边坡设计方法

边坡施工图设计方法建筑四所曾鼎华边坡的概念岩土体在自然重力作用或人为作用而形成的具有倾斜度和临空面的坡体。边坡的分类土质边坡：主要由土体组成。高度超过8米时应进行方案论证，高度超过15米时应组织专家进行论证。(重庆市建委166号文)岩质边坡：主要由岩体组成。高度超过15米时应进行方案论证，高度超过30米时应组织专家进行论证。混合边坡：上部为土层，且土层厚度不超过5米的边坡。高度超过12米时应进行方案论证，高度超过25米时应组织专家进行论证。边坡设计的步骤熟悉场地情况和地勘资料确定边坡的破坏形式，根据破坏形式选择合适的支挡方案根据支挡方案计算土压力，根据平面和剖面布置情况确定支挡结构上的内力边坡设计对地勘报告深度的要求勘察范围：不仅仅是红线范围内，还应包括坡顶一定范围（土质边坡为1.5倍坡高，岩质边坡为1倍坡高）对边坡的描述：岩性，风化程度，完整性，结构面等边坡所在位置的地质剖面：审查时一般要求将支挡结构画在地质剖面图上，以便直观判断岩层情况边坡设计对地勘报告深度的要求坡顶是否有建筑物，其层数，基础形式及结构形式。是否有重要管线，如军事电缆，燃气管道，高压铁塔等边坡设计需要掌握的参数：破裂角、等效内摩擦角（又称综合内摩擦角）、结构面的抗剪参数（c，φ值）、岩石单轴抗压强度标准值、基底摩擦系数、基床系数等各段边坡的破坏模式及稳定性分析，建议采用的支护方式等边坡设计对地勘报告深度的要求破裂角：根据摩尔-库伦理论，假定岩体有沿一个假定的面滑动的趋势，主要用来计算岩体对支护结构的侧向压力及判定稳定岩体位置。理论解θ=45º+φ/2，φ为岩体内摩擦角。一般较完整的砂岩θ可取63º，泥岩可取55º。当存在外倾结构面时破裂角取外倾结构面和45º+φ/2的较小值。计算侧向岩石压力时需要将c取0，用等效内摩擦角φd来计算，否则计算出的侧压力值可能为负值。边坡设计对地勘报告深度的要求第二破裂面：当俯斜式重力式挡墙的墙背坡度较平缓时，会出现不同于经典破裂面的第二破裂面。采用理正岩土软件在计算衡重式挡墙的上墙时有时会出现这个概念。俯墙临界面与铅直线的夹角可用下式计算：εcr=45º-φ/2-(arcsin(sinβ/sinφ)-β)/2边坡设计对地勘报告深度的要求结构面的抗剪强度c，φ值：一般根据规范取c=50kPa，φ=18º。稳定性分析方法（破坏模式）定性分析：工程类比法（经验法）、地质力学分析法（如赤平投影法）定量分析：极限平衡法（属于刚体分析理论，需要假定滑动面或真实滑动面存在）、数值分析法（用于复杂边坡或存在建筑与边坡协同作用的边坡，可计算边坡位移）岩质边坡的破坏类型沿岩体层面或裂隙滑动（顺向坡，切向坡，逆向坡的概念）强度控制：除了极软岩外岩体自重不易将中风化岩石剪断，岩体强度不是控制边坡稳定性的决定性因素。岩质边坡的结构面及产状结构面：包括岩体的层面、裂隙等岩层的三要素：走向、倾向、倾角利用赤平极射投影分析边坡与结构面的相对关系显得更直观。赤平极射投影简介定义：赤平极射投影简称赤平投影，主要用来表示线、面的方位，相互间的角距关系及其运动轨迹，把物体三维空间的几何要素（线、面）反映在投影平面上进行研究处理。特点：方法简便、直观、是一种形象、综合的定量图解。在工程地质上，用来表示优势结构面或某些重要结构面的产状及其空间组合关系；在分析岩体稳定性时，还可利用其来表示临空面、边坡面、工程作用力、岩体阻抗力及岩体变形滑移方向等。赤平极射投影简介投影要素1.投影球2.赤平面:过投影球球心的水平面3.基圆:赤平面与球面相交的大圆（赤平大圆）。凡过球心的平面与球面相交的大圆，统称为大圆，不过球心的平面与球面相交所成的圆统称小圆。4.极射点:球上两极发射点，分上半球投影和下球投影赤平极射投影简介赤平极射投影简介投影原理任何一个过球心的无限伸展的平面（岩层面、断层面、节理面或轴面等）和线，必然与球面相交成球面大圆和点。