高压塔附近边坡开挖稳定性及影响性分析

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一、项目区概况  

    本项目地处南岭中南段，地形地质颇为复杂，属华南褶皱带的一部分，地势为北高南低。线位所处地带为山岭重丘区与平原微丘区交错分布，重丘区山峦起伏较大，山岭耸立，坡面陡峭，相对高差在50～100m之间，坡面植被茂密，较少见基岩出露。本标段属于山岭重丘区，地形复杂，山峰山脊陡立山坡坡度大。  

    本标段地质情况复杂，高边坡较多，在初步设计阶段，XXX隧道出口左侧高边坡路段上部有500kv高压塔，根据对接情况，高压塔征拆难度较大，需详细研究拟新建分离路基高边坡与高压塔的空间位置关系及其影响，满足相关规范的要求，保证设计方案可行，因此对此段左侧高边坡进行方案可行性分析。  

（1）既有高边坡防护设计及加固变形历史调查  

    左侧深挖路堑高边坡长度约320m。该段地处低山丘陵，植被茂密，本工点左侧边坡最高约40m，为4级坡。本路段主要为曲江向斜构造带，地表为第四系坡积土，基岩为石炭系石灰岩，泥盆系粉砂岩、页岩。因第四系地层较厚，粘粒含量较大，透水性差，含少量孔隙潜水，基岩中含少量裂隙水，二者均为大气降水补给，水位水量受季节控制。根据调查，四级边坡，一级锚索框架梁+预制混凝土砖满铺防护；二-四级预制混凝土砖满铺防护。该段高边坡自01年竣工后未发生整体稳定性变形问题，根据定检报告结合现场调查，病害主要集中于坡面坡脚砖体脱落，平台裂缝，平台排水沟破损病害，均为表面破坏不影响边坡整体稳定性。根据定检报告，该边坡表面病害调查状况分数：99.6，表面病害状况值为 1。

（2）控制因素分析  

   XXX隧道出口左侧高边坡路段上部有500kv高压塔，根据对接情况，高压塔征拆难度较大，需详细研究拟新建分离路基高边坡与高压塔的空间位置关系及其影响，满足高边坡与高压塔的水平向及竖直向距离要求，同时分析边坡稳定性可能发生的潜在位移对高压塔的影响是否满足相关规范要求。同时在广东地区，持续的强降雨是边坡变形破坏的主要因素，因此在考虑对高压塔影响的同时应设计合理的方案来满足边坡稳定性是本段路线地质选线的前提。  

（3）依据规范  

    边坡稳定性要求应满足《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）表3.7.7对深挖路堑高边坡的要求，考虑路堑边坡破坏后的影响区域内有高速公路、高压输电塔及隧道等重要建筑物，天然工况下稳定系数应不小于1.30，暴雨工况下稳定系数应不小于1.20。边坡顶与高压塔的位置关系及位移要求应满足《GB50233-2014110kV-750kV架空输电线路施工及验收规范》表7.1.8及附录A要求，500kV塔杆结构位移允许值为50mm。

（4）分析方法  

    由于需分析边坡对高压塔的影响，需分析以下几个阶段：  

    阶段一、高边坡未开挖前初始地应力生成；  

    阶段二、高边坡开挖后未支护时弹塑性分析，高压塔基础最大水平位移值；  

    阶段三、高边坡开挖后未支护时稳定系数分析，高边坡稳定性评价；  

    阶段四、高边坡开挖支护后弹塑性分析，高压塔基础最大水平位移值；  

    阶段五、高边坡开挖后支护时稳定系数分析，高边坡稳定性评价；  

    综上，由于需分析其应力应变关系，因此采用数值模拟法进行分析，边坡网格划分采用自适应网格，最大尺寸为1m，最小尺寸为0.1m，断面选取代表二维断面建立二维模型，边界条件为边坡两侧与边坡底部固定，稳定系数方法采用强度折减法计算。  

（5）参数选取  

    分析边坡稳定性时主要岩土体物理力学参数有密度、黏聚力、内摩擦角，根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），岩土体抗剪强度取值宜根据室内试验资料、监测成果反分析、极限平衡反算值、工程地质类比和当地经验综合确定分析，结合该段边坡特点及地区经验，本次土层构成及参数选取自本段高边坡竣工图及施工图地勘资料，其中，密度（容重）采用平均值，黏聚力及内摩擦角采用标准值。参数选取值如下：

（6）设计方案  

   设计方案根据路基边缘与高压塔边缘水平距离要求进行收坡设计，设计后路基边缘距高压塔边缘距离大于8m，一级边坡采用坡率为1:0.25的外露6m高路堑墙，二至五级边坡均采用坡率为1:0.75的锚索框架梁，锚索采用压力分散型锚索，框架内采用混凝土满铺设计，各级平台宽度为2m，一级边坡搭配设置仰斜式排水孔。  

（7）结果分析  

    分析按照以上五个阶段进行，每个阶段结果如下：  

    阶段一、高边坡未开挖前初始地应力生成——后面的弹塑性分析均以此初始地应力为基础进行分析，初始地应力生成后下一步分析前位移进行清零；  

    阶段二、高边坡开挖后未支护时弹塑性分析，高压塔基础最大水平位移值为5.5mm，小于规范50mm要求；  

    阶段三、高边坡开挖后未支护时稳定系数分析，天然工况下高边坡稳定系数为1.125＜1.30，不满足规范要求；  

    阶段四、高边坡开挖支护后弹塑性分析，高压塔基础最大水平位移值为0.7mm，小于规范50mm要求；  

    阶段五、高边坡开挖后支护时稳定系数分析，天然工况下高边坡稳定系数为1.319＞1.30，满足规范要求。  

   注：本次暴雨工况下抗剪强度参数为折减参数，因此未罗列结果，计算稳定系数Fs=1.206＞1.20满足稳定性要求，具体应待本次地勘成果出来后采用饱和抗剪强度参数进一步详细分析。  

   综上，计算结果满足设计要求，设计方案可行。

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