馮 武 女

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006)

關(guān)于高填土的邊坡治理設(shè)計(jì)說明

馮 武 女1,2

(1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024； 2.山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006)

分析了山西陽曲燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)工程的水文地質(zhì)條件，對(duì)高填土邊坡治理方案進(jìn)行了計(jì)算分析，制定了相應(yīng)的施工方法，并總結(jié)了關(guān)于復(fù)雜高填土方面的邊坡治理方式，分析了各方式的優(yōu)缺點(diǎn)，為類似工程提供借鑒。

高填土，邊坡治理，片石擋墻，扶壁式擋墻

1 工程概況

山西陽曲燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)工程為2臺(tái)F級(jí)燃機(jī)組成的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，廠址位于陽曲縣境內(nèi)。

擬建場地所處地貌單元為黃土低山丘陵區(qū)黃土斜坡地貌。廠區(qū)地勢總體上較平緩，中部略高于東、西側(cè)，由于場地由原電廠老廠區(qū)南部和廠區(qū)西部的煤矸石堆組成，兩處場地間的局部地段為黃土沖溝，溝谷深30 m左右(相應(yīng)最低標(biāo)高914 m左右)，整體上地面標(biāo)高一般945.0 m～947.0 m。

該場地西側(cè)原為煤矸石堆積邊坡，自燃現(xiàn)象嚴(yán)重，滅火加固時(shí)，在煤矸石邊坡周圍采用分層碾壓素土封閉矸石山，回填方量約11萬m3，在該場地北側(cè)形成了高約29 m的人工高邊坡。坡底現(xiàn)分布有杏溝村居民住宅區(qū)，窯洞和臨建。為了坡下人員安全和環(huán)保特殊要求，需對(duì)該高填土邊坡進(jìn)行勘察和支護(hù)治理設(shè)計(jì)。

該地段所處地貌單元為黃土低山丘陵區(qū)黃土斜坡地貌。地勢總體上較平緩，中部略高于東、西兩側(cè)，場區(qū)西南部場地由煤矸石堆積組成，該地段與東山電廠現(xiàn)廠址之間地段為黃土沖溝，溝谷深30 m左右(相應(yīng)最低標(biāo)高914 m左右)，溝頂部地面標(biāo)高945.0 m～947.0 m。

該人工高填土邊坡位于黃土沖溝內(nèi)，呈“U”形，沖溝走向?yàn)闁|南—西北，其西側(cè)為低矮的黃土梁，北側(cè)為東山礦儲(chǔ)煤場場地。

陽曲縣地處山西省中部太原盆地北端，屬北暖溫帶重半干旱氣候，季風(fēng)環(huán)流交替明顯，冬半年(11月～次年3月)受西伯利亞冷空氣控制，盛行偏北氣流，寒冷、干燥；夏半年(4月～10月)受南來的太平洋副熱帶高壓侵入，盛行偏南氣流，溫高濕重。氣候年際變化大，境內(nèi)多雨年雨量曾達(dá)749 mm，少雨年僅有180 mm。無霜期最長年份202 d，最短年份僅117 d。氣溫年平均7.8 ℃～10.3 ℃，最熱年可達(dá)9 ℃～11 ℃，最冷年只有7 ℃～9 ℃。全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)，冬季多西北風(fēng)。

每年7月～8月是降水高峰期，降水量占全年總量的60%以上。年平均降水量459.5 mm，日最大降水量183.5 mm，年平均蒸發(fā)量約800 mm。最大凍深77 cm。

2 高填土邊坡現(xiàn)狀調(diào)查

該高填土邊坡第二次回填時(shí)間為2014年3月底～7月中旬，施工時(shí)經(jīng)機(jī)械簡單碾壓，填料包括粉土、粉質(zhì)粘土、部分建筑垃圾和矸石等，形成了邊坡頂部寬度約110 m，底部寬65 m，坡高為27 m～44 m，邊坡坡度為1∶1.5左右。坡面為自然堆積，靠近坡面部位極為松散，可見塊石、建筑垃圾等。坡底西側(cè)有一排民居窯洞，西北側(cè)有臨時(shí)住房。

3 邊坡地層情況

在該邊坡范圍內(nèi)，垂直于邊坡方向布置了4條勘探線，通過野外鉆探，查明了該邊坡范圍地層分布情況，坡頂處的鉆孔揭露地層為人工填土、第四紀(jì)更新世地層及沉積巖；坡底處的探井揭露地層主要為第四紀(jì)上更新世地層。

