水泥厂山坡地边坡防护及结构加固设计

宣奇辰

摘要：本文笔者结合某水泥厂典型边坡实例，对其边坡防护和结构加固设计进行详细分析，可供参考。

关键词：山坡地；边坡防护；加固设计

一、 水泥厂山坡地边坡特征

水泥厂因运行过程排放的污染物对环境危害较大，因此厂址通常选择在山区丘陵一带。当水泥厂建于山区时，需要对山顶地带进行削山处理，保证山顶平坦适于建厂，在丘陵一带需要填充土石方，对丘陵进行整平处理。因水泥厂建设地势复杂多变，因此，对于水泥厂建设的边坡处理需要重点关注一下环节：

（1）边坡常有运输车辆或行人经过，流动量大，因此，需要确保边坡坚固可靠，提高车辆和行人安全性。

（2）因建设场地地势多变，在建设过程中根据对工艺需要、地形条件等因素的综合分析，选择边坡坡度。

（3）当水泥厂建于山顶，需要运输机输送物料的情况下，水泥厂应严格把握边坡位移，防止因位移导致运输机传送带受力不均而断裂。

（4）当水泥厂建设区域内土质特殊的情况下，应考虑土质对边坡建设的影响，对边坡做好维护工作。

二、边坡防护与结构加固设计

1 区域土质膨胀下的边坡设计

某新建水泥厂选址于丘陵地带，地势复杂高程多变，将场地整平需要消耗大量人力物力。因此，选择梯形平台进行水泥厂建设，将原场地整平成几个大的梯形平台，水泥厂建于平台之上，各平台边坡高度在10米左右，选择半挖半填节省土石方用量。

与此同时，在水泥厂选址的西南部预留出两块空地，作为二期建设用地，用于石灰石调匀场地，为水泥生产原料做预处理准备工作。该调匀场选址处有两座小山，同时选址处位于山坡下坡位置，整平过程可将两座小山做削减，利用挖土回填的原理将土石方填补到下坡处。在挖土石方过程中所形成的两段挖方边坡，分别标记为A区和B区，本文仅对A区进行论述，B区内容可以参见A区。

1.1工程地质条件

根据本工程地质情况，该场地地层从上至下依次为：

（1）人工填积素填土（Q ）：褐黄色灰白色，主要由黏性土组成。呈稍湿、松散～稍密状态。

（2）第四系残积+坡积（Qa）黏土，上部棕褐色，下部褐黄色，含少量铁锰结核及氧化物。呈稍湿、硬塑状态，为中等胀缩土 （在高边坡处，此层未发现有膨胀性）。

（3）强风化泥岩浅灰色～灰色，主要矿物成分为水云母、蒙脱石等黏土矿物，岩芯呈柱状，为强胀缩土。

（4）中风化泥岩：灰色，主要矿物成分为水云母、蒙脱石等黏土矿物。岩芯呈长柱状，较完整。

（5）强风化砂岩：褐灰色～灰绿色，主要矿物成分为石英、长石、云母等，岩芯呈柱状。

1.2水文地质条件

边坡场地内主要为上部滞水和基岩裂隙水.勘察范围内未见稳定的地下水，可不考虑地下水的影响。

1.3设计理念

在定性分析的基础上，结合定量计算，对此膨胀土边坡采用差别化治理措施。（1）对于高度较小的五级六段人工边坡，在厂区条件许可的情况下，尽量放缓坡率，采用先进的柔性支挡设计理念，坚持“封闭包盖、保湿防渗、以柔治胀”的技术理念。成功的膨胀土边坡防护措施应是能有效保持边坡土体天然含水量的稳定，保持边坡土体足够的抗剪强度，且防护措施应能适应膨胀土边坡所产生的变形而不至于破坏。（2）对于高度较大的石灰石预均化堆场边坡.采用深层锚固和坡面浅层加固综合防治，确保边坡结构稳定。深层锚固目的是将有滑动趋势的滑动体整体锚固于深层稳定土体中.浅层加固主要是将表面松散结构固结，锚固技术具有较大延性，既能顺应膨胀土的胀缩变形。又由于其锚固作用，限制边坡的最大位移，与膨胀土具有良好的耦合协调。

1.4加固前稳定性验算

计算时取A区典型断面，坡体单位宽度1m。计算后断面在天然工况下的最小稳定安全系数为1.178.在暴雨工况下的安全系数为0.951。边坡稳定安全系数小于规范要求，需要进行加固设计。由

