复杂高填方边坡设计关键问题的探讨

复杂高填方边坡设计关键问题的探讨

代汝林

中国市政工程华北设计研究总院有限公司重庆分公司重庆300381

摘要：随着我国的建设工程日新月异，现阶段工程建设用地日趋减少，建于复杂高填方边坡上的工程越来越多，本文根据某个建于复杂高填方边坡上的工程项目进行具体分析，分析了复杂高填方边坡设计存在的问题，并对高填方边坡稳定性分析的计算方法做了简述。根据所研究的成果对整体的复杂高填方边坡设计和施工有一定的指导意义。

关键词：复杂；高填方；边坡设计

1高填方边坡设计的意义

对于高填方的边坡设计来说，不仅仅是土木工程施工的一个步骤，更是掌控整体工程稳定性的关键步骤，一般的工程项目需要高填方边坡设计工程是为了获得平整的场地，尤其在地形比较复杂的山区建设工程中，或者是一些比较复杂地形的建筑工程中，此类工程会受到很大外部以及自身条件的严重影响，通常会给整体工程带来比较大的施工困难，所以，设计高填方边坡设计一是为了更好的进行工程施工，二是为了能够形成一个高差，利用地形。另外，高填方边坡设计也要考虑其安全性，如果处理不慎，会有滑坡的危险，会对周围的建筑物甚至是人的安全带来一定的威胁。

1.1工程概况

某地区某小区建设，为获得平整场地需填筑高填方边坡。原始地面高程约490.600m，设计地面高程513.100m，边坡总高度约22.5m。距离坡脚约20m为既有多层框架结构住宅。拟建建筑物距坡脚约15.5m～25.5m，为地上32层，地下3层住宅。建筑结构采用剪力墙结构，桩基础采用冲钻孔灌注桩。

2复杂高填方边坡设计存在的问题

2.1土压力问题

随着边坡高度的增加，挡土结构承受的土压力急剧增加。为解决整体稳定问题所设置的加筋土，恰好可以起到显著减小土压力的作用。此外，台阶式放坡也使得土压力有进一步减小。然而，这两项因素的叠加却给计算土压力造成了困难。相关研究资料均只给出直立式加筋土挡墙土压力的计算方法，对于台阶式加筋土挡墙并未涉及。杨广庆等在这方面开展了有益的研究，提出了计算多级加筋土挡墙土压力的改进方法，但该方法在计算级数较多加筋土挡墙的适用性仍有必要进行进一步研究，且计算过程也较为繁琐。

2.2地基承载力问题

根据勘察报告场地地基土土体为杂填土，地基承载力特征值仅为80kPa。远不能满足填筑高填方边坡的需要。为解决整体稳定问题设置的CFG桩，同时起到提高地基土地基承载力的作用。本工程将CFG桩设置为台阶状。这主要出于三个方面的原因考虑：一是保护已施工工程桩，二是保证上部加筋材料具有足够的延伸长度，三是起到防滑作用。此外，为形成复合地基，设置200厚碎石垫层。值得注意的是，由于既有地基土体为较厚杂填土层，为防止后期杂填土沉降导致填土与垫层脱开，导致复合地基失效。需对填土地面3m深度范围内，改用砂石垫层进行换填。

2.3外部稳定问题

本工程高填方边坡后方为三层地下室，若视边坡加筋土土体为整体，仅承受地下室底板以下不足4m高度土压力，边坡抗滑移、抗倾覆稳定性较容易得到满足。需要指出的是，对于邻近高层建筑物的填方边坡，计算其抗倾覆、抗滑移稳定性时必须计入视上部结构的嵌固部位，计入上部结构传来荷载的影响。若上部结构嵌固部位位于边坡坡脚以下，可不计入此部分荷载的影响，若上部结构嵌固部位位于边坡脚以上，则需要计入该部分荷载的影响。一般认为，当边坡坡顶距离建筑物距离超过坡高两倍时，可不计入上部结构荷载的影响。但其理论依据还有待进一步研究。对于坡脚刚性扶壁式挡墙，当填土较厚时，通常可采取两种方案解决其外部稳定性问题。一是桩承方案，通过设置桩基础解决挡墙计算承载力问题，利用桩基抗压及抗拔解决挡墙抗倾覆稳定性问题，利用桩的水平承载力解决其抗滑移稳定性问题。然而，由于填方挡土墙墙后土压力较大，而桩的水平承载力通常较其竖向承载力小许多。这导致按承载竖向荷载计算的桩基数量通常仅为按承载水平荷载计算的桩基数量的1/10，甚至更少，这种设计你较不合理，给工程造成极大的浪费。钢筋混凝土化粪池顶盖施工，包括支模、扎筋、浇筑砼。做法同常规的施工工艺。

