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山地建筑工程边坡支护的设计优化探讨

郑金荣

(杭州钢铁集团公司基建技改部 杭州 310022)

摘 要：通过对杭州杭钢三江矿业40万吨活性石灰工程边坡支护方案结合生产工艺调整和地形实际情况进行优化，取消锚索桩板式挡墙，按工程量最小，经济最合理，治理效果最佳进行设计，从而降低投资费用和缩短工期。

关 键 词：边坡支护；锚索桩板式挡墙；优化；验算；投资

0 前言

杭州杭钢三江矿业40万吨活性石灰工程位于富阳市新桐乡大顶山矿区。拟建场地属丘陵地貌，场地沿沟谷分布，地势从+111.30~+193.90，高差达82.6m，地形复杂。沟谷中堆填大量的碎石、砂土及废矿石渣，沟谷两侧基本由人工无组织堆放填土边坡组成。为防止边坡滑塌及掉块危害到场区建筑物、生产设施及人员的安全，需对场区边坡进行治理。

1 边坡治理原则

1)确保边坡安全，在不影响现有生产线的条件下，消除边坡失稳隐患；

2)尽量节约用地，注意少用坡下土地原则；

3)按工程量最小，经济最合理，治理效果最佳进行设计；

4)按永久边坡进行设计。

2 优化前的边坡支护设计

2.1 边坡重点支护

位于工程的核心地段，边坡下部平台标高为119.85m，边坡上部平台标高为139.85m，设有空压站，基础载荷为150KN/m2，边坡高差达20m，由于建筑物平面布置紧凑，且附近布置有道路，要求边坡陡立。针对上述特征，采用桩板式挡墙，并在桩顶设置预应力锚索。边坡支护剖面示意图见图1。

1)抗滑桩。桩身截面2.5*3.5m，典型桩长30m，嵌入端长度8m，桩中心间距6m，共8根。采用人工挖孔灌注桩，混凝土强度等级C30。

2)挡土板。采用预制钢筋混凝土矩形板拼装，混凝土强度等级C30，A型板厚0.3m，B型板厚0.4m，板宽0.5m，长5m。板留吊装孔，作日后的泄水孔。板作相应配筋。

3)横系梁。为增加抗滑桩的整体性，在桩顶和中部分别设置1根横系梁。规格为0.6*0.8m，与抗滑桩整体浇筑。

4)预应力锚索。每根抗滑桩设置4束预应力锚索，共32束，典型锚索长度为31m、29m、27m、25m，锚固段进入中风化基岩长度不得小于5m，锚索采用6515.24钢绞线，锚索轴向拉力设计值660kN，预加应力440kN，孔径5150mm，倾角20o，超钻0.5m，压注M30水泥砂浆。

2.2 边坡一般支护

1)一般土质低边坡。采用毛石混凝土挡墙支护，墙高分为3.0m和5.0m，墙底宽2.1m和2.5m，墙顶宽0.7m和1.0m。

2)土质高边坡。主要分布在原料堆场西、北和南侧，边坡高差最大达26m左右。采用降坡卸载处理后，在坡脚处设置毛石混凝土挡墙支护，墙高为5m，底宽2.5m，顶宽1m。

3)山体削坡形成的边坡。主要分布在场区南部，最大坡高10m，山体为石英砂基岩，按最大稳定坡度进行削坡，产生的裸露岩面，采用挂网混凝土素喷，封闭裂缝。

2.3 工程概算

对工程概算的分析见表1。

可知锚索桩板式挡墙工程量大，费用高，施工周期长，影响整个工程的进度计划，施工期间安全隐患多。需采取措施优化设计，以降低投资费用，缩短工期，降低安全风险。

3 优化措施

3.1 取消锚索桩板式挡墙

经与生产线设计单位联系，位于+140.00标高的压缩空气站可以移址，道路相应向东北侧移位。1号窑前料仓根据地勘资料恰好位于基岩上，可不作移址。在取消锚索桩板式挡墙后，保持原有边坡坡度，在坡脚设置毛石混凝土挡墙，坡面采用挂网混泥土素喷。

