1、应用边坡支护有效组合结构实现空间和环境效应的实践摘要：随着基建规模日益翻新，需要治理的工程边坡环境不断恶化，治理边坡的功能要求 难度日渐加大，本文以拓展空间和保护环境治理边坡项目为例，进行了复杂条件下的边坡 治理设计实践，其思路和方法可为同类项目提供借鉴。 关键词：背景复杂 治理功能 组合结构 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 序言 随着国民经济的飞速发展，基建规模的不断扩大，涉及需治理的边坡日益增多，边坡治理的目的：对已经或正在或潜在失稳的边坡进行治理是为了保证生命财产及其环境的安全；为基建需要而形成的边坡或基建过程对边坡赋存地质环境的改变而造成失稳边坡的治理，是为了确
2、保施工顺利进行及施工安全；对涉及空间和环境效应的边坡治理是为了争取空间和环境效应之后边坡的稳定、环境的安全与和谐。无论何种目的的边坡治理，保证治理后的边坡稳定是根本。实现治理功能的关键是治理设计应做到针对性强、安全适用、技术先进、经济合理、环境效应显著。本文以“阳泉市某小学环操场边坡治理设计”为例，阐述实现上述第种边坡治理设计的设计思路和方法，藉之对同类边坡治理设计提供有益的借鉴。 治理边坡环境概述 阳泉某小学地处近东西向山脊之北麓斜坡之原始沟谷地域，学校建于开挖整平场地上，教学楼及办公楼环北、东两侧临空陡立阶台边部，校址西、南两侧为近南北向谷坡和近东西向谷掌。由此形成的边坡坡高18.638.
3、1m，上述建筑物和环形谷坡围成的地域（约 8800m2）为学校操场，平面分布见图 1。环形谷坡坡顶台地自西北、西、南、南东依次建有该市敬老院楼、库房、多段廊道、楼房和军分区办公楼等建（构）筑物，这些建（构）筑物距离坡顶眉线一般 35m，最近者 11.5m。环形边坡自然坡坡角 4056。受场地空间限制，学校操场西侧跑道难以形成，自建校以来，操场跑道一直非正常运行。为使操场处于规定规模，必须对西侧边坡进行部分削坡，以拓展空间；紧邻东南侧学校欲扩建教学楼，由于空间狭小，需对军分区办公楼所处的坡脚进行开挖；南侧边坡最高平均坡高 38m，为拟建多功能会馆也需部分削坡。由于坡底为拟建操场和教学楼，是学生重
4、要的学习和活动场所，边坡安全至关重要，基于上述，边坡环境极其复杂。图 1 平面分布及工程地质分区图 边坡工程质特征及稳定性评价 3.1 工程地质特征 3.1.1 地质规律 1）地层岩性 边坡赋存地质环境范围出露地层一老一新两套地质建造，老建造地层为石炭系上统太原组巨厚层煤系泥、砂质复理式沉积建造，其构成了边坡岩体的主体骨架。受区域褶皱构造影响，岩层产状 240311/614，其特点是：a.以砂、泥质互层产出，间夹多层煤线； b. 层位稳定；c. 顺层软弱夹层发育，工程特性差异大。 新地质建造为第四系，系残坡积、冲洪积复成因建造，主要分布于坡顶斜坡区域，厚度 15m，其特点是：a.主要有残坡积、
5、岩块、碎屑、岩粉和冲洪积粉土、砂土构成；b.分布不稳定；c.工程特征差。 2）地质构造 褶皱构造 场地区域处于近南北向王家峪向斜东翼，受其控制，地层多倾向西或北西，致使东南侧边坡岩层为顺倾，西侧边坡岩层与边坡反倾，因此，王家峪向斜对评价边坡的稳定性具有重要的控制作用。 节理 边坡范围节理裂隙很发育，共出露 10 组优势节理。其特点是：a.规模小，延展长度 315m；b.以高角度（7080）为主，组合对岩体切割，少数缓倾节理，可构成边坡破坏的潜在滑面，因此，节理对岩体稳定性影响极大；c.可构成边坡岩体潜在追踪危险滑面；d.组合切割改变岩体的力学介质特征。 层间错动面 煤系地层界面较多，受区域褶皱
