某邊坡加固工程的邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)計(jì)算案例1.1工程概況工程位于華新水泥（黃石）股份有限公司廠區(qū)，為平硐口地區(qū)五號窯系統(tǒng)石灰石預(yù)均化堆場邊坡。堆場原本東西寬僅15~20m，南北長約300m，后向西擴(kuò)展30m，向東填補(bǔ)20m，從而形成寬50m的石灰石堆場。西側(cè)是切削山體形成一近垂直的陡坡，沿線低層出露有灰色--灰青色薄層泥質(zhì)灰?guī)r夾中厚層灰?guī)r及頁巖，呈堅(jiān)硬狀態(tài)，巖層走向呈近東西向。參數(shù)見表2.1。預(yù)均化堆場建于1996年左右，根據(jù)調(diào)查，該工程是在原山坡面上用上部開挖的碎石填壓堆成，并形成現(xiàn)在的堆場與邊坡，服務(wù)年限已達(dá)十年以上。邊坡的坡面用漿砌片石砌成，厚度50~100cm，坡腳分段用混凝土擋墻和漿砌片石擋墻支擋。邊坡下部為原臺階形山體。邊坡東向南北長約131m，北段邊坡長約27m，坡角50°~55°左右。邊坡內(nèi)部多為散體塊石充填，無膠結(jié)物，表層有2~10cm混凝土覆蓋。坡底有1.5m（南端）~7m（北端）高度不等的擋墻。擋墻南端100m為漿砌片石結(jié)構(gòu)，混凝土擋墻為31m。表2.1邊坡巖石力學(xué)參數(shù)巖體名稱自然容重（kN/m3）粘聚力C（kPa）內(nèi)摩擦角/o薄層泥質(zhì)灰?guī)r26.20.637頁巖26.20.835整體預(yù)均化場為四方平面，其中兩邊與居民樓和一所學(xué)校相鄰。邊坡東側(cè)有一約4m寬的馬路，馬路一側(cè)有一射擊學(xué)校和居民住宅，邊坡北側(cè)約5m處有一些居民住宅（堆場平面圖見圖2-1）。圖2-1邊坡平面圖1.2邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)計(jì)算邊坡與擋墻開裂現(xiàn)狀調(diào)查：場地邊坡由下部的基巖層和上部的填壓碎石層兩部分構(gòu)成，基巖為薄層泥質(zhì)灰?guī)r夾中厚層灰?guī)r及頁巖為灰色-青灰色，巖層走向與邊坡近似垂直，為弱風(fēng)化褶皺片狀巖體，未見有斷裂構(gòu)造，巖體強(qiáng)度較高，故不存在基巖順層滑坡的可能。根據(jù)預(yù)均化場原施工過程、地質(zhì)條件和調(diào)查分析，邊坡極有可能發(fā)生的破壞形式為沿堆場基巖層面的滑塌（見圖2-2）。圖2-2邊坡滑塌示意圖根據(jù)邊坡變形現(xiàn)狀，假設(shè)現(xiàn)有的邊坡和擋墻受力為極限平衡狀態(tài)（即邊坡穩(wěn)定性系數(shù)K=1），通過反演分析得出未加固前混凝土擋墻支擋力及邊坡巖體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，為加固方案的設(shè)計(jì)和校核提供理論依據(jù)。擋墻受力分析及支擋推力估算：擋墻為重力式擋墻，傾角約為80°，受力除自身重力外，可以分為兩部分：抗傾覆力和抵抗擋墻本身滑移的摩擦力，取單位長度的最危險(xiǎn)剖面考慮。以下為圖示和計(jì)算分析。1）擋墻抗傾覆力分析擋墻自身重力分為兩部分：和，均布抗傾覆力合力為（見圖2-3），根據(jù)力矩平衡原理，可以得到式（2-1），簡算如下：(2-1)其中：混凝土的重度取γ=23KN/，為擋墻三角形部分重心位置到最左端的水平距離；為擋墻矩形部分重心位置到最左端的水平距離；d為受到的合傾覆力到擋墻底部的垂直距離。經(jīng)過計(jì)算：得出：T1=182.7KN圖2-3擋墻傾覆力示意圖（長度單位為mm）抗滑移的摩擦力分析假設(shè)擋墻有向外滑移的趨勢，所受的摩擦力為沿水平面向右，受力如2-4圖示，計(jì)算如式（2-2）所示：(2-2)其中：內(nèi)摩擦角取30°，內(nèi)聚力取c=20KPa，經(jīng)過計(jì)算：得出：T2=249KN比較得出，T1=182.7KN＜T2=249KN，即擋墻在傾覆力的作用下更易破壞，所以實(shí)際中擋墻所受到的臨界力，也即擋墻對邊坡的抗滑力，即為傾覆力T1=182.7KN。圖2-4擋墻抗滑移摩擦力示意圖（長度單位為mm）邊坡未加固前坡體阻滑力及參數(shù)計(jì)算分析：邊坡未加固前，假設(shè)內(nèi)聚力c=0，坡體受到的阻滑力主要有：擋墻對坡體的抗傾覆力T1和坡體重力G在滑動(dòng)面方向上斜向上的分力（見圖2-5），根據(jù)此時(shí)邊坡處于極限平衡狀態(tài)，可知穩(wěn)定性系數(shù)K=1，即抗滑力=下滑力，以邊坡單位長度考慮，坡體平衡狀態(tài)方程式如式（2-3）：圖2-5邊坡未加固前受力分析示意圖根據(jù)此時(shí)邊坡處于極限平衡狀態(tài)，可知穩(wěn)定性系數(shù)K=1，即抗滑力=下滑力，以邊坡單位長度考慮，用式（2-3）計(jì)算：(2-3)其中：取重度=18KN/m3；角為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面與水平面的夾角；為碎石塊體的內(nèi)摩擦角；邊坡內(nèi)部散體的內(nèi)聚力忽略不計(jì)。