于边坡在开挖前处于稳定状态，因此取剩余下滑力与土压力两者的最大值作为设计荷载。经计算比较后.剩余下滑力大于土压力，在暴雨工况下，安全系数取 1.10.最大剩余下滑力达到574kN/m。

1.5边坡防护与结构加固设计

（1）对于高度较小的五级六段人工边坡.借鉴国内外膨胀土边坡防护的成功经验，在本工程膨胀土边坡防护中采用了土工膜+方格型截水骨架的防护措施，并辅以边坡外部的排水设置通过土工膜的铺设，隔绝坡面、坡顶雨水的人渗，防止雨水入渗而引起的边坡土体天然含水量变化：使膨胀土表面大气影响区内的土体保持相对的稳定，防止土体风化而产生裂隙.导致强度的衰减。坡面铺设土工膜前，在边坡表面挖骨架槽，并将土工膜嵌到槽内，然后浇筑浆砌片石，并在相应的骨架部位上砌排水沟槽，整体上就形成了膨胀土边坡的里外排水系统。

同时，浆砌片石骨架将对坡面的冲刷分成了若干小格.形成“格室”效应.每一骨架内的水流在该范围内通过相应的排水沟槽排走消散。由于骨架的存在，将膨胀土边坡表层分为若干小格，削弱了坡面的整体膨胀性，进一步提高边坡的稳定性。浆砌片石骨架砌好后，在每一骨架内覆土种植草皮，一方面可以防止土工膜受大气影响产生老化，另一方面通过表面覆植好土.可缓解膨胀土超固结性对边坡开挖的影响。

（2）对于高度较大的石灰石预均化堆场边坡。参考在当地膨胀土边坡支护使用效果良好的锚固技术。采用格构框架+深层支护锚索及浅层支護锚杆.框架内植草，可利用强劲的植物根系固土.缓解气候和水对膨胀土的影响.使边坡土体含水量相对稳定，避免土体因反复的干湿作用造成的强度衰减 。

该厂区边坡经历一个雨季多场暴雨的考验，边坡稳定且生态效果良好，证明边坡防护是成功的。

1.6锚索设计

目前市面上锚索种类较多，本文只针对压力分散型锚索进行阐述。该类型锚索具有分散加载在锚索上的压力的功能，在建设区域内土质较软的条件下应用较多。结合水泥厂选址自然环境状态，本设计选用压力分散型锚索进行安装操作。选用承载力为200kN的锚索连接各钢筋混凝土结构。

1.7锚拉桩结构设计

（1）在水泥厂中，物料堆棚常采用高站台低货位方式，可在保证储量的同时减少占地面积。此车间正好位于边坡坡脚前缘.高站台低货位的存在削弱了桩前土体所能提供的锚固力，加大了边坡治理难度。一

般站台高差在7m～8m，高差段的支护往往采用扶壁式挡土墙与物料堆棚结构一起设计减去墙踵板的宽度。以及考虑土体在挡土墙施工前形成约45。的破裂面.最终构成底宽约18m的梯形被动土压力区，其将作用于抗滑桩前，提供抗滑力。锚拉桩所受力为：

1）桩后水平推力： ， 仅为滑裂面的水平倾角。

2）桩前被动土压力（抗力）： 。

3）锚固段地层提供的抗力：将锚固段作为弹性地基梁计算。

（2）作为主体抗滑结构，在边坡下部设置一排直径61.6米圆形C30预应力锚索抗滑桩（由于边坡所在地区严禁使用人工挖孔桩，因此设计为施工较为方便的圆形机械成孔灌注桩），中心距3.2m.桩长215m.桩顶设一束承载力200kN的预应力。压力分散型锚索，且用连梁联结，提高其整体刚度。

三、结论

综上所述，本文得出以下三个结论：

（1）水泥厂多建设在山丘上，为建设增加了困难性。因此，在建设过程中应对区域地势地貌进行充分了解，注意坡度、坡脚对厂房建设的限制，对地势低洼处可考虑挖补回填的方式以节省土石方用量，在建设过程中注意边坡位移对传输机的影响、厂区车间紧邻坡脚的建设要点等内容。

（2）膨胀土因土质松软，建设水泥厂应采用刚性支护，防止厂房下陷影响正常工作运行，在建设初期，应对土壤性质进行详细分析，根据不同土质选择相对应的设计方案。

（3）当覆盖层厚度较大时，因压力分散型锚索和锚拉桩联合使用的新型结构具有更高的固定效果，因此被更广泛的采用。