第三章-边坡支护设计

第3章边坡防治措施及设计3.1概述3.2防治措施3.3支护设计3.1概述防治目标：是减灾、防灾、保护环境。防治原则：以防为主，治理为辅。应该把防灾贯穿到工程建设的各个环节，在工程规划选址、设计、施工各阶段均应注重防灾减灾。例如灾害预测及危险性评估正体现了这一原则。防治指的是预防与治理两方面：①滑坡预防：指的是滑坡灾害没有产生以前，人们已经了解其存在的危险性和危害性，并采取相应的措施加以防范，使滑坡损失降至最小程度。预防是以勘察分析、预测预报、动态监测为基础，同时提出有效的预防措施及相应的设计施工工作。②滑坡治理：指的是对潜在不稳定体采取有针对性的工程措施，确保其稳定，从根本上消除隐患。治理是一项工程，它包括对灾害体的勘察、评价，提出经济合理的工程措施，并付之实施。3.2防治措施1防预措施（1）绕避：改线（2）防渗与排水：地表排水：排水沟、坡面防渗地下排水：盲沟、排水洞、排水孔（3）拦截：拦石墙、防护网（4）监测预警12治理措施（1）排水措施：（同上）（2）削方、堆：格栅（室）护坡（3）支挡工程：挡墙、挡土桩、抗滑桩、地下连续墙（4）锚固工程：单一锚杆（索）挂网+喷浆+锚杆（索）、构+锚杆（索）（5）支挡、锚固结合形式：桩+锚桩+墙（板、梁）（6）坡面防护：横向护坡、植基绿色护坡（7）其它：固结灌浆阻滑键（栓）1、消除和减轻地表水和地下水的危害在水利水电工程中，水的作用，往往是导致边坡变形破坏的主要因素。（1）为防止外围地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟；（2）在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟。（3）截、排水沟如修在岩坡上，沟底裂隙应用灰浆沟缝；（4）如修在覆盖层上，应用浆砌片石铺砌，以防水流下渗。（5）岩质边坡面可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。排除地下水的措施很多，应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。常用方法有：1）水平钻孔疏干；2）垂直孔排水；3）竖井排水；4）隧洞排水；5）支撑盲沟。3边坡处治的本质2、改变边坡岩土体的力学强度提高边坡的抗滑力，减小滑动力以改善边坡岩土体的力学强度，常用的措施有：1）削坡减载；2）边坡人工加固。削坡减载：用降低坡高或放缓坡脚来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度，而阻滑部分岩土体不应该削减。边坡人工加固：①修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体；②钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑制程工程；③预应力锚杆或锚索；④固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度；⑤锚固洞、抗滑键以提高边坡岩体强度；⑥用预裂爆破、减震爆破等控制爆破技术防止岩土体强度的削弱。3、护坡岸坡、高陡边坡：灰浆抹面、浆砌石、草皮护坡等。3.3支护设计1、坡率法及减重设计2、重力式抗滑挡土墙设计3、抗滑桩设计4、锚杆（索）设计5、格构加固边坡设计1、坡率法及减重设计在边坡设计中，如果通过控制边坡的高度和坡度而无须对边坡进行整体加固就能使边坡达到自身稳定的边坡设计方法，通常称之为坡率法；坡率法是通过控制边坡的高度和坡度，使边坡对所有可能的潜在滑动面的下滑力和阻滑力处于安全的平衡状态。工程中又称为削坡(或刷坡)，如图所示。坡率法可分别与沙袋堆码、销钉边坡、锚板支护等方法联合应用，形成组合边坡。当不具备全高放坡时，上段可采用坡率法，下段可采用土钉墙、喷锚、挡土墙等方法以稳定边坡。在滑坡处治技术中，与减载相对应的另一种技术是堆载阻滑技术，它是通过在滑坡的阻滑段(一般在滑坡的下部)堆载来提高滑坡的阻滑力以使滑坡处于稳定的方法，这两种方法都是公路滑坡处理中最直接、最有效的方法，在公路滑坡处治中被广泛采用。