球面大圆与极射点的连线必然穿过赤平面，在赤平面上这些穿透点的连线即为该平面的相应大圆的赤平投影，简称大圆弧。赤平极射投影简介投影原理1.线的投影：直线(OG)产状：90°∠40°,投影到赤平面上为H点。OD为直线的倾伏向，HD为倾伏角。2.平面的投影：平面(PGF)产状:SN/90°∠40°,投影到赤平面上为PHF。PF代表走向，OH代表倾向，DH代表倾角。线的投影面的投影赤平极射投影简介分析之一：一组结构面与坡面的边坡稳定性分析赤平极射投影简介分析一：一组结构面与坡面的边坡稳定性分析赤平极射投影简介分析之二：两组结构面与坡面走向基本一致稳定性分析分析之三：两组结构面与坡面走向斜交的稳定性分析赤平极射投影简介岩质边坡的支护类型锚杆挡墙：板肋式：仅有肋柱和压顶梁。格构式：相对板肋式增加了横向联系梁，形成了框架体系。有时为了绿化考虑，将框架与地面斜交。排桩式：将肋柱加大，采用钻孔桩或挖孔桩进行逆作法施工。类似于加锚杆的桩板式挡墙。岩质边坡的支护类型锚喷支护（系统锚杆，随机锚杆）：适用于整体稳定的岩质边坡，边坡坡度一般小于坡率法中的放坡系数。主要作用是防止坡面风化、雨水冲刷及局部掉块。锚钉钻孔直径一般为70或90，锚筋为1根直径14~20的钢筋，长度为2~5米，角度尽量与边坡坡面呈大角度斜交。土质边坡的破坏类型平面滑动：适用于砂性土。圆弧滑动：适用于粘性土。需要搜索最不利滑动面。土压力的分类静止土压力：挡墙的高度较大，在土压力作用下基本不动时所产生的推力。地下室挡墙一般采用此推力进行计算主动土压力：挡土墙在土体推力作用下向前移动或绕墙趾转动时土作用在墙背上的推力。砂土达到主动土压力的的位移量为0.5%H，粘土达到主动土压力的的位移量为1~2%H（H为墙高）土压力的分类被动土压力：挡墙在外力作用下向土体方向移动或绕墙趾转动所产生的推力。砂土达到被动土压力的的位移量为5%H，粘土达到被动土压力的的位移量为10%H（H为墙高）。一般用于桥台的计算。土压力的分类被动土压力一般对支护设计有利，在计算时应考虑到其产生的前提条件是土体变形很大，须适当进行折减。桩前土体及重力式挡墙墙趾前土体所产生的被动土压力值一般较小，仅可作为安全储备。土压力的计算理论库仑土压力理论：基本假定：1、挡土墙是刚性的，墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）；2、滑动破坏面为一通过墙踵的平面。3、滑动楔体为刚体。库仑土压力理论的理论公式仅直接适用于无粘性土，当为粘性土时需将c、φ值换算为等效内摩擦角：由于库仑土压力理论考虑了墙背与土之间的摩擦力，故可用于墙背倾斜，填土面倾斜的情况。2/45cos/2tanarctanhcd土压力的计算理论郎肯土压力理论基本假定：1.墙背垂直2.墙背光滑3.填土表面水平土压力的计算理论用库仑土压力公式计算主动土压力，用郎肯土压力公式计算被动土压力。土压力的计算理论主动土压力计算公式aaKHE2γ21=查表),δ,β,α(fKa=δα+与水平面夹角为HCa31=aaazKdzdEγσ==其中作用点位置：应力沿墙高的分布：合力方向：主动土压力系数：)/(mkN土压力的计算理论被动土压力计算公式对于无粘性土：对于粘性土：p2O22ppO21pKγH21=）2α+45（tgγH21=P总的土压力为：γzK=）2α+45（γztg=σ=p被动动土压力强度为pppppOOpKcHKHPKczKtgcztgp2γ212γ2α4522α45γσ221+=+=+++==总的土压力为：）（）（被动土压力强度为：特殊情况下的土压力有限范围填土压力：计算结果一般较主动土压力大，其值介于主动土压力和静止土压力之间。土质边坡的支护类型重力式挡墙（分直立式，俯斜式，仰斜式，衡重式）仰斜式俯斜式直立式衡重式土质边坡的支护类型悬臂式挡墙（高度超过6米时一般要增加垂直于挡板的扶壁，称扶壁式）锚定板式，加筋土挡墙（在填方区采用，随着土层的逐渐回填，挡墙也逐渐完成）土钉墙：另一种形式的重力式挡墙，土钉一般间距0.8~1.5米，长度可达10~20米，一般用于挖方区。