該支護(hù)錨桿總長473.2m ，總計(jì)23660 元。5、CD段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案一：預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)圖16 地震工況下的穩(wěn)定性系數(shù)圖17 暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)5、CD段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案一：預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù) 單根錨索總長度13.1m ，該剖面設(shè)置6排預(yù)應(yīng)力錨索，每孔4根（束）1715.2mm鋼絞線，4根鋼絞線截面面積556mm2，外表直徑34.6mm,水平和豎向間距均為2.5m,錨索傾角為150，鉆孔直徑150mm。沿坡段長度方向的兩側(cè)錨索離邊緣距離均為1m,則整個(gè)坡段有132個(gè)預(yù)應(yīng)力錨索孔，共528根鋼絞線,工程材料成本總價(jià)約89819元。

10、5、CD段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案二：土釘墻支護(hù)圖18 地震工況下的穩(wěn)定性系數(shù)圖19 暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)5、CD段邊坡2-2剖面支護(hù)方案方案二：土釘墻支護(hù) 該剖面設(shè)置9排土釘，水平和豎直間距均為1.4m, 土釘長度依次為9m、10m、11m、12.5m、12m、12m、10m、10m、8m,14排屬于第一級(jí)邊坡，59排屬于第二級(jí)邊坡，土釘傾角150，土釘為HRB400級(jí)鋼筋直徑32mm，共9根，這一剖面土釘總長度94.5m，鉆孔直徑150mm。整個(gè)坡段的支護(hù)方案見4號(hào)圖，土釘沿著坡段長度方向的兩側(cè)錨索離邊緣距離為1m和0.6m（間隔布置），則整個(gè)坡段有31個(gè)這樣的剖面，支護(hù)方案相同，土釘

11、總長共計(jì)2929.5m, 造價(jià)約為125201元。6、BC段邊坡1-1剖面支護(hù)方案方案一：重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索的綜合支護(hù)圖20 地震工況下的穩(wěn)定性系數(shù)圖21 暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)6、BC段邊坡1-1剖面支護(hù)方案方案一：重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索的綜合支護(hù) 擋土墻材料選用C20混凝土，墻高9m，沿水平向隔15m設(shè)置一道寬2030mm的伸縮縫；該剖面設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索4排，水平和豎向間距均為2m,孔徑150mm,錨索總長度16m,錨固段10m,自由段5m,張拉段1m,錨固角200，采用每孔3根1715.2mm鋼絞線。 BC段邊坡長78m,擋土墻墻長60m,預(yù)應(yīng)力錨索共147孔，錨索總長度均為16m，

12、邊坡坡度為700，整個(gè)坡面的預(yù)應(yīng)力錨索布置見5號(hào)圖紙，共計(jì)441根鋼絞線，總長度7056m,材料造價(jià)共計(jì)約為455032元。6、BC段邊坡1-1剖面支護(hù)方案根據(jù)分析結(jié)果（邊坡穩(wěn)定性分析和滑坡推力值）確定樁位擬定樁間距、截面形狀和尺寸、埋置深度計(jì)算作用在樁上的各力和分布形式，不計(jì)樁前抗力確定地基系數(shù)，m法計(jì)算樁的變形系數(shù)或及換算深度h或h，判斷剛性樁或彈性樁計(jì)算受荷段內(nèi)力計(jì)算，確定滑移面處彎矩和剪力錨固段內(nèi)力計(jì)算（剪力、彎矩、地層側(cè)向抗力等）校核地基強(qiáng)度繪制樁身彎矩圖和剪力圖，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖22 抗滑樁設(shè)計(jì)步驟6、BC段邊坡1-1剖面支護(hù)方案方案二：抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索的綜合支護(hù)圖23 地震工況

13、下的穩(wěn)定性系數(shù)圖24 暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)6、BC段邊坡1-1剖面支護(hù)方案方案二：抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索的綜合支護(hù) 抗滑樁的設(shè)計(jì)計(jì)算分為受荷段和嵌固段，采用彈性地基梁法，其基本假定是樁身任一點(diǎn)處巖土的抗力和該點(diǎn)位移成正比。用數(shù)學(xué)方法求解樁在受荷以后的彈性撓曲微分方程，計(jì)算樁身內(nèi)力和位移。 抗滑樁16m長，C30混凝土，截面為2m3m，間距6m,受荷段配筋總共五種鋼筋，受荷段縱向受力鋼筋（以表示，14C36150）、嵌固段縱向受力鋼筋（以表示、22B36180）、設(shè)計(jì)箍筋（以表示、2B20200）、構(gòu)造箍筋（以表示、2C16400）、架立鋼筋（以表示、6B20300）、縱向構(gòu)造鋼筋（以表示、14B