岩质边坡削坡坡率根据调查统计资料表明，当滑动面为如下几种情况时，边坡仅在重力作用下，软弱面的倾角大于其内摩擦角而小于边坡坡角时是最危险的软弱面：(1)粘土岩、粘土页岩、泥质灰岩、泥质板岩等泥化层面时，滑动倾角为9°~12°；(2)砂岩层面或砾岩层面时，滑动倾角大于30°~35°：(3)无泥质充填物的结构面时，滑动倾角为30°~75°(大多35°~60°范围)。在进行稳定性计算时如没有试验数据，可参考下表取值。土质边坡削坡坡率削坡稳定性验算：采用边坡稳定性计算方法进行验算，滑动面的确定及安全系数计算方法与前面讲述的一致。2、抗滑挡土墙设计抗滑挡土墙是目前整治中小型滑坡中应用最为广泛而且较为有效的措施之一。从结构型式上分，有：(1)重力式抗滑挡土墙；(2)锚杆式抗滑挡土墙；(3)加筋土抗滑挡土墙；(4)板桩式抗滑挡土墙；(5)竖向预应力锚杆式抗滑挡土墙等型式。从材料上分，有：(1)浆砌条石(块石)抗滑挡土墙；(2)混凝土抗滑挡土墙(浆砌混凝土须制块体式和现浇混凝土整体式)；(3)刚筋混凝土式抗滑挡土墙；(4)加筋土抗滑挡土墙等。抗滑挡土墙常用断面形式抗滑挡土墙设计流程抗滑挡土墙设计与计算1.滑坡荷载的确定（1）采用传递系数法计算滑坡推力（剩余下滑力）；（2）附加荷载的确定（坡面超载、静水压力、渗透力、地震力等）（3）设计推力的确定：当滑坡推力小于墙后主动土压力时，应把主动土压力作为设计推力进行设计，但当滑坡推力的合力作用点位置较主动土压力的作用点高时，抗滑挡土墙的抗倾覆稳定性取其力矩大者进行验算。2.挡土墙平面尺寸及高度的确定（1）平面尺寸；挡土墙墙面坡度常用1:0.3~1:0.5，有时更缓1:0.75~1:1.基底常做成反坡或锯齿形，有时为了增加挡土墙的稳定性和减少墙体圬工，还在墙后设置1~2m宽的衡重台或减荷平台。（2）高度的确定：合理墙高应保证滑坡体不发生越过墙顶的滑动，采用试算的方法确定。3.基础的埋深4.基底应力及地基强度验算从上述分析可知，合力偏心距e0直接影响到基底应力的大小和性质(拉或压)，如e0过大，即使基底应力小于地基容许承载力，但由于墙趾压应力σ1与墙踵压应力σ2相差过大，亦可能引起基础产生不均匀沉陷，从而导致墙身过分倾斜，为此应控制偏心距。偏心距e0应符合下列要求：土质地基：eo≤B/6；石质较差的岩石地基：eo≤B/5；坚硬的岩石地基：eo≤B/4。5.抗滑稳定性验算当Kc＜[Kc]，表明挡土墙的抗滑稳定性不足，可考虑采用下列措施，以增加其抗滑动稳定性。1．采用倾斜基底，设置向内倾斜的基底，可以增加抗滑力和减少滑动力，从而增加抗滑稳定性。基底倾角，对于土质地基不陡于1：5；对于岩石地基不陡于1：3。2．采用凸榫基础，在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫，与基础连成整体，利用凸榫前土体所产生的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性。3．更换基底土层，以增大基础底面与地基之间的摩擦系数。4．改变墙身断面形式和尺寸，以增大垂直力系，但单纯扩大断面尺寸，收效不大，也不经济。5.抗倾覆稳定性验算墙趾总的稳定力矩与总的倾覆力矩之比称为抗倾覆稳定系数．用K0表示。6.墙身断面强度计算验算重力式挡土墙一般均属于偏心受压，故截面强度应按偏心受压构件进行验算：通常选择一两个控制性断面进行墙身应力和偏心距验算，如墙身底部、二分之一墙高和断面形状突变处。3、抗滑桩设计抗滑桩优点：①能充分发挥抗滑结构的材料强度、安全可靠、经济性好等优点。②它具有抗滑能力大，圬工数量小。③桩位布置灵活，可设在滑坡体中最有利抗滑的部位，可单独使用，也可与其他建筑物配合使用。④施工方便、安全、设备简单、对场地的扰动破坏小、施工进度快、施工质量好。⑤开挖桩孔时能校核地层情况，便于对原方案进行检验和动态化分析，信息化施工，使其更符合工程实际。⑥可以和预应力锚索(杆)结合应用。