高边坡岩土工程设计初探

　　摘要：随着房地产业的蓬勃发展，各种土地被不断开发建设。在丘陵地带的开发建设过程中难免会产生高边坡，高边坡的设计合理与否涉及到小区居民的人身及财产安全，因此要引起相关部门的高度重视。本文根据笔者多年的岩土工程设计经验，对于此类岩土工程设计的各个不同阶段提出处理措施，供同行借鉴参考。
　　关键词：岩土工程；高边坡；设计
　　前言
　　随着我国经济建设步伐的加大，我国迎来了大规模基础设施建设的高潮，这必然会产生大量的边坡、高填土，这种高边坡、高填土会引起复杂的严重的岩土工程问题，给建设小区的安全带来危害和隐患，给后期治理甚至反复治理带来重大的经济损失。但如对之认识清晰、高度重视，由高边坡、高填土引发的岩土工程问题，将得到有效解决，可以杜绝安全隐患，可以节约工程开支。在小区建设中，在不同的工程阶段，会遇到不同的岩土工程问题，所有这些问题，都应找到合适的有效的解决方案。
　　一、规划设计阶段就应重视高边坡可能引发的岩土工程问题
　　1在规划设计阶段引进岩土工程师。小区建筑方案的设计通常由规划师或建筑师提出，经历先结构、后岩土、再机电、园林，最后报批这么一个过程，这是多年来形成的固有模式，适合于地质条件简单的场地或平地，但面对丘陵地带，这套模式就存在风险。因为建筑师也会受到知识结构和经验的限制，完全由他们完成的规划设计，在建筑总平面布置上常会形成一些不合理的高边坡、高填方，当岩土工程师面对已报批好的设计方案时，发现这些高边坡、高填方处理起来往往造价高、难度大、工期长、风险大，但为时已晚，陷开发商于两难之地。因而有必要打破固有模式，在规划设计前期引入岩土工程师，以求避免上述问题。惠州某山庄，既批方案总平面图中一道路离建筑红线最近仅1.2m，而该路堑边坡高达23m,岩土工程师在进行边坡支护设计时发现根本无法支护，于是该方案只好重新报批，工期损失达半年。广州某小区设计在场地东南角形成长约180m，高约16m的填方边坡，上修多层建筑6栋，经岩土工程师估算护坡费用要近1000万元，开发商认为这是亏本买卖，必须对已有方案进行修改再报批，于是避免了经济损失。可见，丘陵地带、山地的小区建筑中，尽早引入岩土工程师是很有必要的。
　　2边坡地质测绘、地形图测绘、边坡勘察工作要早要准确。
　　（1）在方案设计阶段对沿红线的边坡进行地质调研及地质测绘，初步判断边坡的规模及其稳定性，评价不良地质现象，以助建筑总平面图合理布局。
　　（2）地形图测绘的准确，关乎建筑设计的质量，它是丘陵地带建设工程非常重要的设计基础资料，是建筑总平面图设计、地基处理设计、边坡支护设计的重要依据。当相关部门提供的地形图是航拍图，如未经修测，植被层顶面就有可能被当成边坡坡面，当植被层较厚时，高程相差就较大，因而须对航拍图进行修测。在修测过程中，还应测量水深，了解水底下地形情况。
　　（3）在岩质边坡钻探过程中，由于植被层较厚较密，钻机搬迁、水源补给困难，施工难度大、效率低，施工人员有情绪，加之岩质破碎取样困难等原因，容易造成勘察资料不准确，致使边坡支护设计不合理，往往会酿成施工过程中边坡发生滑坡等事故。
　　3边坡支护的作业空间要留足。开发商总是希望用尽红线内毎一寸土地，达到利益最大化，结果沿小区红线常形成高边坡。由于坡顶、坡脚要设置截洪沟和排水沟，并且截洪沟到坡肩要有一定的距离，以确保坡肩土不坍滑，而且边坡需要有一定的坡率及中间平台等等，就要求建筑师在平面上要顾及这些因素，在建筑物或道路与红线之间留出足够的空间。这样，边坡支护就可以考虑采用较为经济的格构式锚索挡墙方案，而避免采用不经济的锚杆预应力锚索＋抗滑桩等方案。
　　4由高填方形成的高边坡，应将高挡土墙与高架结构在经济上进行对比。需要高填后才能利用的场地，通常采用挡土墙＋填土方案。但挡土墙超过一定的高度后，工程造价将迅猛增加，故在土质地基上挡土墙不宜修建过高。可考虑采用桩柱梁板高架结构，在架空板上填土或直接作为建筑场地使用。高架方案在填土不高时慎用，按珠三角地区经验，回填高度不超过8m时，挡土墙方案较为经济；超过12m时，高架方案一般较为经济。
　　二、高边坡岩土工程设计的几点经验
　　1裂隙发育的边坡一般不宜采用喷射混凝土护面。其一，喷射砼不美观，象是城市绿化中的一块伤疤，与周边环境非常不协调。其二，裂隙在岩体中是地下水入渗的通道，当地下水在水头作用下从砼面层下渗，带走其下细小的颗粒并出现空隙。空隙越来越多，越来越大，渗进的水量也越来越多，携带走的细小颗粒也就越来越多。最终使砼层面与原坡面脱离，使砼面层丧失其防护作用。
