劉興遠(yuǎn)

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400015）

0 前言

隨地形地貌等地質(zhì)環(huán)境的變化在山區(qū)存在著不同性質(zhì)的邊坡，特別是在山區(qū)城鎮(zhèn)住房建設(shè)過(guò)程中將遇到各類市政和建筑邊坡。對(duì)市政、建筑邊坡的治理和防護(hù)有多種處理方法[1-2]，坡率法是一種比較經(jīng)濟(jì)、施工方便的邊坡治理方法，當(dāng)有放坡條件、地質(zhì)條件不復(fù)雜的場(chǎng)地宜優(yōu)先采用坡率法。坡率法的含義是當(dāng)工程場(chǎng)地有放坡條件且無(wú)不良地質(zhì)作用時(shí)，通過(guò)控制邊坡高度和坡度（即坡率），無(wú)需對(duì)建筑邊坡整體進(jìn)行支護(hù)，致使建筑邊坡自身達(dá)到穩(wěn)定目的的一種人工放坡設(shè)計(jì)方法。

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013對(duì)坡率法的應(yīng)用進(jìn)行了局部調(diào)整，在使用坡率法時(shí)應(yīng)注意：當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，破壞后果很嚴(yán)重，或者對(duì)邊坡變形控制有較高要求的邊坡治理工程，若單獨(dú)使用坡率法其變形控制和安全性不充分時(shí)，應(yīng)與其他邊坡支護(hù)方法聯(lián)合使用，通過(guò)采用坡率法（或邊坡上段采用坡率法）提高邊坡穩(wěn)定性，降低邊坡下滑力后再采用錨桿擋墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)，控制邊坡的穩(wěn)定，確保達(dá)到安全可靠的效果。對(duì)于填方邊坡為提高邊坡的穩(wěn)定性，可在填料中增加加筋材料改善填土的特性，提高填土材料的內(nèi)摩擦角和整體性，若此時(shí)仍不能滿足邊坡穩(wěn)定性要求時(shí)可加大放坡的坡度以保證邊坡的穩(wěn)定性。對(duì)高度較大的建筑邊坡工程，為美化環(huán)境，可采用分級(jí)（或分階）放坡的方式實(shí)現(xiàn)坡率法；但分級(jí)放坡時(shí)應(yīng)保證建筑邊坡各級(jí)及邊坡整體的穩(wěn)定性。在采用坡率法的同時(shí)應(yīng)進(jìn)行邊坡環(huán)境整治、坡面綠化和周邊排水處理，特別應(yīng)注意排水系統(tǒng)的設(shè)置，預(yù)防坡體內(nèi)、外水及坡內(nèi)排水構(gòu)筑物破裂引起的不利作用。[3]

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013中的5.3.2條明確了穩(wěn)定安全系數(shù)的要求，特別是規(guī)定了臨時(shí)邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)分別為一、二和三級(jí)的臨時(shí)邊坡，其邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為：1.25、1.20和1.15。此條規(guī)定間接明確了按坡率法治理的邊坡應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，GB50330-2013中第14.2.1條和14.2.2條分別給出了土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡坡率允許值，使用中應(yīng)注意坡率的適用條件，否則按推薦的放坡坡率并不總是可以保證邊坡安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

1 邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算

關(guān)于邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法在不同技術(shù)資料、規(guī)范中均有說(shuō)明，此處不再一一論述。在無(wú)支護(hù)結(jié)構(gòu)條件下《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2013中的附錄A給出了幾種規(guī)范推薦的邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法，但未給出有支護(hù)結(jié)構(gòu)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法。當(dāng)邊坡工程采取坡率法+其他支護(hù)結(jié)構(gòu)的聯(lián)合治理方法進(jìn)行邊坡治理時(shí)，治理后的邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算需再次核算，當(dāng)前此工作似未引起有關(guān)人員的重視。原因之一是GB50330-2002未給出計(jì)算方法，GB50330-2013中也未給出具體說(shuō)明，其原因是有支護(hù)結(jié)構(gòu)的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法在《建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范》GB50843-2013[4]中已給出，但未引起有關(guān)人員的充分重視；為此作者將GB50843-2013附錄A中的平面滑面條件下的有支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算方法摘錄如下。對(duì)平面滑面，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)可按下列公式計(jì)算[4-5]（圖1）。