6、构造影响，在其形成过程中，层间错动形成的层间错动面发育，规模大、贯通性强，力学特性差，是影响边坡稳定的重要因素；a.见本节地质构造，其产状与边坡组合可构成危险滑移面；b.可构成有利水文地质结构的隔水层。 3）水文地质特征 基于前述，煤系地层软弱岩层互层条件、向斜构造形态特征与地形的有利组合构成了场地特定的水文地质结构（略） ，致使岩层、煤线间、砂与泥岩接触部位渗水点很多，尤其是西南角渗水量较大，渗水汇水形成了面积较大的沼泽区域，由于坡面渗水点多、散，对边坡治理影响较大。 3.1.2 工程地质特征 1）工程地质岩组 场地出露岩石种类多，根据其工程特征划分如下工程地质岩组，其特征见表 3-1。 岩
7、组工程地质特征表 3-1 岩组名称 第四系岩组 砂岩岩组 泥岩岩组 煤岩岩组 代号 Q Sy Ny My 构成岩性 冲洪积、残坡积 主要由各种粒径砂岩组成 由泥岩、砂质、铝质、碳质泥岩组成 由煤线构成 工程地质特征 质地不均匀、松散、密实度差 多为厚层、巨厚层状，受节理裂隙组合切割，多为不同形状、规模的块体，质地均匀，抗风化能力和水化能力强，整 体性较好。 多为中厚层状，间夹薄层，层位稳定，抗风化能力差，遇水软化崩解；强度低，蠕变特征显著，受构造和风化作用影响，岩石破碎，整体性差。 多呈煤线（1025cm）出露，结晶程度好，受风化作用影响，多风化成粉状，遇水多呈泥状，分布稳定连续，强度低，是岩
8、体中重要的软弱夹层。 力学介质特征 散体介质 块裂介质 块裂和碎裂的过渡介质 碎裂介质 岩体结构 散体结构 层状块状结构 层状块状、层状碎裂结构 层状碎裂结构 2）工程地质分区 根据坡体的几何要素、岩体结构特征和工程地质特征，将边坡范围分成 5 个工程地质分区，平面分布见图 1。 3.2 边坡稳定性验算 3.2.1 边坡破坏模式的确定 通过数值分析方法和力学验算确定的各区破坏模式见表 3-2。 各区边坡破坏模式一览表 表 3-2 工程地 质分区 剖面编号 危险结构面（） （倾向/倾角） 选定破坏模式 A 83/53；87/77 Q 与基岩界面 B 83/53；J6：87/77 结构面组合追踪
9、C1、C2 45/75；240/25；305/75 结构面组合追踪 D 305/40；315/78 结构面组合追踪 E 255/45；300/25；213/87 结构面组合追踪 3.2.2 边坡稳定性验算 基于 3.2.1 确定的破坏模式，采用理正边坡稳定性分析软件和数值分析两种方法验算边坡的稳定性，根据综合分析确定的边坡稳定性见表3.3： 坡体稳定性验算结果一览表 表 3-3 剖面号 A B C1 C2 D E 安全系数 Fs 1.19 1.21 1.32 1.22 1.09 1.23 3.2.3 治理坡体需提供抗力的确定 基于表 3-3 的验算结果，要使坡体达到 Fs1.35 的稳定状态，
10、各剖面代表区域应提供的抗力见表 3-4。 各治理分区需提供抗力一览表 表 3-4 治理分区 A 区 B 区 C 区 D 区 E 区 提供抗力（kN/m） 82 351 149 726 73 边坡治理设计 4.1 治理设计的重点和难度 1）重点 空间拓展 学校教学楼设施需要空间，拓展空间必须切坡，受空间和环境限制，如何妥善解决矛盾是设计考虑的关键。 支护结构断面不能过大，但应保证安全可靠。 场地是重要的环境场所，支护结构必须与环境协调，达到治理与环境和谐。 2）难度 基于前述，边坡岩体均具底软（Ny、My 两岩组）上硬（Sy）二元结构，且均有渗水，要使不利效应和谐必须增加支护结构的多样性，并使其
