高邊坡的設(shè)計(jì)

高邊坡的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容一、高邊坡問(wèn)題的提出二、高邊坡的種類和變形類型三、高邊坡的調(diào)查與勘察四、高邊坡的設(shè)計(jì)五、工程實(shí)例前言地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)體在眾多因素作用下變形、破壞、運(yùn)動(dòng)而給人類生存環(huán)境造成危害和生命財(cái)產(chǎn)損失的地質(zhì)現(xiàn)象。如深層地殼運(yùn)動(dòng)造成的地震、火山噴發(fā)、地裂縫、由斜坡塊體運(yùn)動(dòng)形成的山崩（崩塌）、滑坡、錯(cuò)落、傾倒、坍塌和巖體深層蠕變；由地表水作用形成的泥石流、碎屑流、水土流失；由地下水作用引起的巖溶塌陷、地面沉降、濕陷、涌水突泥等；由表生地質(zhì)作用引起的沙漠化、鹽漬化、風(fēng)化剝落、膨脹、收縮等等。這里我們主要討論斜坡塊體運(yùn)動(dòng)的各種類型。斜坡災(zāi)害關(guān)于斜坡的變形和運(yùn)動(dòng)類型，美國(guó)人伐納斯（Varnes）1978年曾提出崩塌、傾倒、滑坡、側(cè)向擴(kuò)展、流動(dòng)等類型，如。我國(guó)早期也把他們統(tǒng)稱為“塌方”、“塌方滑坡”、“塌方流泥”，鐵路和公路部門(mén)稱其為：“路基病害”。后來(lái)，隨著研究的深入，逐漸把他們從變形機(jī)制和防治上加以區(qū)分。我們按照變形的深度（規(guī)模）、運(yùn)動(dòng)特征和物質(zhì)類別將其分為坡面變形，邊坡變形和坡體變形三類。一、高邊坡問(wèn)題的提出（一）高邊坡的界定一般認(rèn)為邊坡高度大于20m的土質(zhì)邊坡，或高度大于30m的巖質(zhì)邊坡。（二）高邊坡的變形、破壞及其造成的損失高邊坡早已存在，也曾造成過(guò)變形和損失。近年來(lái)，高邊坡數(shù)量越來(lái)越多，高度越來(lái)越高。變形量大，增加投資、延誤工期、造成災(zāi)害。(三)高邊坡的特征1、高邊坡是將地質(zhì)體的一部分改造成人為工程設(shè)施，因此其穩(wěn)定性取決于自然山坡的穩(wěn)定狀況(穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極限平衡)、地質(zhì)條件(地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、坡體結(jié)構(gòu)、巖體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件、風(fēng)化程度等)和人為改造的程度(開(kāi)挖深度、坡形、坡率等)。2、由不同的地層、巖性、風(fēng)化程度的巖土體構(gòu)成的自然山坡，受地質(zhì)構(gòu)造影響程度不同，水文地質(zhì)條件不同，在自然營(yíng)力作用下形成了各種形態(tài)的斜坡，如直線坡、凸形坡、凹形坡、階梯狀坡，且具有不同的穩(wěn)定狀態(tài)，這是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期形成的，是動(dòng)態(tài)的、變化的。自然斜坡是人工邊坡的基礎(chǔ)。3、人工邊坡是對(duì)自然斜坡的改造，它也有直線坡、凸形坡、凹形坡，更多的是階梯狀邊坡。人工邊坡改變了自然山坡的應(yīng)力狀態(tài)和地下水的滲流條件，而且是在短短幾個(gè)月內(nèi)改造完成的。自然山坡的應(yīng)力調(diào)整有一個(gè)過(guò)程，強(qiáng)度低的軟弱巖層調(diào)整較快，常在施工期就發(fā)生變形；強(qiáng)度高的堅(jiān)硬巖層調(diào)整較慢，或可自身穩(wěn)定，或在1～3年后發(fā)生變形。只有當(dāng)人工邊坡順應(yīng)自然，對(duì)其改變不大時(shí)，才可保持穩(wěn)定，否則就會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，甚至引起自然山坡的破壞。4、自然山坡和人工邊坡都處在各種自然營(yíng)力的作用之下，如陽(yáng)光照射、降雨沖刷和下滲、風(fēng)化和地震等。但人工邊坡所造成的自然狀態(tài)的改變使這種作用更強(qiáng)烈，如開(kāi)挖暴露風(fēng)化加劇、破壞植被地表水容易下滲、坡體松弛、爆破震動(dòng)等都使邊坡更容易發(fā)生變形。5、自然條件千差萬(wàn)別，所以高邊坡設(shè)計(jì)也變得十分復(fù)雜，每個(gè)工點(diǎn)都需單獨(dú)分析和計(jì)算，這也許就是目前高邊坡設(shè)計(jì)尚無(wú)規(guī)范可循的原因。