新机场小区道路边坡支护

发表时间:2021/1/8   来源:《基层建设》2020年第25期   作者:林华李 李维光
[导读] 摘要:为了解决新机场小区道路开挖后稳定性问题,确保边坡安全及小区道路的正常通行,针对小区道路的实际状况,从技术、经济和安全等方面入手,通过支护方式比选,确定采用重力式挡墙的边坡支护方式;根据建筑边坡工程技术规范的规定,设计了挡墙的基本结构及其参数;评价了挡墙抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性。
        四川师范大学 工学院  成都  6010111
        摘要:为了解决新机场小区道路开挖后稳定性问题,确保边坡安全及小区道路的正常通行,针对小区道路的实际状况,从技术、经济和安全等方面入手,通过支护方式比选,确定采用重力式挡墙的边坡支护方式;根据建筑边坡工程技术规范的规定,设计了挡墙的基本结构及其参数;评价了挡墙抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性。边坡工程完工后19个月的实践证明,设计的重力式挡土墙的支护形式、参数合理,确保了新机场小区道路及其边坡的安全。
        关键词:边坡;重力式挡土墙;稳定性;设计
        1 引言
        建设在山区地区的住宅小区,通常出现大量的人工边坡。边坡地潜在危险源多,施工难度大,施工质量不易控制,甚至可能引发安全问题,边坡的稳定性已成为了山区住宅小区建设的重要课题[1]。对边坡滑坡问题,针对不同的工程条件,采取的有效方法是加固边坡,确保其稳定性;重力式挡墙、排桩式锚杆挡墙、桩板式挡墙、抗滑桩等是常见的边坡支护方式[2-5],但每种支护方式都有其适用条件。本文以新机场小区道路上侧最大高度15m、长度47m的岩土质边坡为例,从技术、经济和安全等方面,对小区道路边坡支护方案进行了比选,选择了边坡支护方式,设计了支护参数,验证了边坡设计的合适性和可靠性。
        2 工程概况
        新机场小区道路位于成都平原东南部侵蚀堆积高阶地与低山接壤处,区域内地形较平缓,沟谷及沟渠、坳沟发育,土层、岩层产状均为水平,坡度27~35°的斜坡体处于稳定状态,坡上树木茂盛。自上而下地层岩性分述如下:
        (1)碎石土:表覆碎石及少量含砾粉质粘土,结构松散~稍密,灰褐色,软塑状,呈透镜状分布于区内一些低洼沟槽内,厚0~3.5m,平均厚度1.7m。
        (2)粉质粘土:棕褐色、棕黄等色,硬塑状,包含着少量砂泥岩质卵石,厚5.4~9.2m,平均厚度7.8m。
        (3)泥岩夹砂岩互层:暗紫红~灰绿色,泥质结构,以黏土矿物为主要组成部分,易风化剥落,土状,厚2.4~4.2m,平均厚度3.2m;下属弱风化砂岩,状层,灰白色~砖红色,5.6~9.3m,平均厚度7.6m。
        (4)细砂岩:厚层状结构构造,矿物组成成分大部分是石英、长石,岩质较硬,节理较不发育,岩体较完整、稳定。
        各岩土层主要物理力学参数如表1所示。
        表1  岩土层主要物理力学参数
        3 道路边坡支护方式选择
        小区道路设计标高+498.54m,需要在大致垂直于坡度27~35°的斜坡体倾向上上开挖土方形成,道路上侧形成最大高度15m的路堑边坡,。根据规定[6-7],结合边坡规模、岩土层条件、地质条件、环境状况等因素,遵循可行、安全、经济、便捷的原则,拟选用重力式挡墙和悬臂式挡墙两种支护方案。从支护方案边坡环境条件、边坡高度、安全等级等方面对比分析,综合选择重力式挡墙支护结构支护道路边坡。如表2所示。
        表2  重力式挡墙和悬臂式挡墙对比
        4 边坡支护设计及稳定性验算
        4.1 边坡支护高度设计
        按照设计规范[7]规定,重力式挡墙支护许可的土质边坡高度不大于10m,设计采用边坡上部5m高度放坡,放坡坡率1:1.15~1:1:25;坡脚有2m宽度的平台,并设排水沟;下部10m高度重力式挡墙支护的支护结构,其中5m高度的重力式挡墙位于泥岩或砂泥岩互层中。如图1所示。
        4.2 挡墙墙身构造设计
        (1)墙材料
        重力式挡土墙可以使用浆砌块石、浆砌片石、条石和混凝土。考虑到小区道路、边坡的安全等级,设计选择的挡墙材料为混凝土,混凝土强度等级为C20。
        (2)墙坡度
        重力式挡土墙的仰斜墙背坡度设计为11:0.25。
        俯斜墙背坡度一般为1:0.25~1:0.40,地面横坡比较陡峭时候墙面坡度通常为1:0.05~1:0.20,设计背坡倾斜坡度为1:0.20;墙底倾斜坡率为0.201:1。
        图2  重力式挡墙结构
        (3)墙顶宽度
        按照设计规范[7],混凝土墙顶宽度不应小于400mm,设计墙顶宽度为500mm。
        (4)墙身深入深度
        为了确保小区道路及其边坡的安全,设计墙身深入到高速公路路面以下的深度为1000mm。
        重力式挡墙结构如图2所示。
        4.3 挡墙稳定性验算
        (1)抗滑移稳定性
        按照设计规范[7],如图3左图所示,挡墙抗滑移稳定性系数
 