圖1 平面滑面邊坡計(jì)算模型示意

式中：T為滑體單位寬度重力及其他外力引起的下滑力（kN/m）；R為滑體單位寬度重力及其他外力引起的抗滑力（kN/m）；c為滑面的粘聚力（kPa）；φ為滑面的內(nèi)摩擦角（°）；L為滑面長(zhǎng)度（m）；G為滑體單位寬度重力（kN/m）；Gb為滑體單位寬度附加豎向荷載（kN/m）；方向指向下方時(shí)取正值，指向上方時(shí)取負(fù)值；茲為滑面傾角（°）；U為滑面單位寬度總水壓力（kN/m）；V為后緣陡傾裂隙單位寬度總水壓力（kN/m）；Q為滑體單位寬度水平荷載（kN/m）；方向指向坡外時(shí)取正值，指向坡內(nèi)時(shí)取負(fù)值；R0為滑體所受原有支護(hù)結(jié)構(gòu)單位寬度有效抗力（kN/m）；α為原有支護(hù)結(jié)構(gòu)單位寬度有效抗力傾角（°）；有效抗力方向指向斜下方時(shí)取正值，指向斜上方時(shí)取負(fù)值；hw為后緣陡傾裂隙充水高度（m），根據(jù)裂隙情況及匯水條件確定。

當(dāng)V、U、Q和Gb均為零時(shí)，公式（1）～（5）可簡(jiǎn)化為公式（6）：

2 坡率法邊坡計(jì)算實(shí)例

實(shí)例1：該工程為某地塊場(chǎng)地平整工程。場(chǎng)地地質(zhì)條件如下：場(chǎng)地中部為北向舌狀山脊，走向30°左右，山脊頂部平臺(tái)最寬約70m，擬建范圍內(nèi)最大地面高程為237.95m。山脊兩側(cè)為斜坡，受人類建設(shè)和改造，坡腳底部接近溝谷位置有高3～10m的陡坎，山脊西側(cè)坡腳陡坎已采用條石擋墻支擋，擋墻高10m左右；山脊東側(cè)及北側(cè)為陡坎和自然斜坡，臨空面處有紅褐色泥巖裸露。山脊東西兩側(cè)溝谷位置地形較平緩，地表有大量人工填土堆積，地面高程為201～210m之間?？辈靺^(qū)北側(cè)與嘉陵路之間地形平緩，地面起伏不大，地表有大量人工填土堆積，地面高程為201～207m之間。

2.1 場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)及巖土分布情況

場(chǎng)區(qū)巖質(zhì)邊坡有兩組裂隙發(fā)育： 裂隙J1傾向320～330°，傾角約68～78°，呈半閉合狀，有少量粘土填充或無(wú)充填，裂面較平直、光滑，結(jié)合程度差，裂隙間距0.5～2.1m，延伸長(zhǎng)度1～3m，為硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面。 裂隙J2傾向?yàn)?00～210°，傾角75～85°，閉合狀為主，無(wú)充填，裂面較平直、光滑，結(jié)合較差，裂隙間距約3mm，延伸長(zhǎng)度2～5m，為硬性結(jié)構(gòu)面。擬建場(chǎng)區(qū)地表覆蓋層主要為新近堆填的第四系雜填土，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖和砂巖，呈互層狀產(chǎn)出，局部夾薄層狀泥質(zhì)粉砂巖透鏡體或夾層。場(chǎng)區(qū)內(nèi)雜填土分布廣泛，厚度較大，結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，尚未完成自身固結(jié)；中等風(fēng)化泥巖天然單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值10.27MPa，硬度分類為軟巖；中等風(fēng)化砂巖天然抗壓強(qiáng)度為15～30MPa，砂巖膠結(jié)成分差異較大，力學(xué)性能不穩(wěn)定，硬度分類為較軟巖。場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖層呈單斜產(chǎn)出，傾向218～223°，傾角8～10°，區(qū)內(nèi)未見(jiàn)斷裂構(gòu)造。未見(jiàn)滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2.2 場(chǎng)地內(nèi)水文及地下水分布

