高边坡岩土工程设计要点分析

高边坡岩土工程设计要点分析

黄澄铠

佛山市顺德建筑设计院股份有限公司广东佛山528300

摘要：随着我国经济建设步伐的加大，我国迎来了大规模基础设施建设的高潮，这必然会产生大量的边坡、高填土，这种高边坡会引起复杂严重的岩土工程问题，给施工安全带来危害和隐患。因此，岩土工程边坡的稳定性治理技术是目前工程界尚需解决的一个重要课题。本文根据笔者多年的岩土工程设计经验，对于此类岩土工程的设计要点进行了分析和探讨，以供同行借鉴参考。

关键词：高边坡；设计；要点

高边坡岩土工程的设计应根据场地的工程地质，水文地质条件及环境因素，综合考虑其可行性、安全性、经济性，并应根据施工过程的地质情况和变形监测情况随时进行校核、修改。

一、高边坡岩土工程设计前的注意要点

边坡支护设计前，要进行必要的现场踏勘，要仔细观察地形地势，察看山谷、凹形坡等低洼处有无坡积物、坡积物的状态如何，在勘察过程中，亦要详细观察岩芯，力求将坡积层分清，勘察后如有必要，还得进行补充勘察。因为坡积物的土力学性质一般较差，加上分布面积不大，稳定性较差，在踏勘和勘察中也易将之遗漏或忽略。有限的勘察孔及工程地质测绘难以揭露全部的地层地质情况、岩土体特征，尤其是结构面特征。这些通常要待开挖后才能明晰。但即使如此，现场施工、监理人员鉴于其工程地质知识不足，仍然无法明确辨别，故应要求勘察人员常去现场，对比新开挖暴露出来的地质情况与原勘察揭露的地质情况，如发现不同或另有新情况，及时反馈给设计人员计算复核修改。

二、高边坡岩土工程整体坡角的设计要点

在确定整体坡角时，在条件允许的情况下（如满足放坡的场地要求时）应尽可能保证坡体的整体稳定性，虽然由此会增加挖方数量，但可以大大减少为控制整体边坡不致失稳而采取的加固措施的费用。通过放坡以求得坡体的稳定性从总的工程治理费用来说无疑是最经济的。整体坡角的确定应根据实际经验，按工程类比的原则并结合已有稳定边坡的坡率值分析，确定出既稳定可靠，又经济合理的边坡坡形。地质构造发育且顺层的岩质高边坡，应考虑采用尽可能大的坡率。岩层上面的土层甚至风化岩层本身，在雨水作用下较容易沿层面滑动，当遇上强雨时容易造成滑坡，尤其是当边坡岩层为凝灰岩或凝灰质砂岩时，其层间或裂隙面的充填物在雨水作用下变成了岩层滑动的润滑剂，饱水的岩土层在重力作用下很容易下滑。因而放坡应采取尽可能大的坡率。另外，在进行边坡支护设计时，还应注意Ⅳ类岩体的岩质边坡设置的坡率不宜小于0.3，且越大越好，以减少落石或崩落破坏的可能，同时减轻爆破震动的不良影响。

三、高边坡岩土工程局部台阶设计要点

局部台阶坡度的确定，可以从坡角压力和稳定坡角方面进行考虑。对于同一种岩体，在坡高一定的情况下，边坡坡度不同，坡脚所受的压力不同。因而根据坡脚岩体的允许承载力，可确定出稳定的边坡坡度。组成边坡的岩体密实程度不同，结构面产状、规模、性质不一，则局部分级边坡所要求的稳定坡度，即分级边坡本身所能支撑的角度各异。对于坚硬的岩石，若无软弱夹层，面与面之间的摩擦角很大，其坡脚可稍陡，可不考虑其稳定坡角；而对于风化较严重破碎的岩石则须考虑其稳定坡角，其坡角可稍缓。对于局部稳定坡角的设计可参照前述的总体坡角的设计，同时结合对局部边坡的稳定性分析得到合理的局部坡角。