計(jì)算如下：得出：單位長度上的滑動(dòng)體重量G=4805KN，則：得出：≈35°設(shè)堆場巖質(zhì)邊坡CD重力為W，其法向分力為，切向分力為。法向分力產(chǎn)生的摩擦阻力R阻止土體下滑，稱為抗滑力，其值為。切向分力T是促使邊坡巖體下滑的滑動(dòng)力，土體穩(wěn)定性系數(shù)：，邊坡不穩(wěn)定。式中：為土的內(nèi)摩擦角；為土坡破角。通過理正軟件計(jì)算邊坡BC和邊坡AB，得知BC段邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為K=1.373，邊坡穩(wěn)定；AB段邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為K=0.895，邊坡不穩(wěn)定。（計(jì)算內(nèi)容見附錄）1.3加固方案的選擇針對于不同的邊坡類型與功能，有不同的邊坡加固方式。得益于巖土工程飛速發(fā)展，我們擁有非常多的加固形式可供選擇，不同的加固形式有其自身的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，以及不同的巖土場地使用條件，我們做選擇時(shí)需要因地制宜，結(jié)合眾多實(shí)地條件，即便是同一邊坡，采取不同的加固方式，也會導(dǎo)致工程材料、工程造價(jià)、加固結(jié)構(gòu)受力形式等眾多要素的巨大變化。最終論證選型時(shí)，在用材合理、可靠度符合要求的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡可能的節(jié)省工程的成本，選擇最優(yōu)化的方案。邊坡加固一般采用擋墻、抗滑樁、錨索（或錨樁）、錨噴支護(hù)及固結(jié)注漿等方法。從加固原理上分析，一般采用坡外加固和坡體內(nèi)部加固兩種，上述前兩種為外部加固方法，后三種為內(nèi)部加固方法。由于該邊坡周圍空間已經(jīng)被限制使用，無法在邊坡坡角或擋墻周圍采用外部加固措施，因而，邊坡內(nèi)部加固是該邊坡加固唯一可選擇的加固措施，在現(xiàn)場實(shí)施的內(nèi)部加固的可能方案有：拆除原擋墻，在原地修建抗滑力更大的新?lián)鯄蚩够瑯?。該方案是非常危險(xiǎn)的方案，拆除擋墻極可能引起坡體下滑，產(chǎn)生災(zāi)難性后果。邊坡錨噴加固，增加邊坡穩(wěn)定性。該方案中噴混凝土可以使邊坡坡面穩(wěn)定性有一定提高，但錨桿固結(jié)散體巖石效果不好，而且也難以將邊坡與基巖錨固一體，錨桿錨固擋墻的錨固力遠(yuǎn)達(dá)不到擋墻的要求。邊坡坡體注漿加固——擋墻錨索錨固。該方案在邊坡內(nèi)注漿目的是以增加邊坡內(nèi)部散體巖石的粘結(jié)力和磨擦角，提出邊坡巖體的阻滑力，同時(shí)在擋墻上安設(shè)錨索，提出擋墻的支擋力。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論分析，這兩種加固方法分別可以提高邊坡穩(wěn)定性系數(shù)10~20%以上。而僅使用其中一種加固方法均不能完全滿足邊坡穩(wěn)定的要求。方案選型：本設(shè)計(jì)所選取的研究對象某地區(qū)石灰?guī)r邊坡加固工程場地施工條件復(fù)雜惡劣，工程可靠度以及安全系數(shù)要求較高，需要結(jié)合合理的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行多方面匯總綜合考慮，盡可能的選擇技術(shù)相對簡易，易于工程實(shí)現(xiàn)，并且經(jīng)濟(jì)合理不浪費(fèi)的支護(hù)形式以及設(shè)計(jì)方案。結(jié)合各加固結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以及當(dāng)?shù)氐膸r土體、水文地質(zhì)條件最終選擇坡體注漿加固——擋墻錨索錨固的加固方案。由于注漿加固在散體巖體中注漿量較大，為了既滿足邊坡穩(wěn)定要求，又要經(jīng)濟(jì)合理，根據(jù)調(diào)查與分析，坡面破壞嚴(yán)重的區(qū)域在混凝土擋墻上部邊坡，整體邊坡可以作局部加固僅在混凝土擋墻上部的邊坡區(qū)域進(jìn)行注漿加固；由于開裂多位于混凝土擋墻中，且混凝土擋墻墻體遠(yuǎn)高于砌石擋墻，故錨索加固僅限加固混凝土擋墻。除此以外的其它區(qū)域，需要進(jìn)行邊坡位移監(jiān)測：即在邊坡坡腳擋墻上部、坡頂上部平臺及局部坡面設(shè)置一定數(shù)量的永久監(jiān)測點(diǎn)，以觀測邊坡的變形情況。若變形加劇，視需要進(jìn)行局部注漿固結(jié)。坡體注漿加固——擋墻錨索錨固應(yīng)用于本工程有以下優(yōu)點(diǎn)：一、注漿工程施工設(shè)備比較簡單，施工過程機(jī)械化程度比較高，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工進(jìn)度快。