广州开发区某边坡支护设计

林碧华

（广东省地质建设工程集团公司，广州 510080）

1 引言

拟建边坡支护工程为广州开发区某企业用地平整而形成的人工边坡。场地自然标高为24.00～65.56 m，设计平整后标高约27.85～31.65 m，为西南高、东北低，故场地因挖方而形成的人工边坡长约380 m，最大坡高约34 m，护坡面积约1×104m2，斜坡坡度约70°。

2 边坡地质特征及稳定性分析

2.1 边坡地质特征

2.1.1 区域地质

本区在大地构造位置上处于增城隆起区，夹持于北东向广从断裂、东西向瘦狗岭断裂和北东向新塘断裂之间，属地质构造基本稳定区，最近的岭头断裂位于场区以北约3.5 k m。

2.1.2 地层岩性

边坡场区出露第四系残积层（Qel）及燕山晚期第一阶段花岗岩（ηr53－1）。

残积层，层号（1）：为砂质粘性土，分布广泛，仅局部因剥蚀而缺失，由花岗岩风化残积而成。紫红色，硬塑，土质较均匀，遇水易软化崩解。局部夹有0.50 m左右厚度的微风化花岗岩孤石。层顶埋深0.00～12.30 m；层厚1.10～10.30 m，平均5.49 m。标贯击数N＝15.0～30.0击，平均21.6击。

燕山晚期第一阶段花岗岩：灰白间灰黑色，风化后呈褐黄色，中粗粒斑状花岗结构，块状构造，矿物成分主要为石英、长石、黑云母等。

全风化带，层号（2）：岩体风化不均匀，局部夹有中或微风化花岗岩球状风化体（俗称“孤石”）。埋深0.00～16.30 m，揭露厚0.70～12.20 m，平均7.28 m。标贯击数N＝31.0～48.0击，平均38.9击。

强风化带，层号（3）：岩体风化不均匀，呈半岩半土状，夹有大量中或微风化孤石。埋深0.80～24.20 m，揭露厚2.60～24.80 m，平均9.04 m。标贯击数N＝50.0～58.0击，平均52.7击。

中风化带，层号（4）：岩石裂隙发育，岩芯多呈块状－短柱状，局部碎块状，岩质较坚硬。埋深及厚度变化较大，埋深4.10～29.70 m；揭露厚0.70～10.40 m，平均4.76 m。

微风化带，层号（5）：岩石裂隙较不发育，局部见少量闭合裂隙。岩芯一般呈短柱状－柱状，岩质致密坚硬，锤击声脆。埋深5.40～35.20 m，揭露厚0.80～25.30 m，平均11.10 m。饱和极限抗压强度fr＝55.90～99.90 MPa，平均67.83 MPa。

2.1.3 地下水简况

地下水类型为松散层孔隙水和基岩裂隙水。

（1）松散层孔隙水：主要为上层滞水，赋存于人工填土、残积土层中，其富水性较差。主要接受大气降水、地表水的补给。

（2）基岩裂隙水：主要赋存于花岗岩风化裂隙之中，含水层无明确界限，主要分布于全、强风化带中，埋深和厚度不稳定，其透水性主要取决于裂隙发育、岩石风化程度和含泥量，水量一般不大。

场区内半数以上钻孔观测不到地下水位，部分观测到的钻孔中地下水混合稳定水位埋深1.20～13.30 m，水位标高23.21～47.94 m。

2.2 边坡稳定性分析

（1）组成边坡的岩土体主要为砂质粘性土、全－强风化花岗岩，其岩土结构类型属类土质边坡，部分地段坡面较潮湿，坡体结构面不发育，岩体整体性较好，风化程度较深。

（2）由于厂区建设开挖形成了较高的边坡，坡体开挖后地应力调整较大，易形成较大的松弛区，从而导致边坡的稳定性降低。

（3）花岗岩残积土和全－强风化层抗冲刷能力较弱，易形成冲沟，随冲沟的不断发育，坡面易发生崩滑地质灾害，影响坡体整体稳定性。

3 设计思路及岩土参数取值

3.1 设计思路

3.1.1 基本设计

本边坡为场地平整工程之山体防护，坡顶无建（筑）物，坡脚处为规划厂区。西南边中段长约140 m的一段边坡受用地范围限制，开挖坡率较陡，最陡处综合坡率超过1.5∶1。经计算分析比较，拟采用三级边坡：