二、高邊坡的種類和變形類型（一）高邊坡的種類（二）高邊坡的變形類型（三）高邊坡變形的條件和原因分析1三、高邊坡的設(shè)計(jì)方法高邊坡設(shè)計(jì)目前尚無(wú)統(tǒng)一的方法，一般采用三種方法相結(jié)合：1、工程地質(zhì)比擬法——從自然穩(wěn)定坡的調(diào)查中尋找可供比擬的坡形、坡率和坡高。2、力學(xué)計(jì)算法——選擇符合坡體結(jié)構(gòu)和破壞模式的計(jì)算方法對(duì)設(shè)計(jì)的坡形進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，調(diào)整坡形或增加支擋工程以達(dá)到合理的設(shè)計(jì)。既保整體穩(wěn)定，又保局部穩(wěn)定。3、經(jīng)驗(yàn)對(duì)比法——以類似地質(zhì)條件下穩(wěn)定的人工邊坡作參考設(shè)計(jì)新的邊坡。4、坡形坡率的設(shè)計(jì)：一般采用臺(tái)階狀坡形。每級(jí)臺(tái)階的高度：8～10m。臺(tái)階（卸荷平臺(tái)）寬度：一般2～3m；高度大于30m的邊坡，在中部留4～6m的寬平臺(tái)。坡率：土質(zhì)邊坡：1:1～1:1.5（黃土邊坡除外）；類土質(zhì)邊坡：1:1～1:1.5；強(qiáng)風(fēng)化巖邊坡：1:0.75～1:1；中風(fēng)化巖邊坡：1:0.5～1:0.75；微風(fēng)化巖邊坡：1:0.3～l:0.5。對(duì)巖層順傾地段的高邊坡，當(dāng)巖層傾角大于40°時(shí)，可采用順層面刷方。但當(dāng)傾角較緩時(shí)，不宜順層刷方，那樣會(huì)增大邊坡高度，破壞植被，增大征地和棄方，于環(huán)境保護(hù)不利，還可能留下不穩(wěn)定隱患。5、加固工程的設(shè)計(jì)：對(duì)計(jì)算評(píng)價(jià)不穩(wěn)定和欠穩(wěn)定的邊坡必須設(shè)置一定的加固工程措施，常用者有擋土墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索框架（地梁、墩），錨桿框架（地梁）等，可根據(jù)邊坡的具體情況單獨(dú)或組合使用。6、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：（1）地面排水系統(tǒng)；（2）地下排水。㈠、滑坡推力計(jì)算滑坡推力計(jì)算是邊坡工程設(shè)計(jì)所必須的工作內(nèi)容，初涉滑坡防治工作的技術(shù)人員往往覺(jué)得難以把握?；峦屏τ?jì)算主要涉及以下內(nèi)容：1、滑坡推力的計(jì)算范圍；2、計(jì)算公式的選擇；3、滑帶各段強(qiáng)度指標(biāo)（c、φ）值的選??；4、附加力的考慮與確定；5、安全系數(shù)的確定；6、計(jì)算推力的校核。1、滑坡推力計(jì)算范圍的確定1、首先從地質(zhì)分析上劃分各滑動(dòng)條塊，各條分別計(jì)算。2、同一條滑坡是否分級(jí)及前后級(jí)之間的關(guān)系。一般只計(jì)算到貫通裂縫的一級(jí)，若前面穩(wěn)定后面自然會(huì)穩(wěn)定。3、多層滑面應(yīng)分層計(jì)算其滑坡推力。2、計(jì)算公式的選擇計(jì)算方法很多，應(yīng)根據(jù)不同滑面情況選擇，一般多用分塊推力傳遞系數(shù)法。第i塊的剩余下滑力為：Ei=KWisinαi-Wicosαitgφi–CiLi+Ei-1Φi式中：K—安全系數(shù)，一般取K=1.10~1.25；Wi—第i塊滑體的重量，KN；αi—第i塊滑體滑面傾角，度；Ci—第i塊滑體滑帶土的黏聚力，Kpa；φi—第i塊滑體滑帶土的內(nèi)摩擦角，度；Li—第i塊滑體滑面的長(zhǎng)度，m；Ei-1—第I-1塊滑體滑面?zhèn)鹘o第i塊滑體的剩余下滑力；Φi—傳遞系數(shù)。Φi=cos（αi–αi-1）–sin（αi–αi-1）tgφi3、滑帶各段抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（c、φ）值的選取1、由于地質(zhì)條件和土性的差別很大，不同滑坡c、φ值差別較大。取樣試驗(yàn)因取樣代表性、試驗(yàn)方法等問(wèn)題導(dǎo)致數(shù)值分散，故至今國(guó)內(nèi)外均是參考試驗(yàn)值并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值，用反算法求主滑段c、φ值。2、試驗(yàn)法。既要做原狀土的，更要做重塑滑帶的不同含水量下的（天然、塑限、軟塑狀態(tài)）峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度。