14、20400）。該剖面設(shè)3排預(yù)應(yīng)力錨索，傾角200，孔徑130mm,水平和豎向間距均為2.5m,總長度分別14m、13m、11m，每孔2根17A15.2mm的鋼絞線。整個(gè)坡段布置一排抗滑樁，共10個(gè)，預(yù)應(yīng)力錨索共88孔，錨索總長度2206m。工程材料價(jià)格約為449781元。7、造價(jià)對(duì)比表1 支護(hù)方案的簡單造價(jià)對(duì)比 方案方案 邊坡邊坡 方案一方案一方案二方案二最終選取方案最終選取方案AB段邊坡9363元23660元方案一CD段邊坡89819元125201元方案一BC段邊坡455032元449781元方案一8、支護(hù)示意圖圖25 AB段邊坡2-2剖面土釘墻支護(hù)示意圖8、支護(hù)示意圖圖26 CD段邊坡2-

15、2剖面預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)示意圖8、支護(hù)示意圖圖27 BC段邊坡1-1剖面重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)示意圖9、電算和手算支護(hù)方案對(duì)比 1、AB段邊坡2-2剖面土釘墻支護(hù) 數(shù)值模擬下的方案為：5排土釘，水平和豎直間距均為1m,前三排土釘長度均為4m ，后兩排土釘長為3m ，傾角18.430 ，每孔1C16三級(jí)螺紋鋼筋，共5根，鉆孔直徑120mm 。土釘面板由噴射15cm厚的C25混凝土，為永久支護(hù)而在表面噴射1cm厚的水泥砂漿，為加強(qiáng)混凝土面層的強(qiáng)度而設(shè)置1層A8鋼筋網(wǎng),鋼筋網(wǎng)間距200mm。 手算方式設(shè)5排土釘，水平和豎直間距均為1m,第1和2排長度為5m、第3和4排土釘長度為4m、第5排長度為3

16、m，傾角180 ，每孔1C16三級(jí)螺紋鋼筋，鉆孔直徑90mm ，其余設(shè)計(jì)相同。 兩種計(jì)算方式下的支護(hù)主要就是土釘長度不同和孔徑不同，數(shù)值模擬在AB的2-2剖面土釘總長18m,手算的土釘土釘總長21m,相比來說數(shù)值模擬的更顯經(jīng)濟(jì)性。9、電算和手算支護(hù)方案對(duì)比 2、AB段邊坡2-2剖面預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù) 數(shù)值模擬下設(shè)置2排錨桿，每孔所需4C20鋼筋，總長度9.1m,錨固長度5m,自由段長度3m,張拉段1.1m，水平和豎直間距均為2m ，鉆孔直徑150mm,錨桿傾角150 。 手算方式設(shè)2排錨桿，每孔所需3C20筋，總長度13.5m,錨固長度9m,自由段長度3m,緊固頭長度1.5m,鉆孔孔徑110mm，

17、其余一樣。 電算下的鋼筋用量比手算少，所需錨桿總長度分別為72.8m和81m，因此數(shù)值模擬結(jié)合一定的計(jì)算得出來的設(shè)計(jì)方案，更顯經(jīng)濟(jì)性也能具體得出其穩(wěn)定性系數(shù)。9、電算和手算支護(hù)方案對(duì)比 3、CD段邊坡2-2剖面預(yù)應(yīng)力錨索護(hù) 數(shù)值模擬下的數(shù)值計(jì)算下CD段邊坡2-2剖面的預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)：6排錨索，錨索總長度 ，錨固段長度均為7m，第一排距坡頂2.5m,第四排距坡頂1.5m，每孔4根17A15.2mm鋼絞線，4根鋼絞線截面面積556mm2 ，水平和豎向間距均為2m,錨索傾角為200，鉆孔直徑150mm。 手算下CD段邊坡2-2剖面的預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)大致和數(shù)值計(jì)算相同，區(qū)別就是水平和豎向間距為2.5m,

18、從整個(gè)坡段的支護(hù)來說，手算下支護(hù)工程造價(jià)比電算少些。9、電算和手算支護(hù)方案對(duì)比 4、CD段邊坡2-2剖面土釘墻支護(hù) 電算下的土釘墻支護(hù)：9排土釘，水平和豎直間距均為1.4m, 土釘長度依次為9m、10m、11m、12.5m、12m、12m、10m、10m、8m,14排屬于第一級(jí)邊坡，59排屬于第二級(jí)邊坡，土釘傾角150，土釘為HRB400級(jí)鋼筋C32，共9根，這一剖面土釘總長度94.5m，鉆孔直徑150mm。 手算方式下的土釘墻支護(hù)：10排土釘，第14排土釘長度分別為9m、10m、11.5m、13m,第510排土釘長度分別為13.5m、12.5m、11.5m、10.5m、9.5m、8m,這一剖

