某厂区边坡稳定性分析及加筋挡墙设计_范秋雁.pdf

2020年第9期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-11-22修回日期 2019-11-27 第一作者简介 范秋雁 （1961-） ， 男 （汉族） ， 江苏南通人， 教授， 现从事教学与科研工作。 某厂区边坡稳定性分析及加筋挡墙设计 范秋雁*， 何伟,刘孟瀚 （广西大学资源环境与材料学院， 广西 南宁 530004） 摘要 边坡的稳定时常受到各种自然和人为因素的影响， 不仅影响工程开展的进度， 对人员的生命 和财产造成直接安全威胁。针对某厂区边坡， 依托工程实例广西赤泥综合利用示范工程厂区14号 边坡。对边坡的稳定性及加固处理进行详细描述， 进而对该边坡进行防治设计。治理后的边坡保持 安全稳定。为相似工程技术的运用提供借鉴意义。 关键词 边坡勘察； 稳定性； 加固； 设计治理 中图分类号 TU441 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202009-0024-05 1概述 现阶段， 随着我国现代化的不断推进， 给建筑事业 带来极大的发展， 越来越多的边坡坡体得到了充分利 用。边坡形式复杂多样， 边坡的稳定性受到多种因素 的影响。由于局部失稳、 雨水冲刷、 地质灾害等因素造 成滑坡， 会对工程实体、 人们的人生财产安全造成重大 损失。因此需要工程人员做好现场勘查工作。本着防 治结合的原则, 对边坡进行稳定性勘察分析, 在此基 础上采取切实有效的措施， 有助于工程项目安全顺利 的进行和最优化发展。 2勘查区地质概况 本文以广西赤泥综合利用示范工程厂区14号边坡 为工程实例， 工程项目地处于广西百色市平果县感桑 村， 现处在前期的基础建设期， 地勘资料显示， 勘查区 域海拔高度大致为 208.0～700.0m， 地形地质条件复 杂， 按岩溶地貌划分为峰林地形， 是典型的低山地貌。 场地位置处于相对平缓地带， 该区域整体地势西北高 东南低， 现周边山体处于相对稳定自然状态下。人工 边坡达30～50， 植被覆盖率约10～20。地表覆盖 植被呈现弱发育， 地貌类型单一， 地形较复杂。 厂区位于广西山字型构造前弧西翼外缘的右江复 向斜东南部。本场地区域经历了多次构造活动， 形成 了一系列褶皱及断裂， 构成了区内总体为北西南东 向构造线。区内褶皱构造与断裂构造均很发育， 以断 裂构造为主。主要构造单元有那豆背斜、 右江大断裂 以及与其伴生的一系列平推断裂。 3工程地质条件 3.1边坡概况 文中研究的边坡位于场区西南侧， 属填方道路边 坡， 边坡高3.0～15.0m， ， 坡度30～35， 填土厚度4.5～ 12.0m， 坡脚线长 640m， 主要由粘性土及少量碎石组 成， 未经压实， 结构松散。下部为红粘土层， 土质均匀， 结构致密， 层厚5.0～11.7m。边坡工程周边的环境无 法完全探知, 露天边坡在自然环境以及周围人类活动 将对坡体造成影响, 使得坡体易发生坍塌、 滑坡等事 故。 3.2水文地质条件 勘查区属于广西平果县， 位于广西西南部， 气象水 文条件研究区属亚热带季风性气候， 常年平均温度 22.3℃， 无霜期345d以上。夏长冬短， 日照充足， 霜雪 极少， 每年的12～2月为枯水期， 其余月份为丰水期。 勘查区内斜坡地带深切冲沟不发育， 雨水主要通过自 然渗透和面流排泄， 面流水逐步汇集于湿地低洼处排 泄。