3.2 边坡支护分段进行设计

边坡挡墙应按区域、标高进行分段，各段结合现场情况、工艺布置进行支护设计，不宜按3m或5m统一截面尺寸。

3.3 挡墙型式优化

1)净循环水系统南侧边坡高约13m，5m高的毛石混凝土挡墙不能满足要求，建议改为钢筋混凝土扶壁式挡墙。

2)矿区有丰富的块石，混泥土上山运输困难，建议毛石混凝土挡墙改为毛石混凝土基础+浆砌块石挡墙。

4 优化后的边坡支护设计

4.1 边坡挡墙支护设计

根据边坡的形态特征，分17个区段进行设计：

1)第1、4、5、9、10、11、14、15区段：采取浆砌块石挡墙支护。墙高1~9m，墙顶宽1m，墙外立面75b，墙背垂直，墙底宽随墙高度变化。

2)第2、3区段：采用削方减载+浆砌块石挡墙支护。边坡按35b削坡，坡面不作防护。坡脚设浆砌块石挡墙，墙高1.5m，顶宽0.5m，底宽0.76m，墙背垂直。

3)第6区段：采用浆砌块石挡墙+削坡支护。墙高2.0~6.85m，墙顶宽0.8m，墙外立面75o，墙背垂直，墙底宽随墙高度变化。墙顶土层按30b削坡，坡面采用100mm厚C20喷射混凝土护面。

4)第7区段：采用扶壁式挡墙+削坡支护。墙高12.0m，墙宽0.8m，墙趾悬挑1.5m，底板高1.0m，扶肋间距5.0m，厚0.4m。墙顶土层按30b削坡，坡面采用100mm厚C20喷射混凝土护面。

5)第8、13、16、17区段：采用挂网喷砼支护。坡体主要由中风化石英砂岩构成，边坡经人工清坡后采用100mm厚C20喷射混凝土护面。混凝土内配置56.5@250双向钢筋网片，用510L250@400锚钉固定。

6)第12(原锚索桩板式挡墙)区段：采用浆砌块石挡墙+削坡支护。墙高8~11m，墙顶宽1.5m，墙外立面75b，墙背垂直，墙底宽随高度变化。墙顶碎石按30b削坡，坡面采用100mm厚C20喷射混凝土护面。

4.2 边坡挡墙验算(以第12区段为例)

4.2.1 挡墙设计

采用浆砌块石挡墙，墙高11m，顶宽1.5m，基础底宽4.448m。墙外立面75b(1：0.268)，墙背垂直。

4.2.2 挡墙砌体参数

砌体容重：24kN/m3

地基土摩擦系数：0.5

砌体容许压应力：2100kPa

容许剪应力：110kPa

容许拉应力：150kPa

容许弯曲拉应力：280kPa

墙后填土内摩擦角：32b

填土粘聚力10kPa

填土容重：19.6kN/m3

墙背与填土摩擦角：20b

地基土容重：24kN/m3

墙底摩擦系数：0.5

修正地基容许承载力：10000kPa

4.2.3 稳定性验算

1)土压力计算：

基础为天然基础，不作强度验算。以上验算表明均符合要求，挡墙稳定性具有保障。挡墙断面见图2。

4.3 工程概算

优化后对工程概算进行分析，见表2。

表2与表1对比：钢筋混凝土扶壁式挡墙和喷锚支护费用增加较大。钢筋混凝土扶壁式挡墙因位置限制，经验算无优化空间。喷锚支护主要是对第8、13、16区段的中风化石英砂岩坡面均采用挂网喷射砼护面，增加面积较大。上述区段坡体在人工清坡时确认岩质情况，如边坡坡体稳定，喷锚支护取消。

5 施工阶段的优化

出具施工图后采用施工图预算招标，中标价为286万元，在施工中对第8、13、16、17区段的坡体岩面再次确认，坡面按小于65b削坡清坡。取消100mm厚C20喷射砼护面及相应钢筋网片、钢锚钉。对第6、7、12区段的填土坡体按图进行喷锚支护施工。现边坡支护施工完毕，未对主体工程施工造成工期影响，根据施工单位上报的工程结算书(未审核)，费用为225余万元。

6 结语

实践证明，通过设计优化，边坡支护符合现场条件情况，边坡安全也得到有效保障，大大减少边坡支护工程量，费用从600余万元减少到200余万元，做到工程量最小，经济最合理，治理效果最佳。通过设计优化，工程工期相应缩短，保证了主体工程的施工进度，避开了暴雨季，确保了安全。

作为工程管理技术人员在项目初步设计、施工图设计阶段要结合现场实际情况对设计方案及时审查和优化，使项目的质量、安全和投资费用处于可控状态。

参 考 文 献

[1]   尉希成.支挡结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1995

[2]   杜永峰.防滑凸榫挡土墙的防滑探讨.甘肃：兰州理工大学学报，2007(1)

[3]   陈希哲.土力学地基基础.北京：清华大学出版社，1997