11、形成有机整体。 拓展空间关键在于调整边坡几何要素。由于边坡坡形复杂，高度不一，稳定状态、赋存环境存在很大差异。结构的稳定性、适用性和和谐性熔为一体难度大。 边坡最高达 38m 之多，在基建边坡中属于高边坡，支护设计必须做到施工的安全性和施工工艺的可行性。 保护边坡环境安全、注重景观效应。应以边坡稳定为前提，设计要做到技术先进，经济合理。 4.2 治理设计方案的选择 基于场地条件和边坡工程地质特征，选择边坡中、下部（基本为泥岩岩组，其工程特性和力学特性差）采用重力式抗滑挡墙支护结构形式，以增加边坡的整体性，直观实在；中上部以砂岩岩组为主，整体性较好，兼顾施工的可行性和结构实施后的可靠性，采用锚索
12、格构梁，这两种组合达到了底实上轻的结构特点，同时也满足了景观效应的要求。 为缩小挡墙断面，开拓更多的空间，在重力式挡墙内增设了垂直预应力锚索，由于锚索锚固段置于挡墙基底以下一定深度，其效应是：a.其提供的拉力即为减小挡墙的重力；b.减小边坡开挖量；c.提高挡墙的整体性；能有效提高挡墙的抗滑稳定性。 由于在单用重力式抗滑挡墙部位基于墙高，为减小挡墙断面，增加其稳定性，采用了抗滑挡墙和衡重板组合结构，各治理分区支护组合结构型式见表 4-1。 各分区选用的治理结构类型一览表表 4-1 治理 分区 结构类型 下部 中部 上部 A 区 抗滑挡墙 自然坡 B 区 垂直预应力锚索 抗滑挡墙 格构梁+锚索 C
13、 区 抗滑挡墙 护面墙 自然坡 D 区 垂直预应力锚索 抗滑挡墙 格构梁+锚索 护面墙 E 区 抗滑挡墙+衡重板 自然坡 4.3 支挡结构设计 基于边坡几何要素，编制了治理设计剖面，基于表 3-4 和表 4-1，对支护结构进行了力学验算、结构验算和数值分析，据此确定的结构特征见其典型的治理设计剖面图见图 2 和图 3，总体治理设计见平面图 4，由于篇幅所限验算过程和方法略。 图 2B 剖面治理设计图 图 3 E 剖面治理设计图 图 4 治理设计平面图 4.4 治理效果 1)重力式抗滑挡墙采用垂直预应力锚索后，结构断面减少了 26%，使支护结构所占空间大大缩小，由此在达到操场规定空间时，减小了相
14、应坡体的剥岩量。 2）抗滑挡墙衡重板，在增加挡墙抗倾覆能力的同时，也有效减小了挡墙断面，节约了用砼量和边坡开挖量。 3）锚索格构梁主要分布于砂岩组区域，岩体整体性较好，同时，格构空间全部用片石封闭，大大降低了锚索预应力松驰的可能性，其可靠性大大提高。 4）通过采用组合支护结构，并使其和谐统一，不仅保证了治理场地空间的拓展和环境的安全，而且结构组合的协调与环境达到了高度和谐，经各种检测和一年多的稳定性调查，设计意图全部实现。 5.结语 5.1 本次通过综合手段准确查明了坡体的地质规律和工程地质特征；基于综合分析判断准确建立了地质模型，通过力学验算和数值分析确定了支护结构需提供的抗力，为支护结构设计提供了可靠的依据。 5.2 针对工程地质条件复杂和工程环境重要的治理边坡场地，选用多组合的支护结构类型，设计思路新颖，技术先进，符合场地实际，不仅满足了治理功能的需要（见图 4） ，而且通过优化设计，提高了经济效益。5.3 应用边坡支护有效组合结构实现空间和环境效应，本次是一成功的实践，藉此可为同类项目提供有益的借鉴。
