【摘要】某山區(qū)幼兒園建設(shè)，對后側(cè)山體開挖后，邊坡陡峭，高度大，坡面若不進行防護，安全隱患很大。因此，安全的防護設(shè)計是幼兒園區(qū)建設(shè)和生命財產(chǎn)的有力保障。
【關(guān)鍵詞】建筑邊坡 框格梁預(yù)應(yīng)力錨桿 擋土墻
中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
1 工程概況
該幼兒園項目屬于某山區(qū)下山移民安置區(qū)內(nèi)的配套項目，擬建教學(xué)樓及綜合用房等共5幢，地上1-3層，擬招生人數(shù)110人。設(shè)計±0.000標(biāo)高387.60m，場地已按設(shè)計標(biāo)高平整開挖，且場地后側(cè)形成邊坡，邊坡高度5.0～23m不等，分二級放坡，下方坡率約1:1.0，上方坡率約1:0.75～1:1.0，中間平臺標(biāo)高約400.14～406.58m。將開挖的邊坡按平面劃分為四段：AB、BC、CD、DE段，見平面布置圖。
圖1 平面布置圖
2 邊坡地質(zhì)條件及地震
2.1地形地貌
原始地貌屬剝蝕殘丘地貌單元和山間坳地。邊坡高度5.0～23m不等。
2.2氣象、水文
屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖濕潤、四季分明。雨量充沛年降水量1721.3毫米。無地表水。地下水主要為基巖風(fēng)化裂隙水，水位不穩(wěn)定，無統(tǒng)一地下水位，主要受季節(jié)性降水補給影響。
2.3地震
地震基本烈度為6度，學(xué)校為重點設(shè)防類工程，建筑物應(yīng)按7度設(shè)防。擋土墻工程分別按6度和7度驗算。
2.4地層巖性
邊坡體出露地層簡述如下：
②粉質(zhì)粘土：磚紅色，流塑狀，很濕～飽和，粘性強。
③-1全風(fēng)化凝灰?guī)r：灰黃色、磚紅色，軟塑～流塑，很濕～飽和。
③-2強風(fēng)化凝灰?guī)r：灰黃色，中密，破碎，巖芯呈砂土狀、碎石土狀。
③-3中風(fēng)化凝灰?guī)r：灰黃色、灰青色，巖石堅硬，有一定硅化。較破碎～較完整，節(jié)理發(fā)育。
3 邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析與評價
3.1滑坡體分析評價
坡體東北角為一處老滑塌，經(jīng)調(diào)查訪問，滑塌時間2～3年前，后緣直立，沿中間平臺有三處錯臺，錯臺高差0.3～1.5m不等，張開寬度0.2～1.5m不等，裂縫深度0.5～1.8m；坡面不平整，表部沿裂縫有雨水沖刷形成的沖溝(見照片附后)；坡腳前緣明顯，最大剪出距離約5.0m；中部鼓脹現(xiàn)象十分明顯，滑塌體平面投影面積約880㎡，塌方體平均厚度5～7m，塌方體估計方量約5000m3；塌方體主要為全風(fēng)化凝灰?guī)r，滑動方式為圓弧滑動，滑動類型為推移式土質(zhì)滑動。
坡頂鉆孔在埋深6.0～7.2m，鉆進速度快，標(biāo)貫擊數(shù)5擊，軟塑～流塑狀，含水量較高，屬軟弱土層，推測為滑帶土。
根據(jù)邊坡體所處地形特征、氣象水文、各巖土層構(gòu)成、鉆孔情況等綜合分析，滑塌體誘因為地表水常年下滲，降低了土體的抗剪強度，為典型的土質(zhì)邊坡圓弧滑動。
3.2邊坡體穩(wěn)定性分析評價
后方邊坡體除東南側(cè)發(fā)生滑塌外，其余段邊坡體以全風(fēng)化～強風(fēng)化巖為主，坡腳出露強～中風(fēng)化巖，坡面較平整，表部有雨水沖刷痕跡，頂部有浮土撒落現(xiàn)象，但目前整體穩(wěn)定性尚好，無不良地質(zhì)作用發(fā)生。由于邊坡體高度較大，若坡面無防護，長時間暴露或受地表降水影響，頂部可能會發(fā)生小坍塌等，影響下方建筑物和人員安全。下方場地建設(shè)將開挖一部分坡腳，影響邊坡整體穩(wěn)定性。