现勘查区处于基建期， 厂区内无完善的排水系统， 大雨或暴雨过后， 地表水横溢。根据平果县城区气象 观测站气象观测的统计资料， 平果县各月平均降雨量 统计于表1。 平 果 县 年 日 照 时 数 平 均 1682h， 多 的 年 份 达 1800h。月平均气温最高为28.4℃7月， 最低为12.1℃ 1月。迄今极端最高气温39℃， 极端最低气温-2.2℃。 3.3地层岩性与岩土工程特征 根据地面地质调查、 钻探揭露和试验等资料综合 24 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 分析， 广西赤泥示范区范围内覆盖层由上往下分别为 第四系填土层 （Q4ml） 、 第四系粘土 （Q4el） 、 下伏地层为石 炭系 （C） 石灰岩， 依钻探揭露， 场地地基土层自上而下 叙述如下 （1） 一层填土 红褐色、 较湿润， 主要由粘性土及少 量碎石构成， 未经压实， 回填时间小于10年。揭露层厚 0.65～11.00m， 层顶高程203.52～219.53m。填土来源 于红粘土， 故填土的胀缩性判定与红粘土一致， 属中等 胀缩土。 （2） 二层粘土 黄褐色， 略微湿润， 韧性中等,质地 均匀， 强度高， 结构较为致密， 结构分类属巨块状。所 有 场 地 均 有 揭 露 ， 厚 度 1.00～17.00m， 层 顶 高 程 205.46～250.46m。 （3） 三层灰岩 灰色， 其中主要成分为碳酸盐类岩、 岩体较完整， 岩体基本质量等级为Ⅲ级， 构造为中厚 层， 节理裂隙较发育， 短柱状。层顶埋深 0.20～ 23.70m， 层顶标高程193.46～245.47m， 勘查孔未遇岩 溶。各岩土层胀缩性， 剪切试验结果统计表分别见表 2、 表3。 根据 广西膨胀土地区建筑勘察设计施工技术规 1月 26.9 2月 24.0 3月 42.9 4月 86.1 5月 205.2 6月 271.3 7月 232.2 8月 262.1 9月 102.1 10月 85.3 11月 39.9 12月 30.6 全年 1408.6 表1平果县多年月平均降雨量表（单位 mm） 土层名称 粘土 统计项目 统计数 范围值 平均值 自由膨胀率 （） 6 30～50 38 50kPa相对膨胀率 （） 6 0.00～0.02 0.408 胀缩总率 （） 6 4.50～6.80 5.25 胀缩性等级 中等 表2土层胀缩性统计表 岩土 名称 填土 粘土 统计 项目 计数 范围 平均 计数 范围 平均 天然直剪 CkPa 13 27.0～106.2 48.3 84 14.6～106.2 43.8 φ 13 5.8～26.3 12.8 84 4.8～26.3 11.4 饱和直剪 CkPa 8 11.6～52.8 23.6 54 11.6～55.6 23.7 φ 8 3.2～15.5 8.9 54 2.1～15.9 7.5 表3剪切试验成果统计表 程 DB45/T 3962007， 场区红粘土胀缩总率平均值为 5.25， 50kPa压力下相对膨胀率平层含均值为0.408， 故 判定场区红粘王胀缩性等级为中等。依据 岩土工程 勘察规范2009年版50021-2001 规定， 结合土工试验 成果。红粘土地基由红粘土和岩石组成， 属于不均匀 地基。 4滑坡潜在成因分析 4.1人类工程活动 场区地处低山地貌， 经人类活动改造后， 原始地貌 发生了很大变化， 场区各设施兴建时， 对场区进行过挖 方、 填方处理， 削坡， 坡顶加载。