2.4高填方边坡设计工程有一定的使用寿命

高填方边坡设计工程虽然稳定性有一定的要求，而且，达到固定的要求可以有一定的使用年限，但是，长时间以来，会有一个固定的使用寿命，一般而言，因为边坡设计的过程中会充分考虑到周围的地质环境，比如说风化的情况又或者是降雪降雨量等等，对边坡稳定性做了最全面的考虑，但是，时间一长，土壤内部的稳定性又或者是周围路边填土的质量都会变得越来越差。

3复杂高填方边坡设计稳定性分析

3.1如何解决高填方边坡设计问题

首先，复杂高填方边坡设计可采用分层碾压回填、强夯、加筋等控制填土的压实度及土体内部参数保证边坡的稳定性。其次，可以设置边坡设计的排水系统，一般排水系统为了防止崩塌，可以将排水沟设置在外围，在滑坡体内也可以设置一排排水沟，这样，对周围的路边填土的影响也比较小，最大限度的减少了地表水的作用。最后对于无条件放坡的复杂高填方边坡可采用支挡结构，如重力式挡墙，桩板挡墙，预应力锚索等。

3.2复杂高填方边坡稳定性分析方法

复杂高填方边坡稳定分析方法主要有极限平衡法和有限元法

极限平衡法是依据相关静力平衡原理分析边坡各种破坏模式下的受力状态，通过边坡的上滑力及下滑力的关系来评价边坡的稳定性；其中比较常用的方法有瑞典圆弧法和简化毕肖普法。

对于复杂高填方边坡设计常用的有限元模拟主要通过Midas、Plaxis、Gts等软件。

两种方法各有优缺点，极限平衡法计算相对简单、快捷，应用广泛；有限元法计算精确，建模计算分析相对复杂。应用时应根据工程不同的实际情况选择合适的分析计算方法。

3.3支档体系应力设计

在不同的填方区域和挡墙设计前，岩土本身的应力结构会出现变化，根据有限元计算分析基础可知，Plaxis有限软件根据不同的岩体容量设计形式能计算出不同深度的有效应力，根据不同岩层力学结构形式的设计要求，要及时计算出压力系数，最终得出水平向应力。支挡结构施工结束后，在数值模拟过程中考虑到共同作用的要求，支护体系会发生变化，整体位移过程中，由于软土层出现比较大的变化，在土层设计中，墙趾回填镇压区下卧深厚软土层，沉降较大，同时堆填体外侧有明显土体隆起发生。根据变形量可知，为了减少限制性因素的影响，在地表沉降设计阶段，必须对位移分布情况和墙体系进行分析，保证挡墙的稳定性。具体稳定性设计如下：

在数值模拟设定阶段，受到施工荷载和支护结构的影响，整个应用体系发生了不同程度的变化，在岩体作用的影响下，需要对抗剪指标进行分析，结合设计比例的要求，减少体系失稳的发生几率。通过起始点和破坏点抗剪度的比较，要对最终稳定性的安全系数进行全面有效的分析。支护体系结束之后，需要及时对墙体整体倾斜度进行控制，对于存在明显隆起的部位必须及时采取措施，避免出现下沉的现象。

结语

综上所述，对于高填方边坡设计的过程来说，加强其土压力以及地基承载力以及外部稳定性的管控，并且还要对支档体系应力进行合理的设计，进而保证复杂高方边坡设计的稳定性，对复杂高填方边坡施工有一定的指导意义。参考文献：

[1]聂文波，叶静风，曾渠丰.高填方边坡的地基承载力及极限高度研究[J].中国电业（技术版），2014（10）：89-91.

[2]高奋飞，严克渊，潘盛泽.西南某机场高填方边坡稳定性分析[J].资源环境与工程，2014，28（04）：386-389.