3.3穩(wěn)定性計算
3.3.1計算公式
根據(jù)邊坡體的巖土構(gòu)成、工程地質(zhì)條件等，可能的破壞模式為圓弧滑動，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中重力式擋土墻的抗滑穩(wěn)定性驗算公式和抗傾覆穩(wěn)定性驗算計算公式分別驗算。
3.3.2巖土技術(shù)參數(shù)
根據(jù)勘察時所取的10組土工試驗結(jié)果按天然含水量進行分類統(tǒng)計，見下表：
邊坡巖土層抗剪強度按天然含水量統(tǒng)計表表3.3.1
從以上分類統(tǒng)計分析，組成邊坡的土體普遍含水量偏高，平均含水量30-40%，表部坡積土含水量超過50%，深部土體含水量小于30%。土質(zhì)粘性較好，保水性較好，隨著土體內(nèi)含水量增加，體積略有膨脹，土顆粒之間空隙變大，土體重度相應(yīng)降低，孔隙比急劇增大，其凝聚力稍有增加，內(nèi)摩擦角卻在下降。因此地表水下滲是造成土體抗剪強度下降的根本原因，也是造成局部形成滑坡的主要原因。
根據(jù)野外判別結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗，提出邊坡巖土技術(shù)參數(shù)，見下表。
邊坡巖土層技術(shù)參數(shù)表表3.3.2
3.4穩(wěn)定性計算結(jié)果
選擇滑坡地段和邊坡地段兩個代表性地質(zhì)斷面進行對比分析，工況條件為自然條件，計算方法為簡化Bishop法，滑動面為圓弧滑動。剖面具體位置見平面布置圖，計算采用理正軟件進行計算并用SLIDE5.0軟件復(fù)核，結(jié)算結(jié)果見下表：
穩(wěn)定性計算結(jié)果 表3.4.1
3.5穩(wěn)定性評價
始地表植被發(fā)育，坡體主要為風(fēng)化凝灰?guī)r，經(jīng)過場地開挖平整后，邊坡體主要以全風(fēng)化凝灰?guī)r為主，坡腳為強風(fēng)化巖，坡率1:1.0，坡面平整，總體穩(wěn)定性較好，自然狀態(tài)下可保持暫時穩(wěn)定。但暴露時間太長或遇暴雨季節(jié)，土體抗剪強度下降后，邊坡體將會發(fā)生坍塌。因此需要對該邊坡體進行防護，以保證工程安全和人員安全。
4 設(shè)計方案
根據(jù)工程重要性、邊坡高度和邊坡出露地層的工程地質(zhì)特性，以及坡頂紅線限制等因素，利用工程經(jīng)驗類比法和工程地質(zhì)類比法，遵循動態(tài)設(shè)計和信息化施工原則，在廣泛聽取業(yè)主意見，綜合咨詢不同專家意見后，按照“安全第一、設(shè)計合理、造價經(jīng)濟、環(huán)境美觀”的思路，對不同方案進行對比和優(yōu)化后，最終采用下部重力式擋土墻+上部按1:1.0削坡后+框格梁+噴播綠化的防護方案。
根據(jù)各段擋土墻的地質(zhì)條件、墻高，結(jié)合工程重要性等因素，綜合評定本工程擋土墻安全等級為二級，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.25。施工質(zhì)量控制等級為B級。
5 設(shè)計技術(shù)要求
5.1 重力式擋土墻
①AB段擋土墻頂寬1.2m，高度4.5m，墻頂標(biāo)高390.32m。墻面坡率1:0.25，墻背坡率1:0.15，墻底坡率0.1:1。墻踵寬度500mm，高度300mm。