　　2岩质边坡进行爆破开挖时，会对碎裂结构、散体状结构的岩体以及毛石、格构梁等造成较大影响，故需要采用控制爆破工艺。另外，在进行边坡支护设计时，还应注意Ⅳ类岩体的岩质边坡设置的坡率不宜小于0.3，且越大越好，以减少落石或崩落破坏的可能，同时减轻爆破震动的不良影响。
　　3边坡支护设计的计算要考虑最不利工况。例如，在采用格构式锚杆挡土墙逆作法施工时，通常分层施工，毎层锚杆张拉后再开挖下层土方、施工下一层锚杆、腰梁等，这样做竖向格构梁的钢筋连接相当困难，施工中往往很难做到。工程实践中经常采用的作法如下：边坡按8～12m的竖向间距分为数级，毎级之间设置平台，施工时以级为单位，各级边坡成型后整级施工锚杆，锚杆完工后整级施工格构梁，然后再整级张拉锚杆。只是，设计时要考虑这种不利工况下边坡的稳定安全系数。
　　4高边坡支护采用大承载力预应力锚杆（索）时，锚头防腐是个难题。在空气湿度大的地区，高应力作用下的锚头与自由段之间的杆体材料，容易锈蚀断裂。因为边坡总是要发生小变形，因而要控制好预加应力。工程实践中，个别边坡工程的预应力锚杆防腐措施做的不好，往往10年左右锚杆就因锚头处锚筋锈断而失效，导致边坡坍塌。
　　5边坡支护设计前，要进行必要的现场踏勘，要仔细观察地形地势，察看山谷、凹形坡等低洼处有无坡积物、坡积物的状态如何，在勘察过程中，亦要详细观察岩芯，力求将坡积层分清，勘察后如有必要，还得进行补充勘察。因为坡积物的土力学性质一般较差，加上分布面积不大，稳定性较差，在踏勘和勘察中也易将之遗漏或忽略。
　　6地质构造发育且顺层的岩质高边坡，应考虑采用尽可能大的坡率。岩层上面的土层甚至风化岩层本身，在雨水作用下较容易沿层面滑动，当遇上强雨时容易造成滑坡，尤其是当边坡岩层为凝灰岩或凝灰质砂岩时，其层间或裂隙面的充填物在雨水作用下变成了岩层滑动的润滑剂，饱水的岩土层在重力作用下很容易下滑。因而放坡应采取尽可能大的坡率。
　　7坚持动态化设计。丘陵地带地质情况变化大，有限的勘察孔及工程地质测绘难以揭露全部的地层地质情况、岩土体特征，尤其是结构面特征。这些通常要待开挖后才能明晰。但即使如此，现场施工、监理人员鉴于其工程地质知识不足，仍然无法明确辨别，故应要求勘察人员常去现场，对比新开挖暴露出来的地质情况与原勘察揭露的地质情况，如发现不同或另有新情况，及时反馈给设计人员计算复核修改。
　　三、工程案例
　　广东某高边坡工程（见下图）
　　
　　该工程系山地住宅小区，北面是山岭，削山后北侧形成了长约160m、高数十米的边坡，逆作法施工，但在边坡支护过程中，上部土层发生了大面积滑塌，同时中部局部形成扇形张性裂缝，被迫停止施工。原来在道路勘察时只附带作边坡勘探，并没有进行专门的边坡勘察。设计院据此统一按1：1.0的坡率将边坡分8级进行支护，坡面喷砼。但施工期间遇到一场强雨，就发生了滑塌。后经现场踏勘，发现该边坡为顺层坡，场地基岩系沉积岩，后发生过变质作用，形成了砂砾岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩与凝灰质砂岩间杂分布的局面，边坡中上部多为坡残积层，中部岩石多为强风化状，节理裂隙极发育，裂隙间充填物多为钙质，在较长时间雨水的作用下，在上面饱水的荷重土层作用下，导致了滑坡。现场踏勘还发现，在边坡的顶部还存在坡度较陡的山脊，同时边坡下部可见节理裂隙不发育的微风化岩层，因而建议设计作如下调整：
　　（1）将坡后山脊坡度较陡的部分缷掉，以减少来自坡后的土应力；
　　（2）降低底部两级岩质坡的坡率；
　　（3）经过以上二项处理，可将中上部包括风化岩层部坡率放大，超过原设计的1：1.0，以增加边坡稳定的安全性；
　　（4）采用锚杆（索）格构支护，坡面种植灌木。
　　施工中及工后作水平位移监测，至今经历多次强风暴雨，该边坡安然无事。
　　5结语
　　丘陵地带建设场地的岩土工程特征表现在不同的工程建设阶段，岩土工程师应抓住各阶段的工程特征，提出相应的解决方案，最好能提出具有前瞻性的方案，则对工程建设有莫大的裨益。

《高边坡岩土工程设计初探》

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