3、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比是指同類地質(zhì)條件下同類型滑坡滑帶土指標(biāo)的類比。牽引段和抗滑段巖性變化和c、φ值變化小，可據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。4、反算法，主要是反算主滑段c、φ值。（1）首先判定滑坡當(dāng)前的穩(wěn)定度，如1.0、0.98、1.02等；（2）一個(gè)平衡斷面方程求一個(gè)指標(biāo)，兩個(gè)平衡斷面方程聯(lián)立求c、φ兩個(gè)值，也可用圖解法求。（3）有條件恢復(fù)滑前極限平衡狀態(tài)時(shí)，用極限平衡斷面反求；若無(wú)法恢復(fù)原斷面時(shí)（如古老滑坡），只能以現(xiàn)有穩(wěn)定斷面反求。4、附加力的考慮1、地震力的考慮（7度以上地震區(qū)考慮）；2、靜、動(dòng)水壓力的考慮；3、滑體浸入水下浮力的考慮；4、其它附加力的考慮。5、安全系數(shù)的確定1、對(duì)滑坡性質(zhì)等了解的程度，清楚者取小、不清楚者取大；2、保護(hù)對(duì)象的重要性，重要者取大值；3、滑坡的危害性，危害大者取大值；4、臨時(shí)工程取大值，永久工程取大植。6、計(jì)算推力的校核1、從當(dāng)?shù)匾驯黄茐慕ㄖ锏膹?qiáng)度確定其下限值；2、從當(dāng)?shù)鼗录舫隹诤涂够位w厚度界定滑坡推力下限值（如被動(dòng)土壓力）；3、從類似滑坡性質(zhì)和規(guī)模比擬滑坡推力值。㈡、抗滑擋土墻抗滑擋土墻與一般擋土墻的區(qū)別有以下幾點(diǎn)：（1）不是承受一般土壓力，而是滑坡推力，后者比前者大得多。（2）胸坡緩、重心低，胸坡1∶0.4～1∶1。（3）基礎(chǔ)埋深大，基巖中0.5～1.0m，土層中1.5～2.0m或更大，必須置于滑面以下穩(wěn)定地層。（4）盡量利用墻背填土重量。（5）墻后縱向盲溝要求高。（6）墻體穩(wěn)定性檢算中除抗滑、抗傾覆和截面強(qiáng)度檢算外，還應(yīng)檢算從墻底滑動(dòng)和從墻頂滑出的可能以決定墻的埋深和墻高。（7）推力作用點(diǎn)位置一般不在三分之一墻高，而在二分之一或五分之二墻高處。（8）施工必須分段跳槽開(kāi)挖，從兩側(cè)向中部推進(jìn)，避免因挖基造成邊坡滑動(dòng)。㈢、預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)1、準(zhǔn)確地探明滑坡滑動(dòng)面的位置并計(jì)算滑坡推力。2、根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料、巖土的力學(xué)性質(zhì)、滑面傾角、深度，作出初步設(shè)計(jì)和概算，選擇適宜的施工工藝，同時(shí)做現(xiàn)場(chǎng)抗撥力試驗(yàn)和成孔試驗(yàn)。據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，做正式施工圖設(shè)計(jì)。計(jì)算錨索根數(shù)NNP抗———單根錨索索的抗撥力力，通過(guò)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取取得；Pn———P抗沿滑動(dòng)面面法線方向向的分力；；Pt———P抗與滑坡滑滑動(dòng)方向相相反的分力力；φ———滑面的內(nèi)內(nèi)摩擦角；；α———錨索與滑滑面的夾角角；E總———滑坡的的總下滑力力；K———安全系數(shù)數(shù)，規(guī)定一一般情況下下不小于22.0。錨索的有效錨固固段長(zhǎng)度LL效（即在在滑動(dòng)面以以下的錨固固深度）也也由現(xiàn)場(chǎng)抗抗拔力試驗(yàn)驗(yàn)確定。如果屬于搶險(xiǎn)工工程、時(shí)間間緊迫，來(lái)來(lái)不及做現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)抗拔力力試驗(yàn)，可可按下式計(jì)計(jì)算：將上面兩式比較較，取較大大者做為有有效錨固段段長(zhǎng)度，如如上所述，一一般情況下下都由控制設(shè)計(jì)計(jì)。應(yīng)注意意自由段長(zhǎng)長(zhǎng)度不能小小于5m。式中：d———單根鋼絞絞線的直徑徑；D———錨索孔的的直徑；τ1———鋼絞線與與水泥砂漿漿之間的粘粘結(jié)力；τ2———水泥砂漿漿柱體與圍圍巖之間的的平均粘聚聚力；P———單束錨索索設(shè)計(jì)承載載力。錨索與滑面夾角角α的選擇設(shè)單束