②CD段擋土墻頂寬2.0m，高度8.5m，墻頂標(biāo)高392.32m。墻面坡率1:0.25，墻背坡率1:0.15，墻底坡率0.1:1。墻趾高度500，寬度300，斜率1:0.00。墻踵寬度500mm，高度300mm。
③BC、DE段擋土墻頂寬1.8m，高度6.5m，墻頂標(biāo)高392.32m。墻面坡率1:0.25，墻背坡率1:0.15，墻底坡率0.1:1。墻趾高度500，寬度300，斜率1:0.00。
擋土墻墻身C20毛石混凝土砌筑，墻底采用天然地基，持力層為強或中風(fēng)化巖。基底埋深為室外地坪標(biāo)高(387.30m)以下：AB、BC、DE段均為1.48m；CD段為3.48m。每隔10米設(shè)一道沉降縫，縫寬2-3厘米。墻體設(shè)置Φ60的泄水孔，間距2.0米，上下排交錯設(shè)置,最下面一排置于地面以上0.2m。端部設(shè)反濾層。
5.2框格梁
墻頂以上按1:1.0削坡后采用框格梁防護。框格尺寸3m×3m，節(jié)點處采用Φ32預(yù)應(yīng)力錨桿防護，長度：BC段、CD段、DE段南側(cè)9米；AB段、DE段北側(cè)5米。框格中間客土噴播綠化。
①格梁采用C25混凝土現(xiàn)澆。保護層厚度25mm。格梁與斜托相接時，鋼筋需焊接。斜托采用C25混凝土現(xiàn)澆。斜托箍筋間距為50mm，鋼筋層間距為100mm。鋼墊板尺寸180mm×180mm×20mm。
②采用Φ32mmHRB400高強精軋螺紋鋼筋.高強精軋螺紋鋼筋抗拉強度必須大于930MPa.螺紋鋼筋之間必須采用廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)連接件，不得焊接。要求保證錨桿的保護層厚度，對中器綁扎定位。錨筋自由段防腐采用涂黃油、外套高密度聚乙烯等多層防腐措施。所涂潤滑脂應(yīng)為通用鋰基潤滑脂，禁止采用鈉基潤滑脂等抗水性差的潤滑脂。注漿材料為水泥漿，要求漿體強度不低于25MPa。
③框格內(nèi)客土噴播綠化。
5.3客土噴播
施工工藝流程：邊坡修整→掛網(wǎng)錨固→采用高壓機械噴土播種，基質(zhì)材料的噴射厚度不小于10cm，采用2次噴射。第一次噴播不含種子的基材混合物(8cm)，第二次噴播含種子的基材混合物(2cm)→覆蓋→養(yǎng)護。
①鐵絲網(wǎng)采用14#鍍鋅鋼絲，網(wǎng)孔為50mm×50mm，網(wǎng)與網(wǎng)之間采用平行對接法。鋪網(wǎng)時網(wǎng)必須拉緊，網(wǎng)間搭接寬度≥5cm，并用Φ2的鐵絲綁扎牢固。掛網(wǎng)前須清除坡面浮石。采用Φ10錨釘固定，長度300，注意網(wǎng)邊須壓入地梁。
②植被種子在使用前應(yīng)做發(fā)芽試驗，發(fā)芽率達(dá)90％以上方可使用，對難發(fā)芽的植被種子在使用前應(yīng)做催芽處理。
③噴播基材后，蓋上無紡?fù)凉げ迹M行噴水，水宜噴透，但不能流失水分。
④養(yǎng)護管理：分前、后期養(yǎng)護，前期養(yǎng)護60天左右，以噴灌水為主，經(jīng)常保持土壤濕潤。后期靠自然雨水養(yǎng)護。在養(yǎng)護期，注意病蟲害的防治。
5.4排水工程
①受用地紅線控制，在坡頂附近設(shè)一道截水溝，斷面尺寸為：上口0.8m，下口0.4m，高0.4m，迎水面直立，背水側(cè)按1:1.0開挖，兩側(cè)板和底板用C15素砼澆筑，厚150mm。
②墻體設(shè)置Φ60的泄水孔，間距2.0米，上下排交錯設(shè)置,最下面一排置于地面以上0.2m。端部設(shè)反濾層。
③在墻腳與地面交接處、墻頂以及中間平臺設(shè)排水溝，斷面尺寸為：寬0.3m，高0.3m，兩側(cè)板和底板用C15素砼澆筑，厚100mm。