        式中,Fn为挡土墙抗滑移稳定系数;En、G分别为挡土墙每延米主动土压力的合力、自重,KN/m; α、α0—分别为墙背与墙底水平投影的夹角和挡土墙底面倾角,(°);δ—墙背与岩土的摩擦角,(°),按照设计规范[7]选用;μ—挡土墙底与地基岩土体的摩擦系数,通常按照表1来确定,也可按照设计规范[7]选用。
 
        图3  挡墙抗滑移、抗倾覆稳定性验算图
        采用理正岩软件进行稳定性计算,由于算得滑移力为-179.197kN,抗滑力为 447.993kN;滑移力为负值,挡土墙抗滑移稳定安全系数符合设计规范要求。
        (2)抗倾覆稳定性
        根据设计规范[7] ,如图3右图所示,挡土墙抗倾覆稳定性系数
 
        式中,Ft为挡土墙抗倾覆稳定系数;b、x0分别为挡土墙底面的水平投影宽度和挡土墙中心到墙趾的水平距离,m;z为岩土压力作用点到墙锺的竖直距离,m。
        计算抗倾覆稳定性时得到的倾覆力矩为0,抗倾覆力矩等于 2832.595kN/m,抗倾覆稳定系数也符合设计规范要求。
        4.4排水工程设计
        为了疏通墙体后面岩土体中水及下渗到积水,避免墙体受到额外的静水压力而导致支护破坏,必须设计挡土墙的排水设施。
        (1)挡土墙上方、边坡顶部设置地面排水沟渠,截引地表水。在挡土墙上方中间平台、边坡顶部设计排水沟,排水沟设计呈梯形,上宽500mm、下宽400mm、深300mm。
        (2)挡土墙要每隔10~15m设置一道沉降缝,避免挡土墙沉降不均匀产生裂缝而渗水。
        (3)在墙体上、下、左、右每隔3m左右梅花状设置一根直径50mm由里向外倾斜的泄水管,泄水管有一个向外倾斜角度为2°,方便积水流出。如图2所示。
        (4)夯实墙后填土,防止地表水及雨水的下渗。
        (5)挡土墙趾前的边沟应该铺砌加固,防止边沟水渗入基础,影响边坡稳定。
        5 效果
        高速公路施工时,严格按照施工设计施工,加强支护施工过程控制,确保支护施工质量。边坡工程完工后19个月的实践证明,挡土墙未出现裂缝现象,附近公路未出现沉降现象。挡土墙支护工程满足设计使用要求,保证了安全。
        6 结论
        (1)根据新机场小区道路实际和边坡支护设计原则,确定采用混凝土浇筑的重力式挡土墙支护方式,设计了重力式挡土墙结构和基本参数。
        (2)运用北京理正软件,对重力式挡土墙进行了抗滑移稳定性、挡土墙抗倾覆稳定性验算,保证了重力式挡土墙的参数设计和验算结果是符合规范要求。
        (3)实践表明,挡土墙支护工程设计合理,保证小区道路及其上方边坡的安全。
        参考文献
        [1]王大伟,沈鹏. 高速公路改扩建工程路堑高边坡支护机理与效果[J]. 长安大学学报(自然科学版),2017,37(5):39-46.
        [2]雷用. 建筑边坡工程手册[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2018.
        [3]冯杰,刘博. 道路施工中边坡支护技术的应用[J]. 公路交通科学(应用技术版),2020(5):268-269.
        [4]刘兴,付厚利,秦哲,等. 深基坑边坡支护方案的设计与分析[J]. 建筑技术,2019,50(03):298-300.
        [5]肖淑君,彭卫平. 某深大基坑支护设计方案选型分析[J]. 湖南大学学报(自然科学版),2018,45(50):190-196.
        [6]DB51T5072-2011,成都地区基坑工程安全技术规范[S].
        [7]GB 50330-2013,建筑边坡工程技术规范[S].
        作者简介
        林华李(1997-),四川成都人,在读硕士研究生,主要从事矿山与地下工程安全研究。四川省成都市龙泉驿区成龙大道1819号,邮编610101。E-mail:1464485497@qq.com。
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