A 市某高层建筑边坡工程支护设计

郝成宝

摘  要：A市某高层建筑边坡支护工程位于广西东南部A市。场地为丘陵坡脚及山间盆地边缘，在地形地貌上属于云开大山北麓东段的丘陵地貌，场地的地势北面高南面低，南面开阔北面临山，山顶高程为197.29m，山脚高程为102.97～103.96m，山顶与山脚高差约93m～95m，自然坡度在24°～52°之间，地段内起伏比较大。工程建设开始后.根据建筑工程的总体规划，根据业主给定的场地总平面图，地下室边线距征地红线2.90～4.50m，以用地红线和地下室边线间按整平标高开挖边坡完成后，北侧山体（2#、3#、5#高层住宅楼）将最终形成坡度约60°～80°，高约8.2～18.2m的高陡边坡。.因此，需要根据相关规范与要求，对边坡进行稳定性计算，对不稳定，欠稳定边坡要进行永久性支护设计，本文叙述的是其中北侧山体（2#、3#、5#高层住宅楼）边坡拟用排桩和锚索进行永久性支护设计与计算的全过程。

关键词：建筑边坡;稳定性分析;永久性支护;排桩;锚固

1引言

近几年，伴随着高层建筑的不断增高，基础也相应的加深，由于基坑开挖所造成的边坡稳定性及其边坡支护安全已经成为了高层建筑施工時不可忽视的重要环节，应当予以高度重视。。

A市某高层建筑边坡场地为丘陵坡脚及山间盆地边缘，地貌上属于云开大山北麓东段的丘陵地貌，在建场地地势北面高南面低，南面开阔北面临山，山顶高程为197.29m，山脚高程为02.97～103.96m，山顶与山脚高差约93m～95m，自然坡度在25°～50°之间。场地开挖边坡坡顶高程为120.77m～138.68m，坡底高程为101.91m～105.07m，最大高差约36.5m，坡度30°～70°之间。边坡岩土层主要由含碎石粉质黏土和粉质黏土等组成。根据业主提供的场地总平面图，地下室边线距征地红线2.90～4.50m，以用地红线和地下室边线间按整平标高开挖边坡完成后，北侧山体（2#、3#、5#高层住宅楼）将最终形成坡度约60°～80°，高约8.2～18.2m的高陡边坡。本边坡属土质边坡，坡高8.2～18.2m，坡度60°～80°，边坡下为2#、3#、5#高层住宅楼，破坏以后后果严重，边坡工程安全等级属一级。因此，对该建筑边坡的安全与稳定性评价工作非常重要。因此有必要针对该建筑边坡支护设计，并提供有效的设计方案。

（4）参考相关规范采用理正建筑边坡护结构设计软件5.6对边坡工程进行设计计算，做出对该边坡的最优支护治理方案;

2项目基本情况

本项目以A市某高层建筑的边坡工程为基础，分析了基坑边坡的工程地质特征，如地层，岩性，地形，水文条件，构造，岩体结构特征等;利用Lizheng软件5.6的边坡稳定性分析模块和相关规范，对提出的边坡稳定性进行分析计算并进行评价。具体技术方案如下：

1.拟建边坡上部以碎石粉质黏土为主（顶部有少量碎石），工程性能一般，自然状态下边坡稳定，无滑坡塌方等地质灾害发生。拟建边坡下部以粉质黏土为主，工程性能一般，但开挖暴露后易崩解，工程性能逐渐变差。

2.拟建边坡勘察范围内无地下水位，碎石粉质黏土，粉质黏土为弱透水和弱含水层，水量贫乏，工程水文地质条件良好，对工程建设影响较小，降雨对边坡的影响主要为表面冲刷。

3.本工程拟建边坡高度超过30米，场地内拟建主要建筑物为住宅大楼，边坡失稳可能造成重大伤亡和财产损失。

根据野外调查和边坡勘察成果，本次计算将边坡面分为4个边坡剖面，采用瑞典条分法，按圆弧滑面进行单个边坡剖面的稳定性计算。瑞典条分法公式见《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）

在稳定性分析的基础上，比较各种支撑方案，选择最合适的支撑设计方案，参考相关规范进行设计计算，制定简单的支撑施工工艺并提出预防措施。详细路线。

2.1 气候条件

拟建地点位于广西东南部的A市。A市城区处于珠江流域西江水系义昌江河段，河流在岑溪境内全长125km，集雨面积1842km2，义昌江岑溪水文站以上集雨面积1152km2，多年平均流量25.73m3/s。拟建场地于义昌江东侧约1.2km，据现场调查访问，该区域10年一遇洪水位98.63米。拟建场地现地面高程为101.91～145.00m，场地整平标高为111.45～120.15m，10年一遇洪水对拟建场地影响较小。