防護設(shè)計典型斷面圖如下：
圖2 防護設(shè)計典型斷面圖
6 穩(wěn)定性驗算
6.1 錨桿穩(wěn)定性計算公式
本節(jié)內(nèi)容校驗錨桿錨固段長度。
《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中單根錨桿水平拉力計算：
公式1：Ntk=ξ1πD*frb*la*cosα(考慮錨固體與地層作用)
公式2：Ntk=nξ3πd*fb*la*cosα/γO(考慮錨固體與鋼筋作用)
計算說明：
1．錨桿傾角α為20°，錨桿鋼筋直徑為32mm；
2．錨固直徑為100mm，長度取9m計算。
計算結(jié)果為公式l單根土層錨桿水平拉力Ntk=136.4KN，公式2單根土層錨桿水平拉力Ntk=856KN。
9m長直徑32mm的HRB400級鋼筋極限抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為321.6KN，所以單根土層錨桿設(shè)計抗拔力為136.4KN。
6.2重力式擋土墻穩(wěn)定性計算公式
按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中重力式擋土墻的抗滑穩(wěn)定性驗算公式和抗傾覆穩(wěn)定性驗算計算公式分別驗算。其他地基應(yīng)力及偏心距驗算、墻底截面強度驗算公式參見各規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)。擋土墻分別按6度和7度抗震區(qū)復(fù)核驗算。
6.3穩(wěn)定性計算結(jié)果及評價
選取典型邊坡防護設(shè)計斷面，利用多種計算機輔助軟件進行擋土墻承載力、抗滑移、抗傾覆、偏心、下臥層、墻身結(jié)構(gòu)等穩(wěn)定性驗算。計算過程中的參數(shù)采用表4.2.1中參數(shù)。按正常工況計算整體穩(wěn)定性和墻頂以上局部穩(wěn)定性，計算過程詳見附近計算報告，整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性驗算結(jié)果如下表：
各部位擋土墻整體和局部穩(wěn)定性驗算結(jié)果表8.3.1
從以上計算結(jié)果分析，經(jīng)過設(shè)計后的擋土墻結(jié)構(gòu)尺寸合理，地基承載力、抗滑移、抗傾覆、偏心距、下臥層等驗算滿足規(guī)范要求，墻頂以上按1:1.0削坡后采用框格梁防護能滿足穩(wěn)定性要求。
7 結(jié)論
幼兒園是學(xué)校建設(shè)的重點對象，是祖國未來的花朵。園區(qū)建設(shè)必須考慮有足夠的安全性和長遠(yuǎn)性。山區(qū)地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)變化大，低山丘陵開挖后形成的建筑高邊坡，需要進行合理安全的邊坡防護措施，本工程采用下部重力式擋土墻+墻頂以上1:1.0放坡后框格梁防護+框格梁內(nèi)客土噴播綠化的綜合防護措施，方案合理，施工可行，能夠有效阻止邊坡體不良地質(zhì)作用的產(chǎn)生，為園區(qū)建設(shè)和生命財產(chǎn)安全提供保障。
參考文獻(xiàn)：
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[7]《工程地質(zhì)手冊》(第四版) (北京：中國建筑工業(yè)出版社）
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