软弱岩质高边坡防护设计方案案例分享

3月前浏览2409

本次分析中用到视倾角小插件，但是比较简单，小插件和本次模型文件均分享给大家的同时仅供自己学习研究使用，尊重编制人的版权，大家勿做商用。

下面就开始今天的案例分享：

（1）地形地貌及工程地质条件

K1998+200-K1998+900处左右侧高边坡均位于既有隧道左侧，本隧道段地处于低山重丘区，属风化剥蚀地貌，山岭为鱼背形山脊，呈北东走向，地形起伏较大，隧道范围内地形自然坡度35-50°，南缓北陡。隧道进洞口有一条断层，呈北北西走向，倾向北东东，倾角较陡，断层面也是岩层接触界线，上盘为泥质砂岩夹薄层页岩，下盘是天子岭子灰岩，由北向南延伸，岩层产状倾向17°-20°，倾角39°-65°。

地层组成

本段路基设计线高于既有隧道地面线约8m，影响范围内地层组成主要为上覆第四系残坡积层+基岩风化层及基岩；土层以亚粘土为主，局部夹少量碎石，厚约3m，隧道进出口段分布全风化泥质砂岩夹页岩，厚度在4.3m-12.10m，黏聚力C=42.5kPa，内摩擦角φ=27.2°，容重为18.6kN/m3；

分布最广的为强风化泥质砂岩夹页岩，风化裂隙十分发育，且风化不均匀，结构强度差，岩层中常夹有厚度不等的全风化岩，形成软硬相间的“夹层风化”。标贯试验23次，平均击数19.7击，黏聚力C=35.6kPa，内摩擦角φ=26.5°，容重为18.6kN/m3；

下部可见微风化及弱风化灰岩层，裂隙不很发育，岩体较完整，局部有溶洞发育，在ZK150孔标高168.5m以下见不规则溶洞，洞高0.80m，充填物为亚粘土。岩块饱和抗压强度32.4Mpa，黏聚力C=10.1MPa，内摩擦角φ=39.3°，容重为24kN/m3。

水文地质条件

隧道区地表水系不发育，未见地表水体，地下水主要为基岩裂隙水及风化带中孔隙潜水，受大气降水补给，岩层渗透性差，围岩富水性微弱，下部灰岩含弱岩溶裂隙水，本段新建段路面设计高程较既有隧道路面设计高程高，地下水影响较小。

综合工程地质评价

本段高边坡段落地形地貌较陡，但出露地层组成相对简单，地层以全-强风化泥质砂岩夹页岩为主，呈散体结构，土夹石状，下覆微风化及弱风化灰岩层，进口处发育一处断层，根据断层走向对本高边坡路段影响较小，水文地质条件较为简单，但由于本段左右侧均为高边坡，左侧挖方边坡为顺层边坡，边坡稳定性分析时应考虑顺层产状对边坡稳定性的影响。

结合老路标高，新建道路路面标高为172.0左右，在此范围内微风化及弱风化灰岩未出露，整体高边坡可看做全-强风化泥质砂岩夹页岩边坡，高边坡左侧挖方边坡倾向为135°，右侧挖方边坡倾向为45°，与岩层倾向交角大于20°，发生平面滑动的可能性较小，但应统筹考虑岩层产状的影响，建立边坡模型进行稳定性分析，为路线方案提供依据。

（2）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及《广东省公路路基边坡防护排水设计指南》表7-5对深挖路堑高边坡的要求，考虑路堑边坡破坏后的影响，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。

（3）分析方法

边坡稳定性评价遵循“以定性分析为基础，定量计算为手段”的原则，根据边坡类型和可能的破坏形式确定边坡稳定性计算方法。根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）并结合高等级公路工程建设经验，公路边坡为规则坡形边坡，可看做二维平面应变问题，因此多建立二维边坡模型采用极限平衡法分析其稳定性。

本段高边坡潜在的破坏形式以顺层边坡平面滑动和岩层内部滑动为主，因此传统的极限平衡法不能体现出岩层结构面产状的特征，本次计算以有限元法分析出考虑边坡主要节理结构面控制形成的潜在滑动面，采用强度折减法计算出稳定系数。

关于典型断面的选取，该典型断面与前后断面相似，并可作为最不利断面或者可以代表其他断面。

根据以上描述，本段高边坡为新建高边坡，选择左侧典型断面为K1998+260，右侧典型断面为K1998+280。

（4）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，土层构成及参数选取自竣工图及施工图地勘资料，整个边坡可看做均质全-强风化泥质砂岩夹页岩进行方案分析，考虑岩层节理裂隙十分发育，结构强度差，有软弱相间的夹层风化，根据《广东省公路路基边坡防护排水设计指南》表7-6、7-7及7-8对边坡岩体内摩擦角试验值按折减系数0.85进行折减，结构面内摩擦角按折减系数0.80进行折减。边坡模型坡面与岩层的赤平投影关系及视倾角计算结果如下：

（5）初拟设计方案

放坡方案为一级边坡坡率1:1，平台宽2m，二级、三级边坡坡率1:1.25，平台宽2m，四级及以上边坡坡率1:1.5，对一级边坡设置锚索框架梁，二级、三级边坡设置锚索框架梁，四级及以上边坡设置人字形骨架。

（6）边坡稳定性分析

左侧边坡

左侧挖方高边坡岩层呈大角度相交，主要考虑岩层节理裂隙发育内部发生滑动的破坏模式，不考虑支挡措施时计算结果为天然工况下边坡稳定系数Fs=1.227＜1.30，暴雨工况下边坡稳定系数Fs1.079=＜1.20，不满足设计要求，将滑动面计算结果导出至cad模型中，确定滑动面深度，锚索自由段长度为10-18m，锚固段为10m（采用压力分散型锚索），设计预应力为600kN，考虑本项目既有高速预应力损失情况，计算时预应力采用400kN进行计算，以达到公路运营期全寿命周期的稳定性。

考虑支挡措施后计算结果为天然工况下边坡稳定系数Fs=1.479＞1.30，暴雨工况下边坡稳定系数Fs=1.301＞1.20，满足设计要求。

右侧边坡

右侧挖方高边坡岩层呈较小角度相交，主要考虑岩层节理裂隙发育内部发生滑动和沿结构面滑动的复合滑动破坏模式，不考虑支挡措施时计算结果为天然工况下边坡稳定系数Fs=1.157＜1.30，暴雨工况下边坡稳定系数Fs1.018=＜1.20，不满足设计要求，将滑动面计算结果导出至cad模型中，确定滑动面深度，锚索自由段长度为10-18m，锚固段为10m（采用压力分散型锚索），设计预应力为600kN，结合项目左侧高边坡情况，同时结合试算支挡后滑动面，于一级边坡平台搭配设置埋入式抗滑桩（2m*1.8m，长25m，6m间距），考虑本项目既有高速预应力损失情况，计算时预应力采用400kN进行计算，以达到公路运营期全寿命周期的稳定性。