2.2 地形地貌

场地为丘陵坡脚及山间盆地边缘，地貌上属于云开大山北麓东段的丘陵地貌，场地地势北高南低，南面开阔北面临山，山顶高程为197.29m，山脚高程为102.97～103.96m，山顶与山脚高差约93m～95m，自然坡度在25°～50°之间。场地开挖边坡坡顶高程为120.77m～138.68m，坡底高程为101.91m～105.07m，最大高差约36.5m，坡度30°～70°之间。边坡顶上植被茂盛。边坡岩土层主要由含碎石粉质黏土④和粉质黏土⑥等组成。

2.3 地质构造

调查区位于华南地区嘉里东槽褶系统西部，广西型山体东西翼南段经历了多次区域性强烈构造运动。根据《广西壮族自治区地质构造与地震烈度分区图》，《广西通志·地震志》和《中华人民共和国广西壮族自治区地质图》，拟建场地工程区内及其附近的区域性大断裂有北东向的陆川～岑溪断裂带（编号⑦）（见图2-1）。

3边坡设计方案

3.1 边坡支护设计原则

边坡处理的常用措施包括：减缓斜坡，固定，加固，预应力锚固，保护和排水。一方面，这些措施不是孤立使用的，通常两种或两种以上的措施一起使用，使斜坡的设计更加稳定和经济：另一方面，边坡处理计划主要取决于项目，水文地质条件，负荷因素，特点，使用要求，原料供应和施工技术条件。

3.2边坡支护总体设计

从经济及技术上综合考虑，在保证边坡安全、施工技术可行、节省造价的前提下，制定最优的支护方案，针对本工程的边界条件，该工程的北侧山体（2#、3#、5#高层住宅楼）段边坡的支护方案具体如下：

根据勘察结果，以及参照野外调查结果，判定边坡開挖完成后存在着潜在滑面的可能性。稳定性分析根据滑坡体厚度、变形特征及滑动方向，选用纵剖面 43-43′、44-44′、45-45′、47-47′对边坡稳定性进行计算。由计算结果第三章（表7）可知，45-45′剖面处稳定性最差，该段边坡在暴雨工况下的稳定性安全系数为0.657<1.00，因此不稳定，需要支护。该段边坡为土质边坡，边坡最大高度25.44m，土层为含碎石粉质黏土，由于本段边坡距离用地红线很近，不具备放坡条件。根据上述的边坡支护形式的试用条件和优劣性，在结合该边坡的实际情况，拟采用的设计方案为;排桩+锚索挂网喷砼支护。

3.3 分项工程设计

3.3.1 锚索工程设计

1、最优锚固角

最优锚固角一般通过技术经济综合分析，按单位长度锚索提供抗滑增量最大时的锚索下倾角为最优锚固角。

另一种方法是从锚索受力最佳来考虑，按以下经验公式计算最优锚固角β：

规范规定锚索设计下倾角为15°～35°。

本设计中取β=20°。

2.确定锚索钢绞线规格

据上表，设计本边坡段采用1×7标准型直径15.2mm、公称抗拉强度1860 M Pa、截面积139 mm2钢绞线，每根钢绞线极限张拉荷载P u为259 KN，屈服张拉荷载P y为220KN。

3、锚索设置位置确定

锚索设计中自由段伸入滑动面长度不应小于1m，本工程一般取为1.6m，满足要求。锚索布置在滑坡前缘。

4、锚索间距及设计锚固力的确定

采用预应力锚索治理滑坡时，锚索提供的作用力主要有沿滑动面产生的抗滑力，及锚索在滑动面产生的法向阻力，对加固厚度较大的土质边坡，锚索在滑动面产生的法向阻力应进行折减，折减系数λ按0.6考虑。

设计锚固力

=1996.025/[0.6sin（32°+20°）tan9°+cos（32°+20°）]

=2935.33KNm

设计锚索间距3m，设计7排预应力锚索，每孔锚索设计锚固力为：

Pt1=3x2935.33/7=1258KN

根据每孔锚索设计锚固力Pt和所选用的钢绞线强度，计算整治每延米滑坡每孔所需锚索钢绞线的根数n，取安全系数Fs1=1.8，则 =1.8x1258/259=8.7根，为安全起见，该处单孔锚索钢绞线取9根。