④泥巖(P)：褐黃～紫紅色，砂質(zhì)泥巖，強(qiáng)風(fēng)化狀，巖芯呈短柱狀，較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

3.1 地下水

場區(qū)內(nèi)鉆孔未揭露地下水，但大氣降水、場地排水的暢通情況對(duì)“填土邊坡的穩(wěn)定性”影響較大，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的重視。

3.2 土體的抗剪強(qiáng)度

對(duì)填土邊坡內(nèi)采取的土樣(粉土和粉質(zhì)粘土)進(jìn)行直剪試驗(yàn)得出，其抗剪強(qiáng)度參數(shù)離散性較大，取其最小平均值為c=22.5，φ=20.0°。

鑒于該高填土邊坡物質(zhì)組成極不均勻，主要成分有粉土、粉質(zhì)粘土、碎石、建筑垃圾等，雖經(jīng)機(jī)械簡單碾壓，但壓實(shí)系數(shù)難以保證，邊坡現(xiàn)狀坡度約為34°，根據(jù)坡體自然穩(wěn)定狀態(tài)，取安全系數(shù)為1.0，通過軟件反算得出天然狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為c=10，φ=28°。飽和狀態(tài)下進(jìn)行折減75%計(jì)算，故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和反演計(jì)算綜合進(jìn)行取值，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值見表1。

表1 巖土的物理力學(xué)性質(zhì)

4 高填土邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡工程安全等級(jí)

該高填土邊坡高度約27 m～33 m，高度大于15 m，屬于土質(zhì)邊坡；坡底有民房，窯洞，破壞后果很嚴(yán)重，根據(jù)GB 50330-2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范表3.2.1及表5.3.1確定，該高填土邊坡安全等級(jí)定為一級(jí)，且屬永久性邊坡，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取1.30驗(yàn)算。

4.2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

理正軟件計(jì)算:

根據(jù)地質(zhì)剖面建立邊坡的二維模型，采用理正軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，分別計(jì)算了兩種工況：工況一自然狀態(tài)(僅考慮巖土體自重)；工況二暴雨?duì)顟B(tài)(考慮巖土體飽和)。兩種工況均考慮地震作用。

穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明：高填土邊坡在自然狀態(tài)下，安全系數(shù)為1.190，小于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.30，邊坡處于極限平衡狀態(tài)；在暴雨?duì)顟B(tài)下，土體達(dá)到飽和，抗剪強(qiáng)度降低的情況下，其安全系數(shù)為0.836，邊坡處于失穩(wěn)狀態(tài)。

5 治理方案

5.1 設(shè)計(jì)原則和思路

建議首先完善坡頂、坡面、坡腳等處防、排水系統(tǒng)，防止大氣降水沖刷邊坡、灌入邊坡體內(nèi)或軟化坡腳。同時(shí)邊坡剪應(yīng)力增量主要集中在坡腳處，變形主要集中在坡腳至邊坡高度一半處，應(yīng)針對(duì)邊坡的這些薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)處理，這也符合邊坡治理設(shè)計(jì)中遵循的“強(qiáng)腰固腳”原則。

本次設(shè)計(jì)思路為坡面采用錯(cuò)臺(tái)放坡處理，坡率為1∶1.50，坡腳處設(shè)置樁板擋墻及扶壁式擋墻等剛性結(jié)構(gòu)對(duì)坡腳進(jìn)行加強(qiáng)處理。坡面防護(hù)采用空心磚鋪設(shè)護(hù)面，空心磚內(nèi)植草綠化。

5.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)地形圖，根據(jù)邊坡高度的變化，在坡腳處采用樁板擋墻和扶壁式擋墻進(jìn)行“固腳”設(shè)計(jì)，坡面采用1∶1.5坡率放坡，中間設(shè)置平臺(tái)。

第一平臺(tái)標(biāo)高923.00 m，第二平臺(tái)標(biāo)高931.00 m，第三平臺(tái)標(biāo)高937.0 m，坡頂標(biāo)高944.0 m，平臺(tái)寬度5 m～3.0 m。