該區(qū)域多年平均氣溫18.3℃，月平均最高氣溫是8月為28.1℃,月平均最低氣溫在1月為5.7℃。多年平均降水量1082.6mm左右，降雨多集中在5～9月，其降雨最高達(dá)746.1mm左右。場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水含量較少，可能的地下水類型為松散土體孔隙水和基巖裂隙水。主要受大氣降雨影響，嘉陵江水位對(duì)場(chǎng)地內(nèi)影響較小。

2.3 場(chǎng)地地下建筑物及管道分布情況

場(chǎng)地內(nèi)共存在5處地下洞室，5處洞室均穩(wěn)定，不在該次臨時(shí)邊坡影響范圍內(nèi)。周邊地下管網(wǎng)位于開(kāi)挖紅線外，對(duì)該工程影響不大。

2.4 驗(yàn)算參數(shù)

（1）施工部位巖土計(jì)算參數(shù)為：土層厚度14.5m，重度18.0(kN/m3)，粘聚力0.00kPa，內(nèi)摩擦角30O，不考慮水的作用；（2）地面坡度較大時(shí)，放坡穩(wěn)定性不高，需多次放坡；（3）基坑及邊坡開(kāi)挖臨時(shí)邊坡地勘建議值：素填土層1∶1.25，粉質(zhì)粘土1∶1.0，基巖強(qiáng)風(fēng)化帶1∶0.5；（4）基巖中等風(fēng)化帶：無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面時(shí)按1∶0.30開(kāi)挖，否則按外傾結(jié)構(gòu)面放坡。

2.5 臨時(shí)邊坡設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，別墅區(qū)在不同的部位將形成不同坡高的臨時(shí)邊坡，不同位置的二級(jí)臨時(shí)邊坡放坡坡率見(jiàn)圖2、圖3所示。

圖2 剖面1-1適用于坡高小于6m的臨時(shí)邊坡

圖3 剖面2-2適用于坡高6-10m的臨時(shí)邊坡

臨時(shí)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算，對(duì)平面滑動(dòng)無(wú)粘性土，其土坡穩(wěn)定性計(jì)算如下：

對(duì)二級(jí)臨時(shí)邊坡，F(xiàn)st=1.20，故

因?yàn)棣?30O，故

坡率法坡比為H∶L=1∶2.08≈1∶2.00，此時(shí)，α=25.69O

對(duì)該工程而言，1∶2的坡率方能滿足安全等級(jí)為二級(jí)的臨時(shí)邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)要求（tan(30O)=0.577，此時(shí)坡比為1∶1.732）；此例與原有工程實(shí)際案例的安全坡率有較大差異。

對(duì)二級(jí)放坡邊坡（圖3），以10m坡高為例，放二級(jí)（1階高度6m，二階高度4m），馬道寬度2m，放坡邊坡整體坡率為：

Fs=tan(φ)/tan(α)=tan(30O)/tan(23.6O)=1.32(滿足臨時(shí)邊坡安全等級(jí)為一級(jí)的要求)。

實(shí)例2：路塹巖質(zhì)邊坡工程。該段為Ⅲ類巖質(zhì)邊坡，巖體完整程度為較破碎（破碎鑲嵌），邊坡由巖體強(qiáng)度控制，裂隙面與邊坡走向相切，不起控制作用，有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：強(qiáng)風(fēng)化泥巖重度γ=24.5kN/m3，φ綜合=28O；中風(fēng)化泥巖重度γ=25.1kN/m3，φ綜合=52O；中風(fēng)化泥巖破裂角61O；錨桿鉆孔直徑D=80mm，錨桿為1根直徑為22mm的HRB400鋼筋，錨固砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M30，強(qiáng)風(fēng)化泥巖：frbk=280kPa，中風(fēng)化泥巖：frbk=720kPa，fb=2.4MPa；錨桿與水平線的夾角為15O，邊坡為永久性邊坡，安全等級(jí)為二級(jí)；受放坡條件限制，設(shè)計(jì)剖面（含錨桿支護(hù)）見(jiàn)圖4，試核算其安全性。