悬臂式扶壁式锚定板式重力式挡墙的设计重力式挡墙较为常见，一般采用条石砌筑或采用毛石混凝土浇筑，当场地无石头时采用素混凝土浇筑。重力式挡墙高度在6米以下时较为经济，当高度超过6米时经济性急剧下降。重力式挡墙的底面宽度一般为其高度的0.4~0.5倍，占地较宽，体积较为庞大，施工时需大面积开挖基槽，对于场地狭窄的区域难以适用。重力式挡墙的设计仰斜式，直立式，俯斜式三种挡墙的用途各不相同：仰斜式的背侧土压力最小，直立式居中，俯斜式最大。相同高度时挡墙的体量仰斜式最小，俯斜式最大。仰斜式挡墙因后侧填土施工稍困难，一般用于挖方区边坡的坡面护坡，有时也可用于较高的填方边坡。俯斜式挡墙的占地面积最小，在挖方区有一定的优势，特别是在山坡上时重力式挡墙设计的注意事项墙底持力层的选择：挡墙高度超过5米时基底反力较大，一般土层不能满足要求，必要时应采用扩展基础。当以填土层作为持力层时应特别注意，因重力式挡墙在使用过程中本身就有一定的变形，若基底发生沉降则可能产生危险。一般要求做换填处理：若岩层埋深较浅（3米以内）则可采用素混凝土垫高至岩层，若岩石埋深较深则可采用砂夹石等材料进行换填，但应注意计算换填的深度（1.5~2.5米）及范围（根据扩散角）。当承载力相差太多时可考虑采用桩基加承台梁来抬挡墙。若设计得当其造价将低于桩板式挡墙。重力式挡墙设计的注意事项重力式挡墙的材料：就设计角度来讲，显然素混凝土和毛石混凝土整体性及抗剪强度都要好于条石。毛石混凝土中的毛石可以起到降低水化热的作用，同时可以降低造价。从完成后的效果来看，条石挡墙有一定景观效果，一般甲方偏于选择条石；若采用混凝土浇筑则可能存在后期重新贴石材的问题，价格反而可能偏高。桩板式挡墙设计桩板式挡墙，可以嵌入岩层中，也可嵌入土中作嵌固端，但嵌入土层时应注意控制变形。经常采用悬臂式，当土压力或滑坡推力较大时也可以结合锚杆或锚索一起使用，可大大降低桩身截面和配筋。锚杆或锚索在新填土层中应谨慎使用，因填土沉降对锚杆会形成横向加载，锚杆或锚索设计为受拉构件，抗剪能力较弱，实际使用中可能会被剪断，特别是锚索带有预应力，对横向受力非常敏感。桩板式挡墙设计桩板式挡墙设计的几个常用的参数：基床系数：又分k法（嵌固端为岩层时）和m法（嵌固端为土层时）。K值由地勘提供，一般泥岩取50~100kN/m3，砂岩取150~200kN/m3桩的截面尺寸取值：悬臂桩截面高度不小于悬臂高度的1/6，截面宽度取截面高度的1/2~2/3。常用截面尺寸有1.2x1.5米，1.5x2米，2x3米等。嵌岩深度：规范要求嵌入岩石时不小于总桩长的1/4，嵌入土层时不小于总桩长的1/3。根据经验来看，一般嵌入岩石时的深度为总桩长的1/3左右，嵌入土层时为总桩长的1/2左右。桩板式挡墙设计桩距可取桩距的3~8倍。根据工程经验，经常采用的桩距为3~5米（中距），否则挡板很难设计。挡板厚度一般取200~300mm，根据桩的截面尺寸及间距，可考虑桩后侧的土拱效应对挡板上的土压力进行折减。建议挡板不要做成与桩外表面平齐，以退进300~500为佳。一是因为钢筋不容易锚固，二是成型后表面较为难看，三是桩间的槽便于做成花池。挡板应嵌入地面以下300~500。桩底计算假定：根据桩嵌入岩土层的土性、岩质及埋入深度等确定桩底计算假定为自由、铰接或固端。嵌入岩石时一般考虑成铰接或固端，嵌岩深度为1~3倍桩径时考虑为铰接，3倍以上为可按嵌固考虑。桩板式挡墙设计桩板挡墙应控制桩顶位移不大于悬臂长度的1/100，并不宜大于100mm，地面位置桩的位移不宜大于10mm。控制桩嵌岩部分的侧向反力不应超过岩石地基承载力特征值的0.5倍。根据《铁路路基支挡结构设计规范》10.2.13条的规定，抗滑桩可不进行裂缝宽度计算。压顶梁对于增强桩的整体性具有很大作用。宽度一般取同桩截面高度，高度取宽度的1/2~1/3。注