5、锚固体设计计算

设计采用锚索钻孔直径dh=0.13 m，单根钢绞线直径d=0.0152 m;注浆材料用M35水泥砂浆，锚索张拉钢材与水泥砂浆的极限黏结应力τ u=3400 k Pa（查表M35水泥砂浆与螺纹钢筋、钢绞线之间粘结强度设计值τ u=3400）;锚索锚固段置于弱风化的较软岩中，锚孔壁对砂浆的极限剪切应力τ=900 K Pa（查表得：岩石属于较软岩，在760～1200KPa间取值）。锚索锚固段设计为枣核状，锚固体设计安全系数Fs2=2.6。

（1）按水泥砂浆与锚索张拉钢材黏结强度锚固段长度lsa

=2.6x1258/（9x3.14x0.0152x3400）=2.7m

（2）按锚固体与孔壁的抗剪强度确定锚固段长度la

=2.6x1258/（3.14x0.13x900）=8.9m

锚索的锚固段长度采用lsa和la中的最大值8.9m，规范规定土层锚杆的锚固段长度不应小于4 m，且不宜大于10m（对预应力锚索），所以根据规范要求取为8m

3.3.2 挂网喷砼护坡设计

1.网片采用φ6.5（Ⅰ级圆钢），间距为200 mm×200 mm，网片外侧设置水平及垂直交叉Φ14加强钢筋（Ⅱ级螺纹钢）。

2.φ6.5钢筋网片采用扎丝绑扎或点焊连接，Φ14加强钢筋与锚杆采用焊接连接。

3.相邻钢筋网片搭接长度不小于300mm

4.面层混凝土设计强度等级C25，设计厚度120mm。

5.面层沿边坡纵向隔30m设置一条变形缝，缝宽20mm，木质沥青填塞

6.砼配合比：水：水泥：中砂：细石=0.5：1：2.0：2.5，早强剂掺量为水泥用量的2-5%。配合比以现场试验最终确定

7.细石粒径宜为5～10 mm，砂采用中粗砂，干混合料随拌随用

3.3.3 排桩支护设计

（1）排桩支护设计数据：嵌固点以上高15米，嵌入深度10米，截面形状为圆形，直径2.0米，中心距5.0米。砼强度等级C30，纵筋级别HRB400，箍筋级别HRB335，排桩纵筋直径25mm，钢筋保护层厚度35mm。排桩间采用挂网喷射混凝土护面。

（2）锚杆（索）设计数据：锚杆（索）道数为两道，竖向间距2.0-2.5米，入射角15度，自由段长度18.0米，锚固段长度5.0米，锚固体直径400mm。

（3）排桩式锚杆挡墙设计计算：采用理正岩土建筑边坡挡土墙设计软件计算，设计计算简图、相关设计参数，设计计算结果见软件计算书。

结论

本次设计方案以提高边坡稳定性、确保工程建筑安全、降低工程造价为目的。治理方案以“清理、支挡、坡面防护、恢复排水”等措施为主，采用锚索抗滑，支护护坡，排桩支护，增设排水系统，形成“挡、护、排”综合治理方案。

（1）边坡支护设计的边界条件有很多影响因素。例如，施工季节期间的地表水，地下水和周围负荷可能会改变地质条件。因此，需要对边界条件进行长期观测。

（2）当地质条件和设计边界条件存在异常情况时，及时向监理，设计和业主单位报告，并做出相应的设计变更和修改。

（3）施工单位应对高边坡进行专项施工方案和安全应急预案，确保施工质量和安全。

（4）应不时拆除拦截沟内的污泥，以免妨碍排水设施正常运作。

（5）斜坡内应设置有效的排水系统和排水孔。

（6）坡度为永久坡度，监测时间至少为3年，并制作监测报告。

参考文献

[1]郑素苹.滑坡稳定性评价及治理研究.黑龙江工业学院学报：综合版 （2018）.

[2]杨平，颜川雄，谭慧，坡顶均布荷载作用下高边坡稳定特征分析[J].昆明冶金高等专科学校学报， 2016，

[3]陈永发.周宁县某高边坡稳定性分析及支护设计研究[J].福建建设科技，2017

[4]杨仕升，何声，蒙雷.广西岩溶区地震地质灾害及工程场地处理[J].地震工程学报， 2014（4）.