圖4 坡率法+錨桿支護(hù)剖面圖

首先計(jì)算錨桿的有效抗力：

錨桿鋼筋承載力計(jì)算 ：Nak=Asfy/Kb=3.14×11×11×360/2.0=68.39kN

錨桿與錨固砂漿間的承載力校核：

實(shí)際構(gòu)造長(zhǎng)度滿足要求。

錨桿桿體承載力驗(yàn)算：

強(qiáng)風(fēng)化泥巖：

中風(fēng)化泥巖：

實(shí)際錨桿桿體錨桿長(zhǎng)度滿足要求。

即：上述錨桿驗(yàn)算表明，錨桿承載力由鋼筋承載力控制，錨桿桿體與巖體錨固力及鋼筋與砂漿錨固力不起控制作用。

錨桿間距為2m，故每米長(zhǎng)度錨桿提供的有效抗力為：68.39kN/2.0≈34.2kN

圖4邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算可按GB50843-2013附錄A中的A.0.2條進(jìn)行，即按公式（1）～（5）（簡(jiǎn)化為公式（6））進(jìn)行核算。

塊體1：強(qiáng)風(fēng)化泥巖，破裂角按59O計(jì)算

K=R/T=9.26/28.996=0.319(無(wú)支護(hù)條件下，邊坡不穩(wěn)定)

錨桿支護(hù)后，穩(wěn)定性計(jì)算如下：

K=R/T=26.744/19.534=1.369，穩(wěn)定性滿足要求。

塊體2：中風(fēng)化泥巖（計(jì)算高度4m），破裂角按61O計(jì)算

K=R/T=33.642/47.418=0.709(無(wú)支護(hù)條件下，邊坡不穩(wěn)定)

錨桿支護(hù)后，穩(wěn)定性計(jì)算如下：

K=R/T=118.589/17.095=6.937，穩(wěn)定性滿足要求。

塊體3：中風(fēng)化泥巖（計(jì)算高度8m），破裂角按61O計(jì)算

K=R/T=252.942/356.516=0.709(無(wú)支護(hù)條件下，邊坡不穩(wěn)定)

錨桿支護(hù)后，穩(wěn)定性計(jì)算如下：

K=R/T=422.836/323.421=1.307，穩(wěn)定性滿足二級(jí)邊坡要求。

該計(jì)算表明：該邊坡工程按坡率法+錨桿支護(hù)滿足永久性邊坡安全等級(jí)為二級(jí)的要求；可以優(yōu)化的是塊體2（4m高）中風(fēng)化泥巖的錨桿支護(hù)，可適當(dāng)減小鋼筋直徑，如鋼筋直徑改為20mm，也是可行的。

3 結(jié)語(yǔ)

作者通過(guò)坡率法邊坡的計(jì)算實(shí)例說(shuō)明建筑邊坡穩(wěn)定性校核問(wèn)題應(yīng)引起工程技術(shù)人員高度重視，工程實(shí)例對(duì)相似邊坡工程具有實(shí)際的參考價(jià)值。此外，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算和巖土層主動(dòng)土壓力的計(jì)算仍存在值得研究的問(wèn)題，本文實(shí)例2間接說(shuō)明此問(wèn)題，關(guān)于坡率較大的邊坡巖土壓力計(jì)算和設(shè)計(jì)問(wèn)題，作者將另文討論。

[1]黃求順，張四平，胡岱文.邊坡工程[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2003.

[2]姜得義，朱合華，杜云貴.邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.

[3]GB50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[4]GB50843-2013建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[5]DBJ50-170-2013建筑邊坡工程安全性鑒定規(guī)范[S].重慶：重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)，2013.