适用性：抗滑桩适用于裂隙不太发育、完整性较好的缓倾斜中厚岩体、滑动面较单一倾角较小的滑坡，同时要求有一个明显的滑动面，滑面以下为完整的基岩（或密实的基础）能提供足够的抗力。不适用于软塑体滑坡。抗滑桩可以成群布置，如互相联结的桩排、互相间隔的桩排、下部间隔而顶部联结的桩排等，形式多样，各种地形地质条件皆可适用，因此，在滑坡整治工作中，抗滑桩发挥着极大的作用，且发展潜力大。但是，抗滑桩不适用于软弱塑性体滑坡，耗费钢材也较多。抗滑桩设计要求：抗滑桩是一种特殊的侧向受荷桩，在滑坡推力的作用下，桩依靠埋入滑动面以下部分的锚固作用和被动抗力，以及滑动面以上桩前滑体的被动抗力来维持稳定。使用抗滑桩最基本的条件是：滑坡具有明显的滑动面，滑动面以上位为塑流性的地层，能够被桩所稳定；滑动面以下为较完整的基岩或密实的土层，能够提供足够的锚固力；在可能的条件下，尽量利用桩前地层的被动抗力，效果最显著，最经济。（1）整个滑坡体有足够的稳定性，即抗滑稳定安全系数满足设计要求值，保证滑体不越过桩顶，不从桩间挤出。（2）桩身要有足够的强度和稳定性，桩的断面和配筋合理，能满足桩内应力和桩身变形的要求。（3）桩周的地层抗力和滑体的变形在容许范围内。（4）桩的间距、尺寸、埋深等都较适当，保证安全、方便施工，并使工程量最省。抗滑桩设计程序抗滑桩计算关键点：（1）力学分析模型：悬臂桩法、地基系数法近似计算，坡体推力可按传递系数法计算弹性地基梁法k法——k保持常数（硬质岩层、未受扰动的硬粘土层）m法——m保持常数，k沿深度线性变化（硬塑－半坚硬的砂粘土、碎石土等）nyy)(mk0＝水平弹性地基系数：（近似）（2）弹性桩与刚性桩的区别αh2≤2.5为刚性桩αh22.5为弹性桩5pmBEI＝桩身变形系数m法：k法：βh2≤1.0为刚性桩βh21.0为弹性桩桩身变形系数4p4kBEI＝圆形矩形＝)1(9.01BdbP圆形矩形＝)5.05.1(9.05.05.1BdbPb/d≤1时b/d1时bBP土中桩刚弹性分辨点（3）桩端（底端）边界条件xyQ0M0B（i）自由端：M=0；Q＝0（ii）铰支端：M=0；x＝0（iii）固定端：φ=0；x＝0（4）具体算法刚性桩法计算：桩体绕桩身某一点发生刚性转动，有转角及转动中心位置两个未知量，根据静力平衡条件直接解得。前提：若桩体刚度相对周围岩土体大得多，视为刚性体，不计自身挠曲变形。内容：主要分析段为锚固段，包括桩侧抗力分布模式、桩身剪力与弯矩分布模式。用弹性地基梁理论计算弹性桩法：基本法、无量纲法基本法：无量纲法：基于弹性桩的线弹性小变形假定计算方法详见“抗滑桩设计”4、锚杆（索）设计即：在稳定性分析计算式中，将锚拉力引入抗滑力部分。（1）按规范规定的稳定安全系数，计算所需要的抗滑力，即为锚杆（索）应该提供的锚拉力。（2）剩余下滑力即为锚固力。计算方法：剩余下滑力=下滑力×Fs﹣抗滑力关键在于分析锚拉力对于边坡稳定的作用设计安全系数极限平衡分析力学分析模型主要目的：计算锚拉力1、锚固力计算瑞典圆弧滑动：当施加一加固力T后，则安全系数计算公式为：tan[(cos)cos]sinsiniiisiicLWUTFWT式中：T——施加于边坡上的加固力；θ——锚杆轴线与滑动面的垂直夹角。由此，可推算出边坡满足许用安全系数[Fs]时，所需施加的锚固力的计算公式为[]costancos[]sincostansiiiiisFWWUcLTF平面剪切破坏对于验算不稳定的边坡，假如对滑体施加一加固力T，则可得加固后边坡的安全系数计算式为122cossinsin()tansincoscos()scLWUUTFWUT抗滑力下滑力12(sincostan)tancossintancossin()tansssWFUUFcLTF可推算出边坡满足许用安全系数[Fs]时，所需施加的锚固力的计算公式为多滑块平面剪切破坏如果考虑作用在边坡上的加固力T，则安全系数计算公式为11112111111211cossin()sintansincos()cosscLWPUTFWPT1111212111111111sincostancos()sin()tantancossintansssWFPFUcLTF