（1）坡率：1∶0.3，1∶0.5，1∶0.75（以10 m高分级）开挖边坡，边坡处于不稳定状态，在边坡稳定性满足设计要求的情况下，若采用锚杆（索）加固，边坡整体加固措施（锚索）将会超出红线范围。

（2）若采用支护桩支护，则开挖边坡坡顶线及主体加固措施（预应力锚索桩）均未超出红线范围，仅局部少量防护措施位于红线范围之外，且边坡稳定性满足设计要求，因此设计采用支护桩支护。

3.1.2 防护措施

针对开挖边坡的地形及地质条件，对边坡进行针对性分段加固防护：

（1）边坡最高及较陡处（K0＋140～K0＋170）采用预应力锚索抗滑桩防护。

（2）边坡较高而坡率较缓处采用锚杆加固。

（3）边坡较低而坡率较缓处采用放坡防护。

（4）采用有效的排水措施，疏排边坡地下水及地表水，增加边坡的稳定性。

3.2 主要岩土参数取值

边坡力学参数取值参考有关试验值，并结合工程经验确定（表1）。

表1 边坡检算选用力学参数表Table 1 Chosen mechanical parameters for the slope stability calculation

该边坡的潜在破坏模式为沿圆弧滑动面滑塌破坏。根据分析计算，边坡工程未加固时，处于欠稳定状态，经过工程加固后，坡体的安全系数大于1.2，满足设计规范要求。

4 边坡设计及防护结构

4.1 设计方案

本工程安全等级为一级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10 g，考虑到本边坡属土质高边坡，且直接影响厂区内建（构）筑物安全的特点，根据《建筑边坡工程技术规范》及其他相关规范，推荐采用如下边坡支护方案：

（1）工况一：边坡高度小于10 m，K0＋000～K0＋105及K0＋325～K0＋380路段，边坡为一级坡，坡率1∶1～1∶1.25，采用拱架三维网植草（图1）。

图1 工况一K0＋340、K0＋050横断面图Fig.1 Cross section under the firstworking condition at K0＋340，K0＋050

（2）工况二：边坡高度大于10 m、小于20 m的路段，K0＋105～K0＋140路段，边坡为两级坡，第一级坡比1∶1～1∶0，采用锚杆格梁＋格梁内三维网植草防护，第二级坡比1∶1～1∶1.25，采用拱架三维网植草防护（图2）。

图2 工况二K0＋110横断面图Fig.2 Cross section under the second working condition at K0＋110

（3）工况三：边坡高度大于20 m、小于30 m的路段，K0＋140～K0＋170路段，为三级坡，第一级坡比1∶0，采用2 m×3 m的预应力锚索抗滑桩支护，第二级坡比1∶0.5～1∶0.75，采用锚杆格梁＋格梁内三维网防护，第三级坡比1∶0.75～1∶1，采用锚杆格梁＋格梁内三维网防护（图3）。

图3 工况三K0＋160横断面图Fig.3 Cr oss section under the thir d working condition at K0＋160

（4）工况四：边坡高度大于20 m，小于30 m的路段，K0＋170～K0＋210路段，为三级坡，第一级坡比1∶0～1∶1，采用锚杆格梁＋格梁内三维网防护，第二级坡比1∶0.5～1∶0.75，采用锚杆格梁＋格梁内三维网防护，第三级坡比1∶0.75～1∶1，采用锚杆格梁＋格梁内三维网防护或拱架三维网植草防护（图4）。

图4 工况四K0＋180横断面图Fig.4 Cross section under the f ourth working condition at K0＋180

（5）工况五：边坡高度大于10 m，小于20 m的路段，K0＋210～K0＋325路段，为两级坡，第一级坡比1∶1，第二级坡比1∶1～1∶1.25，第一级和第二级均采用拱架三维网植草防护（图5）。

（6）排水设计

①边坡顶部开口线外3 m设置矩形截水沟（0.6 m×0.6 m），每级边坡平台上均设置截水沟，采用M7.5浆砌片石砌筑，厚0.3 m。部分开口线位置紧邻红线，堑顶截水沟可贴近开口线外设置，整段截水沟需平顺连接。平台截水沟与堑顶截水沟连接。边坡顶截水沟和坡面急流槽排水与厂区排水系统衔接。