使得场区中形成各类 边坡， 边坡主要分布于场区四周。不当的削坡会促使 坡脚结构面变薄或切穿， 使边坡的抗滑力减少降低边 坡的稳定性。坡顶处加荷是边坡失稳的一个极其重要 的诱发因素， 一方面会引起坡体的下滑力增加； 另一方 面增大坡顶张拉应力和坡脚剪应力造成应力重分布使 边坡土体破坏， 引起边坡稳定性的降低。 4.2不良地质现象 勘查区内上覆为第四系人工堆填土、 红粘土， 下伏 地层为石炭系 （C） 石灰岩， 填土、 红粘土具有中等胀缩 25 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 性， 受降雨及地表水的影响， 土层强度降低， 土体产生 胀缩变形， 易产生滑坡、 崩塌不良地质现象， 下伏石炭 系石灰岩有可能产生岩溶地面塌陷等不良地质现象。 4.3潜在滑动带 根据勘查工程揭示的地层岩性， 对于填方边坡， 可 能形成的潜在滑动面为填土、 红粘土层本身圆弧状滑 动， 填土属新近填土， 堆填时间短， 未固结， 土体松散， 雨水沿空隙渗透至红粘土层， 红粘土层透水性相对较 差， 使得雨水受阻滞留在填土层底部， 由于填土具有中 等胀缩性， 并且遇水后重度增加， 抗剪强度降低， 最终 有可能导致滑坡的形成。 4.4边坡变形特征 本工程项目边坡为填方边坡， 为新近填土， 边坡堆 填时间不到一年， 土体结构松散， 因受雨水冲刷作用， 造成部分坡体水土流失， 坡面形成数条浅沟， 长约4～ 5m， 宽约1～2m， 深约1.0m； 坡顶已产生多条裂缝， 宽 5～20cm不等， 长度约10～20m， 坡面受雨水冲刷影响， 在水沟侧壁形成一处小规模的崩塌， 体积约5m3， 边坡 未见整体滑坡产生， 但极易产生滑坡、 崩塌等地质灾 害。 5滑坡治理工程设计 根据边坡体形态规模， 地理环境， 坚持多角度分析 考虑的原则。采用工艺成熟、 经济合理、 治理效果与周 边环境相融合设计方案。由于本场地为中等胀缩性 土， 挡墙基础的埋深、 长度等等按 膨胀岩土滑坡防治 工程技术规范 （DB 45/T 1250-2015） 执行。由于该 边坡坡脚前端为拟建市政道路， 且坡面裸露， 坡体结构 松散， 易造成坍塌。因此采用加筋挡墙来增强坡体的 支护 （见图1） 。坡顶为厂区行车道路及卸料平台。坡 体因受雨水冲刷作用， 遇水易软化， 造成坡体的土体流 失， 故采用水泥土搅拌桩用于软土加固改良， 加强坡体 围护 （见图2） 。最终边坡设计采用 “水泥土搅拌桩重 力式挡土墙加筋挡土墙植被” 进行治理 （剖面图见 图3） 。 （1） 水泥土搅拌桩。坡顶道路区域采用水泥土搅 拌桩处理， 处理宽度 9.0m， 采用格栅型布置， 桩径 0.6m， 桩间距为 0.5m， 桩端入原状土 1.5 倍桩径， 即 900mm， 桩顶设置300mm厚褥垫层。 （2） 加筋挡土墙植被。在重力式挡墙顶部设置加 筋挡土墙， 格栅间距0.4m， 墙面由土袋码砌并由单向土 工格栅反包形成， 墙面坡比为1 ∶ 1， 土袋采用500mm 900mm可降解生态袋， 袋内填充非膨胀性种植土， 土内 均匀混合草籽， 按每立方米360g狗牙草籽240g白喜 草籽拌入， 充填后土袋厚度控制在200mm。填料采用 开挖后的土体混入10～15碎石， 碎石粒径不大于 50mm， 压实度不低于0.9， 底部换填0.8m厚碎石层， 顶 部采用C20混凝土硬化， 厚度200mm。 