关于存在高压铁塔的高边坡土体分析和计算

李仁武

(中国华西工程设计建设有限公司长沙分公司，湖南 长沙 410000)

1 项目概述

本次用工程实例对高边坡上有铁塔的抗滑桩进行分析计算，拟建场地位于长沙市雨花区红旗路(战备路-绕城高速)K0+480右侧山坡，原始地貌单元为剥蚀残丘，现场地高低不平。榔边线(220V)新建铁塔P7G#(塔基已完成)位于红旗路路基开挖边坡范围内，路基开挖对坡顶高压电塔产生潜在威胁，为保障坡顶高压电塔的安全，进行本次边坡支护设计。

边坡设计为永久支护，安全等级为一级，重要性系数γ0=1.1，设计使用年限为50年。

2 工程地质

根据野外钻探，场地内分布的地层主要有人工填土层、耕土、第四系全新统冲积层、第四系下更新统冲积层及坡积层，下伏基岩为白垩系(K)泥质粉砂岩。结合各种试验结果，场地内埋藏地层自上而下依次为：种植土、粉质黏土、强风化泥质粉砂岩(Ⅴ类)和中风化泥质粉砂岩(Ⅴ类)。抗滑桩墙后主要所在土层为强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。

原始地貌为浏阳河冲积阶地，地形上为低山缓坡，场地内及周边除切方后将形成边坡外，无活动断裂、滑坡、泥石流、采空区、地面沉降、危岩、崩塌及可液化地层等等影响场地稳定性的不良地质作用。

根据现状边坡高度、岩土工程条件，边坡特征分析评价及建议措施。

岩土条件分析：现状条件下电塔基础顶面高程约为66.50 m，电塔下方拟建道路设计标高约为47.50 m左右，由于道路施工开挖坡脚地段将在电塔下方产生人工边坡，边坡高度约为20 m，道路右边线距电塔距离约为20 m。边坡类型为岩土复合边坡，边坡工程等级为一级。该段设计路面标高以上需切方的地层主要有：人工填土①1、种植土②、粉质黏土⑥、粉质黏土⑧及强风化泥质粉砂岩⑨、中风化泥质粉砂岩⑩。坡面倾向约80°，岩石产状352°∠12°，J1：140°∠85°，J2:60°∠80°。

建议措施：根据边坡体岩土条件，人工边坡施工开挖及运行期间存在浅层界面滑动、岩层的楔体滑动及岩石崩落等可能，规模大，并且将影响电塔的正常使用及安全。当具备放坡条件时，可采用台阶式(分级8 m)放坡，边坡坡比允许值应通过稳定性计算分析确定，浆砌片石护面或骨架/格构植草护面；坡顶设截水沟，坡脚设排水沟。坡面适当防护，必要时对坡体进行注浆加固，并加强防排水措施及作好绿化恢复工作。当不具备放坡条件时建议可采用抗滑桩式锚索挡墙或岩石锚喷支护，并加强防排水措施，坡顶设截水沟，坡脚设排水沟。浆砌片石护面或骨架/格构植草护面。

3 结构设计

支护主要为保证高压铁塔的安全运营，支护范围为K0+439～K0+527共计88 m。采用桩径2 m×3 m，桩间距5 m和6 m的人工挖孔桩。桩长13～23 m；并在铁塔范围内的7根桩基设置2排锚索。其余桩基不设置锚索。受铁塔位置及支护高度影响，为最大化节省工程造价，桩基上第一级边坡坡率在铁塔处为1∶1.25，往两侧渐变至1∶1.75。并采用人字骨架防护。第二级和第三级边坡均采用1∶1.75，采用植草防护。每级平台之间均设置2 m宽平台。

桩基上预应力锚索采用直径15.2 mm、标准抗拉强度为1 860 MPa的高强度、低松弛的普通预应力钢绞线制作。锚索体采用5束钢绞线，锚索钻孔为直径φ150 mm，如图1。

铁塔基础为底直径3 m掏挖基础，分4个呈正方形布置，角距11.6 m，基础埋深约6 m。铁塔荷载取单个基础200 KPa均布荷载计算，并等效为等厚土重3 m计算。

4 抗滑桩结构计算

抗滑桩结构计算采用理正岩土6.5PB2抗滑桩计算模块进行计算。选用K0+483作为控制性断面。

(1)根据地勘报告对电塔处边坡的分析评价，坡面倾向约80°，岩石产状352°∠12°，J1：140°∠85°，J2:60°∠80°。岩石产状的倾向与路线前进方向基本平行，即岩石产状对开挖坡面不利影响较低。但要考虑J1，J2结构面的不利影响。

(2)计算过程

①参照《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)3.7条，对抗滑桩边坡稳定安全性系数正常工况取1.3，暴雨工况取1.2。岩土的内摩擦角和粘聚力在暴雨工况下均折减0.8。

②考虑到桩板墙后挡土大部分为岩层，土质较好，故软件计算时先自动搜索最不利滑动面出口，经计算出口在粉质黏土层；岩层滑动面按岩层直线破裂角计算。综合岩层和计算出的滑动面，计算出下滑力。

③根据计算的下滑力值，对抗滑桩进行计算，得出抗滑桩的最大弯矩和剪力值，进行配筋验算。

(3)根据地勘报告，场区地震基本烈度为6°，设计基本地震动峰值加速度为0.05 g。根据《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013第5.2.5条规定，边坡计算可不考虑地震作用。

(4)计算采用通用方法，安全系数计算，滑裂面按圆弧滑动法计算。剩余下滑计算采用扩大自重下滑力(KT模型)。

(5)计算思路为先按常规计算其最不利滑动面，再综合岩层破裂特性综合分析实际滑动面和下滑力，计算出抗滑桩在工程使用期间内的实际受力情况。

5 计算结果

图1 计算滑动面(自动搜索出口：正常工况)

图2 计算滑动面(自动搜索出口：暴雨工况)

图3 剩余下滑力计算(情况1)

图4 剩余下滑力计算(情况2)

计算结果汇总如表1，表2。

表1 计算结果汇总表

表2 计算结果汇总表

6 结 论

(1)经计算，在不设置抗滑桩情况下，边坡安全系数最小为0.874，故需对边坡进行支挡设计。

(2)边坡为永久边坡，情况2为理想状态下边坡的情况，但在实际使用过程中，土体结构应更符合情况1。故采用情况1的结果进行后续抗滑桩计算。

(3)本工程实例对边坡控制要求较高的工程提供了一定的参考。