1)AB段抗滑樁設(shè)計(jì)。

樁板擋墻設(shè)計(jì)段為AB段，該段長度約16.0 m，坡底標(biāo)高為912.0 m，第一平臺(tái)高度為923.0 m，相差11.0 m，該段采用1.0 m×1.5 m方樁，間距2.5 m，樁頂設(shè)置冠梁?？够瑯稇冶?1.0 m，嵌巖段約11.0 m，樁身懸臂段設(shè)計(jì)兩道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長度30.0 m，樁與樁之間設(shè)計(jì)混凝土板支擋。

2)BC段扶壁式擋墻設(shè)計(jì)。

該地段坡底標(biāo)高為917.0 m，距離第一平臺(tái)(923.0 m)高差為6.0 m，該段設(shè)計(jì)采用扶壁式擋墻，長度約46.0 m，高度為6.0 m。該段地基土為粉土，承載力較低，故扶壁式擋墻底板基礎(chǔ)采用樁基處理，設(shè)計(jì)2排樁，三角形布置，樁徑1.2 m，橫向間距4.0 m，排間距3.0 m，樁長以樁端進(jìn)入基巖不少于4.0 m為控制原則。

3)CD段抗滑樁設(shè)計(jì)。

該段位于場地西北側(cè)黃土梁附近，填土邊坡底距離窯洞不足12.0 m，為了保護(hù)黃土梁西北方向的老百姓黃土窯洞的穩(wěn)定，該段設(shè)計(jì)2排抗滑樁處理，樁徑1.2 m，間距2.5 m，樁頂采用冠梁連接，每兩根抗滑樁進(jìn)行連接組成“門式”結(jié)構(gòu)共同抵抗填土邊坡對(duì)黃土梁產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力，以保護(hù)窯洞的安全使用。

4)DE段片石擋墻設(shè)計(jì)。

對(duì)DE段采用漿砌片石擋土墻，擋墻總高度3.0 m，砌體材料采用耐風(fēng)化且新鮮的砂巖、灰?guī)r，其強(qiáng)度為MU30，砌體水泥砂漿標(biāo)號(hào)為M7.5。片石砌體灰縫均設(shè)凸縫，每15 m設(shè)一道伸縮縫，變形縫寬度20 mm，內(nèi)塞瀝青木板。在墻體上設(shè)PVC(直徑100 mm)泄水孔。泄水孔的水平間距2.0 m，豎向間距1.0 m。

5)坡面防護(hù)設(shè)計(jì)。

本次設(shè)計(jì)坡面防護(hù)響應(yīng)綠色環(huán)保邊坡設(shè)計(jì)原則，坡面坡率為1∶1.50，坡面首先進(jìn)行整平、壓實(shí)后，整個(gè)坡面均采用空心磚鋪設(shè)，并在空心磚內(nèi)植草綠化，平臺(tái)處采用漿砌片石護(hù)面，并在平臺(tái)上植樹綠化。

6)防、排水設(shè)計(jì)。

本次設(shè)計(jì)邊坡頂部、平臺(tái)處均設(shè)有截水溝，采用素混凝土材料，截面尺寸500 mm×450 mm，坡底采用片石截水溝，截水溝斷面為1 200 mm×850 mm。局部地段設(shè)置鋼筋混凝土跌水溝。

總之，保證坡外大氣降水不流進(jìn)邊坡體內(nèi)，保證坡面有序排水。

5.3 設(shè)計(jì)后邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

坡面分級(jí)驗(yàn)算：

按設(shè)計(jì)坡率1∶1.5放坡、錯(cuò)臺(tái)后，對(duì)每一級(jí)坡面進(jìn)行檢算，然后對(duì)扶壁式擋墻施工臨時(shí)形成的坡面及扶壁式擋墻進(jìn)行了整體驗(yàn)算，其抗滑移、抗傾覆驗(yàn)算均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 施工管理

邊坡治理工程的施工不同于一般工程的施工，有其特殊性和突發(fā)性，在施工工藝、施工順序等環(huán)節(jié)安排不當(dāng)，就可能導(dǎo)致邊坡滑塌、片幫等土體的失穩(wěn)，極易造成人員傷亡事故。因此，該邊坡的施工要具有更詳細(xì)、更嚴(yán)密的施工組織設(shè)計(jì)，更嚴(yán)格的施工措施和科學(xué)的施工方法。該邊坡治理工程施工要求如下：

1)貫徹“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工”原則。

應(yīng)掌握施工現(xiàn)場的地質(zhì)情況、施工情況和變形情況、應(yīng)力監(jiān)測的反饋信息，必要時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)做校核、修改和補(bǔ)充。