6治理工序 图1边坡加筋挡墙 1水泥土搅拌桩施工 水泥土搅拌桩桩径0.6m， 桩间距为0.5m0.5m； 固化剂采用普通硅酸盐水泥， 水 泥标号为 R425， 水泥浆液的水灰比应控制在 0.45～ 0.55范围内， 水泥掺入量为15～20具体由工艺试 26 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 桩后确定， 外加剂为石膏和木质素磺酸钙， 掺入量分 别为水泥用量的2和0.2。 2加筋挡土墙的筋带和填土施工 待桩身强度达 到设计要求的70后再施工加筋挡土墙， 施工时分段 开挖， 开挖面后缘依地形设置成台阶状， 加筋挡墙底部 换填0.8m厚碎石， 并铺设Tensar SSB双向格栅， 间距 0.2m， 并压实填土， 压实度大于0.9。 3加筋挡土墙的基础和面板施工 基础开挖后应 进行验槽， 基础应分段开挖， 分段长度20m左右； 面板 由土袋码砌并由单向土工格栅反包形成， 墙面坡比为 图2水泥土搅拌桩平面布置图 （单位 mm） 图3边坡剖面图 1 ∶ 1， 土袋采用500mm900mm可降解生态袋， 袋内填 充非膨胀性种植土， 土内均匀混合草籽， 按每立方米 360g狗牙草籽240g白喜草籽拌入， 充填后土袋厚度 控制在200mm。 4重力式挡土墙施工 挡土墙采用MU30浆砌片 石和M10水泥砂浆， 挡土墙开挖后应进行验槽， 挡土墙 应分段开挖， 分段长度20m左右， 浆砌、 回填后再开挖 下一段。施工时应对边坡进行监测。 5植被施工 播种后须进行浇灌等维护， 确保植草 存活率。 边坡防治工程设计时， 建议选用表4参数， 建议值 主要依据室内试验， 其他参数取自相关规范推荐的经 验值。 7边坡稳定性监测 表4防治工程设计参数表 岩土名称 填土 粘土 灰岩 地基系数K 106kPa/m 0.05 0.3 1.5 基底摩擦系数 0.4 0.4 0.5 地基承载力 （kPa） -- 180 2500 岩石与锚固体粘结强度 特征值frb（kPa） -- 50 380 为了确保边坡在治理过程中的安全， 提高安全文 明施工， 须对坡体进行实时监控， 观察分析其变形与趋 势、 运行状态的稳定性与危险性， 做出实时预报预警。 主要监测分析任务包括 建筑物沉降、 坡顶水平位 移、 挡土墙和抗滑桩桩顶水平位移和应力变化情况。 （下转第30页） 27 ChaoXing 2020年第9期西部探矿工程 大， 坡脚较陡， 节理、 裂隙发育， 边坡局部坡稳定性较 差， 已经形成少量崩塌体堆积于宕底。拟对山体分台 阶削坡。根据现场地形， 治理设计分为2～3级台阶， 由 下至上台阶标高分别为65m、 80m。 ②边坡危岩清理 Ⅱ区危岩清理主要对采坑四周 边坡进行危岩、 浮石和残留的渣土采取机械结合人工 清理。对因开采造成岩体松动、 破碎处应用机械和人 工法清除表面松散堆积物、 松动浮石， 清除危岩， 对局 部边坡进行切坡、 缓坡化处理， 消除隐患。 根据前期开采所产生的松散土石量、 浮石量估算 采场边坡共需清除的松散土方量约为1000m3， 危岩清 除石方量约为4000m3。 ③底盘治理工程 治理区现状底盘高低起伏， 最大 高差约15m。治理设计对底盘进行平整， 将矿山道路 南侧底盘区设计为水塘， 面积44445.6m2。对北侧底盘 区挖高垫低， 覆土整平。根据现状地形， 局部整平标高 可根据现场实际情况进行调整， 开挖整平采用机械施 工， 估算北侧底盘区场地平整约1.64104m2。 ④复绿工程 沿坡顶、 平台和坡脚按照0.5m间距 各种植一排葛藤， 利用其攀爬特性实现坡面绿化， 预计 Ⅱ区共种植葛藤5376株。