②边坡的坡脚设置排水沟。坡脚排水沟与厂区排水系统衔接。

③每级边坡平台上均设置平台截水沟，采用M7.5浆砌片石砌筑，厚0.3 m。小里程端设引流槽连通平台截水沟与堑顶截水沟，排除坡面汇水，引流槽形式与堑顶截水沟一致。

④K0＋125～K0＋215段设置一排斜孔排水，孔径φ100 mm，间距9 m，孔深20 m。排水孔填充软式透水管（φ90 mm），内端头用透水土工布包裹。

图5 工况五K0＋260横断面图Fig.5 Cross section under the fifth working condition at K0＋260

4.2 防护结构

4.2.1 预应力锚索

（1）锚索采用普通拉力型预应力锚索，锚索钻孔直径φ130 mm，注M30水泥砂浆。

（2）每孔锚索由4束φ15.24 mm，强度为1 860 MPa的高强度、低松弛预应力钢绞线制作。锚索长度20.0 m，锚固段长10.0 m；锚索设计拉力400 k N，超张拉力为440 k N。

4.2.2 砂浆锚杆

（1）锚杆主筋采用φ28的HRB 335钢筋，锚杆体钻孔直径φ100 mm，为全长粘接型，注M30水泥砂浆。

（2）11.5 m长的锚杆设计抗拔力为90 k N。

4.2.3 框梁及格梁

（1）锚杆格梁截面尺寸为0.3 m×0.3 m，每片锚杆格梁和锚索框梁的横梁长为6.0 m，施工时框梁与格梁每6 m设置一伸缩缝。格梁均采用C25混凝土浇注。

4.2.4 锚索抗滑桩

（1）锚索工艺要求同预应力锚索。

（2）桩身截面尺寸2 m×3 m，桩长18 m，采用C25混凝土浇注，间距6 m，桩顶设置一排拉力型预应力锚索，锚索长20 m，锚固段10 m。

（3）桩身采用C30混凝土浇注，混凝土粗骨料粒径不大于60 mm。桩底用1∶3的水泥砂浆铺底，厚100 mm。

4.2.5 挂网喷锚

（1）锚杆主筋采用φ28的HRB 335钢筋，锚杆长度为8.0 m，锚杆体钻孔直径φ110 mm，为全长粘接型，注M25水泥砂浆。锚杆间距为1.5 m×1.5 m。

（2）钢筋网铺设时每边的搭接长度不小于10 cm，喷射混凝土厚度12 cm，强度等级为C20。钢筋网两端需与抗滑桩整体连接。

5 结论

（1）对于广州地区较为普遍的花岗岩岩土质人工边坡，可以采用适当的加固方式，确保其稳定与安全。

（2）针对不同岩土条件、坡率和高度的人工边坡提出了5个不同工况条件下的边坡防护设计和治理方案。

（3）分别给出预应力锚索、砂浆锚杆、框梁及格梁、锚索抗滑桩和挂网喷锚的施工工艺、力学参数与使用范围。

（4）为广大从事工程地质、地质灾害、岩土工程设计的工作者提供了一个可借鉴的边坡治理案例。

［1]中华人民共和国国家标准.建筑边坡工程技术规范（GB50330－2002）［S].中国建筑工业出版社，2002（批准部门：中华人民共和国建设部）.

［2]中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程（JGJ120－2012）［S].中国建筑工业出版社，2012（批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部）.

［3]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范（GB50010－2010）［S].中国建筑工业出版社，2011（批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部）.

［4]中华人民共和国国家标准.砌体结构设计规范（GB50003－2011）［S].中国建筑工业出版社，2011（批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部）.

［5]中华人民共和国国家标准.锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086－2001）［S].中国计划出版社，2001（批准部门：中华人民共和国国家质量技术监督检验检疫总局、中华人民共和国建设部）.

［6]中华人民共和国国家标准.岩土工程勘察规范（2009年版）（GB50021－2001）［S].中国建筑工业出版社，2009（批准部门：中华人民共和国建设部、中华人民共和国国家质量技术监督检验检疫总局）.