另外，边坡支护设计的计算还要考虑最不利工况。例如，在采用格构式锚杆挡土墙逆作法施工时，通常分层施工，分层锚杆张拉后再开挖下层土方、施工下一层锚杆、腰梁等，这样做竖向格构梁的钢筋连接相当困难，施工中往往很难做到。工程实践中经常采用的作法如下：边坡按8～12m的竖向间距分为数级，每级之间设置平台，施工时以级为单位，各级边坡成型后整级施工锚杆，锚杆完工后整级施工格构梁，然后再整级张拉锚杆。只是，设计时要考虑这种不利工况下边坡的稳定安全系数。

四、高边坡岩土工程锚固设计要点

在高边坡中采用锚固技术，能充分地调动岩土体的自身强度和自稳能力，大大缩小结构物体积和减轻结构物自重，显著节约工程材料，并有利于施工安全。根据边坡的破坏类型、不稳定体的范围确定锚杆的布设位置。当稳定性计算足够时，即可采用构造锚杆加以坡面维护；当稳定性计算不够时，即应精密计算锚杆和坡面受力。锚杆锚固角的确定要综合分析各方面的因素，选择最优锚固角。最有效利用锚杆的抗滑力，是使锚杆布置与下滑力方向平行，但实际上，锚杆的设置方向不可能与滑动方向平行。锚固角的确定要使锚杆的安置方向跟边坡之间的角度，必须做到平行于边坡的锚固作用分力不得超过锚杆与边坡之间产生的摩擦力的范围。一般来说，倾角越大，锚杆提供的锚固力沿滑面的分力越小，抵抗滑体滑动的能力就相应地减弱。另外，从施工的角度考虑，倾角接近水平的锚杆，注浆后灌浆体将会出现沉淀和泌水现象，影响到锚杆的承载力。因此，锚杆安设角以下倾15°~35°为宜。

另外在进行锚杆设计时，应选取多个典型的地质剖面作为计算分析剖面。先用岩质边坡赤平投影计算模块判定岩体稳定性，再用简单的平面滑动法计算了该岩质边坡的稳定性。其中如果有多个地质剖面的类型为较稳定的，那么稳定性计算安全系数K值在1.35至1.74；如果地质剖面有两个或以上剖面的类型为稳定的，计算安全系数K均大于2.0。

五、高边坡岩土工程排水系统的设计要点

排水系统的总体方案的布置必须综合考虑边坡工程的地质、地貌特性，及边坡的稳定性情况进行设置。首先应彻底调查边坡上部后面的区域，以便确定地表水是流向不稳定区还是渗入土层中，或是两者的结合。应采取有效的措施控制地表排水。对于边坡坡体外的地表水，采取拦截旁引的方法阻止边坡坡体外的地表水流向滑坡体，在边坡潜在塌滑区后缘设置一定数量的截水沟进行拦截流向坡体的地表径流，并通过设置的排水沟引至坡体外。为了提高截流效果，减少工程量，地面沟渠应大体沿等高线布置，尽可能使沟渠垂直于流水方向，且力求短捷，水流通畅。沟渠转弯处以圆曲线相接，以减小水流的阻力。排水沟以布置到边坡稳定区以外为宜。而地下排水设施最好组成一个排水孔系统，以便把地下水位降低到边坡中可能产生的破坏带以下。排水孔应延长至临界破坏区的后面。排水孔的方向很大程度上取决于主要不连续面的方位。最理想的排水孔设计应是每米钻孔横切最多数目的不连续面。

排水效果取决于不连续面的规模、渗透性能、输水能力和方位。排水孔中不得产生任何明显的对边坡稳定性有影响的水流，仅仅是极端情况下才可能有这种流动。另外需要引起注意的是：岩体表面没有潮湿点并不意味着不利的地下水出现的各种条件不存在，特别是在千燥的气候条件下，地下水可能在出露于地表之前蒸发掉。

结语

总之，高边坡岩土工程是一项十分复杂的工程，因为在每一个阶段的岩层都有不同的特征，相关的工作人员要把握这些特征差异，对应采取科学的方法，给予解决，最好能提出具有前瞻性的方案，则对工程建设有莫大的裨益。

参考文献

[1]韩金华、潘金伟，工程地基承载力分析与处理[J].山西建筑，2011，（8）

[2]孟衡.模糊数学在岩质边坡稳定性分析中的应用[J].岩土工程技术.2011（04）