在土地平整的基础上覆土、 植树种草， 土体主要来源于本矿山清坡、 临时排土场及 外购， 原则上要求覆土厚度不低于0.5m， 建议选择当地 常见易成活的植被品种， 如 刺槐、 冬青、 高羊茅、 狗牙 根等。按照0.5m厚度估算需覆土0.82104m3， 3.0m 3.0m间距种植乔灌木， 乔灌木间种。估算共需种植乔 灌木各 911 棵， 按照播种量 5g/m2， 共计播撒草籽 82.0kg。 4结论 广德县保良矿业有限公司建筑石料用灰岩矿矿山 地质环境治理工程总体目标是消除矿山地质灾害隐 患， 改善矿山地质环境。做好矿山地质环境整治和绿 化工作， 不仅能维护广德县生态环境， 还可以展示安徽 城乡环境和良好形象， 意义重大。本项目主要施工工 艺是危岩清除、 局部削坡、 整平覆土、 修防护网、 养护水 塘等， 辅以覆土绿化和其它措施进行场地的地质灾害 隐患消除和生态环境恢复。 参考文献 [1]李德强.地质灾害危险性评估在矿山生产工程中的应用[J]. 福建建材,2018710-11. [2]刘慧,吴继红.矿山闭坑环境治理思路[J].上海地质,20014 34-37. [3]邹博林， 等.余庆县某矿山地质环境问题评估分析研究[J].自 然科学,201864-7. （上接第27页） 边坡治理施工是一项风险性较大的工作， 在整个施工 过程中进行全过程实时监测， 实行常态网络化管理， 对 指导开挖施工确保安全是很有必要的， 建议做如下的 监测 （1） 施工时指派专人对边坡开展巡查监测工作， 发 现异常情况应及时停工， 立即安排施工人员撤离， 并向 有关单位上报。 （2） 应特别加强雨天和雨后监测， 加强对地表沉 降、 边坡侧移等方面的监测， 对于能危害边坡稳定的水 害来源仔细观测排查。 （3） 施工期间每天有专人收听气象预报， 提早做好 预防大暴雨等恶劣天气的准备。 8结束语 综上所述， 随着国家经济的快速发展， 所需建设的 工程项目逐年增加， 各类边坡问题突出， 社会上引起广 泛持续关注。通过工程实例某厂14号边坡的勘查， 根 据不同的工程地质条件、 水文气候条件、 采取经济合理 的加固设计方案进行防治。其中加筋挡土墙是一种可 以垂直支护边坡， 水泥搅拌桩作为主体支护， 在滑坡项 目设计治理优化之中是十分必要的。确保边坡稳定 性、 安全性、 耐久性， 做到人与自然和谐相处， 投入较低 的成本， 为相似工程提供宝贵的经验。 参考文献 [1]颜昌武,邓安福,高大水.重庆某厂区边坡工程稳定性分析与 综合治理[J].岩 石力学与工程学报,20025693-697. [2]王少伟.长株高速公路边坡稳定安全系数因子分析研究[D]. 长沙理工大学,2008. [3]李家华,胡金芝.软弱土层对边坡稳定的影响[J].科学技术与 工程,2014,1417277-280. [4]韩佳泳.某工程边坡综合评估手段的探讨与研究[J].建筑监 督价,2017,10449-52， 58. [5]贺传仁. 岩质高边坡稳定性分析及综合治理的研究[D].中南 大学,2013. [6]唐亚辉. 库水位升降对某边坡地下水渗流场及稳定性的影 响研究[D].成都理工大学,2016. [7]单玉江.水利工程施工中的安全问题探讨[J].黑龙江科学, 2014,512245. [8]张玉成,杨光华.古滑坡滑带土的力学特性与库水位变化对 其稳定性影响及加固措施[J].岩土力学,2016,37S243-52. 30 ChaoXing