濮陽市堆山工程高邊坡設計加固方案分析

□寧保輝 □李文亮（河南省水利勘測設計研究有限公司）

□曾令昕（鄭州大學土木工程學院）

濮陽市堆山工程高邊坡設計加固方案分析

□寧保輝 □李文亮（河南省水利勘測設計研究有限公司）

□曾令昕（鄭州大學土木工程學院）

利用水庫開挖棄料堆筑山體，營造城市景觀，在規劃范圍內填筑高約40m的山體。山體邊坡呈現南緩北陡，北側緊鄰濮范高速。由于地基及填筑土料質量較差，且北坡坡腳距離濮范高速最近僅20m，工程場區又位于地震基本烈度Ⅶ度區，場區地震動峰值加速度為0.15g，邊坡抗滑穩定安全系數不滿足要求，通過采用邊坡加筋，地基水泥土攪拌樁加固處理，保證了工程的順利實施，工程應用至今完好。

堆山工程；高邊坡；加固；方案

1 工程概況

根據濮陽市新區建設整體規劃，在濮陽市引黃灌溉調節水庫北側濮范高速以南規劃一座人造山體，利用水庫開挖棄料約1500萬m3進行山體填筑，形成人造山體景觀，與水庫交相輝映，為濮陽市新區增設一個新的亮點。

堆山體場區位于規劃中的經八路、北環路、京開大道和濮范高速之間，由5個山峰組成，總體東西向展布，堆山區域東西長約6.40km，南北寬230～340m，山峰高度30～40m，主峰堆高約40m，為整座山體的頂峰。

2 工程地質

自然地面下20.00m勘探深度范圍內，場區地層由第四系全新統（Q4）沖積物構成，為粘砂多層結構，共分5個土體單元，分別為砂壤土、中粉質壤土、砂壤土、粉質粘土、粉砂。自然地面下20m勘探深度范圍內未見地下水。場區地震動峰值加速度為0.15g，相當于地震基本烈度為Ⅶ度區，地震穩定性較差。工程區場地土的類型為中軟土，建筑場地類別為III類，地基土的卓越周期為0.49～0.50s。

堆山工程采用的水庫開挖棄料混合料力學參數建議值及分層土料力學參數建議值見表1、表2。

表1 場區混合料力學參數建議值表

表2 場區分層土料力學參數建議值表

3 邊坡穩定計算

3.1 計算工況

參考《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）、《水電水利工程邊坡設計規范》（DL/T5353-2006），綜合考慮邊坡滑塌危害等因素，堆山體邊坡抗滑穩定最小安全系數為：一是正常工況（持久狀況），允計設計安全系數為1.30；二是地震工況（偶然狀況），允計設計安全系數為1.05。

3.2 邊坡塌滑區范圍計算

邊坡塌滑區范圍按下式估算：L=H/tgθ

式中：L為邊坡坡頂塌滑區邊緣的水平投影距離（m）;H為邊坡高度，取最高堆山高度40m；θ為邊坡的破裂角（°），對于土質邊坡可取45+φ/2；φ為土體的內摩擦角，取混合料內摩擦角20°。經計算，邊坡坡頂塌滑區邊緣的水平投影距離為28m。

3.3 計算分析

山體共綿延6.40km，各山峰堆土高度為30～40m，堆山體整體呈現北陡南緩，北坡坡腳距離距濮范高速最近處僅有20m，南坡較緩，距開陽路有足夠的安全距離，因此對北坡正常工況、地震工況進行計算，對南坡僅對正常工況進行計算。采用簡化畢肖甫法對主峰進行邊坡穩定計算，北坡正常工況安全系數1.32、地震工況0.86，南坡正常工況1.83。北坡地震工況不滿足要求，需進行加固處理。

4 邊坡加固方案

4.1 土工格柵設計

由于土工合成材料需要長期埋在土中發揮作用，其強度會受到許多因素的影響，通常用折減系數法來確定材料的容許抗拉強度。在實驗研究和工程實踐的基礎上，考慮到加工誤差、施工損傷以及環境影響后，筋材長期允許抗拉強度，可按下式計算：

式中：Tc為雙絞和鋼絲網的極限抗拉強度；fm為考慮制造工藝以及大量數據推演的折減系數，取1.20；fd為施工損傷折減系數，砂土取1.05；fd為環境影響折減系數（考慮老化、生物降解、腐蝕等因素），取1.10。因目前國內尚無相應的試驗檢測標準，本次設計參考《土工格柵在砂土中的界面摩擦特性》一文中的試驗數據，雙向土工格柵在砂土中的界面摩擦特性指標為：c=14.16 kPa，f=0.15，φ=8.40°。經過筋材的抗拉強度驗算和筋材抗拔出驗算，確定土工格柵鋪設垂直間距1m設計，端部采用土工布包裹，保護層厚度1.00m，根據計算結果，同時考慮施工方便，自上而下筋材分段采用不同長度，土工格柵長度20～70m不等。填料的壓實程度能否達到設計要求是加筋工程成敗的關鍵。加筋土力學性能的改善和穩定性的提高與填料的壓實緊密相關，因此，堆山填料壓實度≥0.96。

4.2 地基處理設計

對于局部邊坡，堆山體進行加筋處理后，由表層滑動變為深層滑動，滑弧深入地基15m左右，抗滑安全系數不滿足規范要求。為提高地基土抗滑能力，對深層滑動邊坡進行地基處理，增強土體整體性，增加土體強度。處理范圍為地基在深層滑弧內的部分，地基處理采用水泥攪拌樁法，樁長超過危險滑弧以下2m?？够€定計算時，水泥攪拌樁復合地基根據工程經驗，水泥摻和比為15%，實驗得出的水泥土無側限抗壓強度通常不低于1.0 MPa，相當于C20混凝土軸心抗壓強度的1/10，按同倍比原則，水泥土抗剪強度為110kPa。根據《地基處理手冊》：用高壓三軸儀進行剪切實驗表明，水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增加而提高，當抗壓強度約1.00MPa，其凝聚力Cp完全可達到100kPa以上，內摩擦角φp可達20～30°。復合地基強度指標Csp、φsp分別按下式計算：

式中：Cs、φs為天然土體強度指標；Cp、φp為樁身強度指標；Csp、φsp為樁身強度指標；m為樁土面積置換率，m=d2，d為樁身平均直徑，de為根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑，當樁位等邊三角形布置時，de=1.05s，s為樁間距。經過試算，地基處理加固處理采用水泥土攪拌樁樁徑為0.50m，樁間距1.00m，樁長18～20m，由水泥攪拌樁和樁間土組成的復合地基土工參數見表3。

表3 樁間距1.00m復合地基強度指標

4.3 加固后邊坡穩定計算

主峰邊坡采用山坡加筋、地基處理后進行邊坡穩定驗算，通過加筋處理、水泥攪拌樁加固地基，兩方面綜合作用，北坡正常工況安全系數為1.58，地震工況為1.06，處理后的邊坡抗滑穩定安全系數滿足規范要求。填土時應嚴格控制加荷速率，并應分層均勻緩填，嚴禁局部堆土過高。填土順序可先四周后中間，即先分層堆填反壓平臺，再由外至里均勻鋪填。

X37-TV223

B

1673-8853(2014)06-0016-02

寧保輝（1986-），男，研究生，主要研究為邊坡加固，滲流數值模擬方向等。

2014-01-09

劉長垠）