2)施工變形監(jiān)測。

邊坡治理施工階段應(yīng)對(duì)施工段的坡體加強(qiáng)監(jiān)測變形觀測，并對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形監(jiān)測。

坡頂或坡面的位移觀測主要是為了了解坡體地表水平位移和沉降情況，應(yīng)用設(shè)置地面觀測網(wǎng)的方法進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)有關(guān)規(guī)范和本邊坡的安全設(shè)防要求，本邊坡的變形監(jiān)測等級(jí)應(yīng)選定為二級(jí)，控制網(wǎng)的布設(shè)按JGJ 8-2007建筑變形測量規(guī)程第三、四章確定，監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括施工過程中邊坡坡面水平位移和豎向位移；竣工后一個(gè)自然年邊坡坡面水平位移和豎向位移。

應(yīng)根據(jù)JGJ 8-2007建筑變形測量規(guī)程中的有關(guān)規(guī)定選擇測量儀器及施測方法。水平位移采用精度不低于DJ2經(jīng)緯儀的設(shè)備觀測，豎向位移采用不低于DS1級(jí)水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測。

根據(jù)實(shí)際測量數(shù)據(jù)對(duì)邊坡工程作出險(xiǎn)情預(yù)報(bào)，本邊坡工程變形報(bào)警值如下：累計(jì)邊坡水平位移大于50 mm(或大于邊坡高度0.2%)，或連續(xù)3 d水平位移速率達(dá)到2 mm/d；豎向位移達(dá)到50 mm，連續(xù)3 d沉降速率達(dá)到1 mm/d。

位移觀測工作結(jié)束后及時(shí)整理和檢查外業(yè)觀測數(shù)據(jù)，并提供水平位移成果表、垂直位移成果表、位移速率、時(shí)間、位移量曲線；并分析對(duì)邊坡穩(wěn)定性的技術(shù)影響。

3)完善的施工組織設(shè)計(jì)。

施工之前應(yīng)充分了解邊坡的性質(zhì)、規(guī)模、狀態(tài)及設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況編制詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì)，尤其是雨季施工，以確保施工期間邊坡的穩(wěn)定性。

4)施工順序和方法。

邊坡坡面施工順序?yàn)閺纳现料路旨?jí)進(jìn)行。上一個(gè)坡面施工完再進(jìn)行下一個(gè)坡面的施工。

AB段抗滑樁的施工應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行，采用人工方式成孔，做好護(hù)壁等安全措施。成孔后立即灌注，及時(shí)增加支撐力。

施工到坡底三級(jí)平臺(tái)時(shí)，首先應(yīng)開挖扶壁式擋墻施工場地，并且保證臨時(shí)邊坡的穩(wěn)定性，在進(jìn)行樁基礎(chǔ)和扶壁式擋墻的施工完畢后，按設(shè)計(jì)回填至邊坡高度。

最后再做防排水設(shè)施，修砌坡頂、平臺(tái)、坡腳等截水溝。

[1] 王瑞剛.降雨作用下高填土質(zhì)路堤邊坡的滲流穩(wěn)定分析[J].中國公路學(xué)報(bào)，2009(13)：76-78.

[2] 張從明.公路邊坡治理措施及安全評(píng)價(jià)方法[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3] JGJ 106-2003,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 交通部公路科學(xué)研究所.天津—塘沽地區(qū)軟土的公路工程特性及硬殼層的利用(研究報(bào)告)[R].1985.

[5] 龔曉南.復(fù)合地基[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1992.

[6] 張劍鋒，童祤湘.巖土工程勘察設(shè)計(jì)手冊[M].北京：水利電力出版社，1992.

[7] 李永紅.邊坡處理的方案優(yōu)化和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與研究[J].山西建筑，2013，39(9)：49-50.

On high-filling slope treatment design

FENG Wu-nv1,2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China; 2.ShanxiCoalConstructionInspectionCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper analyzes the hydrological conditions of Yangqu gas-fire cogeneration project of Shanxi, calculates and analyzes the high-filling slope treatment scheme, makes respective construction methods, sums up slope treatment approaches on the complicated high-filling soil, and analyzes advantages and disadvantages of those approaches, so as to provide some reference for similar projects.

high-filling soil, slope treatment, flag retaining wall, buttressed retaining wall

1009-6825(2014)30-0078-03

2014-08-16

馮武女(1985- )，女，在讀工程碩士，助理工程師

TU413.62

A