19、面的土釘總長度為109m,第15排屬于第一級(jí)邊坡，610排屬于第二級(jí)邊坡，土釘傾角180，土釘水平和豎直間距均為1.4m,前4排土釘采用HRB335級(jí)鋼筋B28，后6排土釘采用C32級(jí)螺紋鋼筋，鉆孔直徑130mm,其余相同。 數(shù)值模擬比手算所需土釘長度小14.5m,CD段邊坡較規(guī)整，其電算的土釘墻支護(hù)造價(jià)比手算少。9、電算和手算支護(hù)方案對(duì)比 5、BC段邊坡1-1剖面抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)對(duì)比 兩種計(jì)算方式下的抗滑樁均為16m長，C30混凝土，截面為2m3m，間距6m, 配筋量有些不同，電算所用鋼筋量少些。電算3排預(yù)應(yīng)力錨索，傾角200，孔徑130mm,水平和豎向間距均為2.5m,總長度分別14

20、m、13m、11m，每孔2根17A15.2mm的鋼絞線。 手算設(shè)置4排預(yù)應(yīng)力錨索，傾角250，水平和垂直間距均為2m,總長度18m,每孔4根17A15.2mm的鋼絞線。 抗滑樁所用混凝土量大致相同，手算方式下的抗滑樁所需鋼筋量比電算多，且錨索工程量也比電算多，很明顯，手算方式下的支護(hù)造價(jià)高，因此數(shù)值模擬計(jì)算的方案更顯經(jīng)濟(jì)性。施工組織設(shè)計(jì)施工組織設(shè)計(jì)第四部分最終支護(hù)方案的施工工藝 從造價(jià)和施工上對(duì)三段邊坡分別選擇了土釘墻支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)方案。下面簡要介紹一下各支護(hù)施工方案。 1、AB段土釘墻支護(hù)施工工藝 土釘墻支護(hù)的工藝流程:清理邊坡 搭設(shè)腳手架 放線 噴第一

21、層混凝土 人工成孔 放置土釘 注漿 掛網(wǎng) 噴第二層混凝土 養(yǎng)護(hù)。 2、CD段邊坡預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)施工工藝 總體施工流程如下：施工準(zhǔn)備 操作平臺(tái)的安裝 測(cè)量放線 錨索施工（包含鉆孔、清洗、放錨索、灌漿、養(yǎng)護(hù)、張拉、封鎖錨頭）。 3、BC段邊坡重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝 該邊坡支護(hù)采用重力式混凝土擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索綜合支護(hù)方案，流水施工，先進(jìn)行擋土墻的施工，間隔一段時(shí)間進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工。以下是重力式擋土墻施工流程,錨索施工見CD段邊坡。施工準(zhǔn)備 測(cè)量放線 基槽開挖 地基承載力檢測(cè) 支模 安設(shè)泄水孔 做濾水層 澆筑混凝土 拆模板 養(yǎng)護(hù)。結(jié)結(jié)論和論和總結(jié)總結(jié)第五部分1、結(jié)論 通過上述章節(jié)的計(jì)算分

22、析，得出以下結(jié)論： （1）龍華調(diào)壓站邊坡為土質(zhì)邊坡，滑坡的潛在滑動(dòng)面為圓弧形或折線形，天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定和不穩(wěn)定性狀態(tài)，在地震和暴雨工況下均處于滑坡狀態(tài)，因此，應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)加固以達(dá)到要求安全系數(shù)； （2）對(duì)三段邊坡先設(shè)定初步支護(hù)方案，然后均進(jìn)行地震和暴雨工程下的穩(wěn)定性計(jì)算，地震工況運(yùn)用擬靜力法，暴雨工況取降雨強(qiáng)度為18mm/h進(jìn)行模擬，時(shí)間為48h,從結(jié)果看出，穩(wěn)定性系數(shù)達(dá)到了要求的安全系數(shù)，初步支護(hù)方案合理； （3）設(shè)計(jì)支護(hù)方案首先要確定設(shè)計(jì)荷載，主要是滑坡推力，選取各邊坡剖面在兩種工況下的最低穩(wěn)定性系數(shù)對(duì)應(yīng)的滑移面作為設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算依據(jù)，AB、CD、BC邊坡的最不利工況為暴雨、暴雨和地震工況，計(jì)算出設(shè)計(jì)荷載； （4）運(yùn)用數(shù)值模擬和手算兩種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過簡要的工程量造價(jià)計(jì)算，最終分別采用土釘墻支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)、重力式擋土墻和預(yù)應(yīng)力錨索綜合支護(hù)方案，并對(duì)