高边坡工程勘察设计

1、高边坡的勘察和设计主 要 内 容 一、高边坡问题的提出 二、高边坡的种类和变形类型 三、高边坡的勘察和稳定性评价 四、高边坡的设计一、高边坡问题的提出 （一）高边坡的界定（一）高边坡的界定何为高边坡何为高边坡 （二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失 （三）高边坡的特征（三）高边坡的特征 （一）高边坡的界定（一）高边坡的界定 一般认为边坡高度大于20m的土质边坡，或高度大于30m的岩质边坡。 （二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失（二）高边坡的变形、破坏及其造成的损失 高边坡早已存在，也曾造成过变形和损失。近年来，高边坡数量越来越多，高度越来越高。变形量大，

2、增加投资、延误工期、造成灾害。 举例：举例：云南澜沧江小湾电站边坡高达云南澜沧江小湾电站边坡高达500m500m 云南元江磨黑高速公路云南元江磨黑高速公路K259K259高高110m110m的砂泥岩高边坡的砂泥岩高边坡深圳汕头高速公路深圳汕头高速公路K101滑坡推倒桩板墙滑坡推倒桩板墙深圳汕头高速公路深圳汕头高速公路K102滑坡，抗滑桩与明洞处理花费滑坡，抗滑桩与明洞处理花费8000余万元余万元同江同江三亚高速公路闽北八尺门互通区设在三亚高速公路闽北八尺门互通区设在2个古滑坡上，治理费个古滑坡上，治理费5000余万元余万元云南元江磨黑高速公路三菁公隧道进口高边坡发生滑坡，高云南元江磨黑高速公路

3、三菁公隧道进口高边坡发生滑坡，高130m，推倒中隔墙，推倒中隔墙山西长治晋城高速公路山西长治晋城高速公路K31K31砂泥岩顺层滑坡，体积达砂泥岩顺层滑坡，体积达2525万万m m3 3北京珠海高速公路粤北段北京珠海高速公路粤北段K108高边坡高边坡滑坡，三次变更设计，治滑坡，三次变更设计，治理费用理费用20002000余万元余万元重庆万州梁平高速公路重庆万州梁平高速公路K42K42砂泥岩顺层滑坡砂泥岩顺层滑坡西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡西安秦岭某试验基地花岗岩高边坡滑坡花岗岩中长花岗岩中长100多多m、宽、宽80cm的张裂缝的张裂缝 (三)高边坡的特征 1 1、高边坡是将地质体的一部分改

4、造成人为工程设施，因此其稳定性取决、高边坡是将地质体的一部分改造成人为工程设施，因此其稳定性取决于自然山坡的稳定状况于自然山坡的稳定状况( (稳定、不稳定、极限平衡稳定、不稳定、极限平衡) )、地质条件、地质条件( (地层岩性、地地层岩性、地质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等质构造、坡体结构、岩体结构、水文地质条件、风化程度等) )和人为改造的程和人为改造的程度度( (开挖深度、坡形、坡率等开挖深度、坡形、坡率等) )。 2 2、由不同的地层、岩性、风化程度的岩土体构成的自然山坡，受地质构、由不同的地层、岩性、风化程度的岩土体构成的自然山坡，受地质构造影响程度不同，水文地质条

5、件不同，在自然营力作用下形成了各种形态的造影响程度不同，水文地质条件不同，在自然营力作用下形成了各种形态的斜坡，如直线坡、凸形坡、凹形坡、阶梯状坡，且具有不同的稳定状态，这斜坡，如直线坡、凸形坡、凹形坡、阶梯状坡，且具有不同的稳定状态，这是在漫长的地质历史时期形成的，是动态的、变化的。自然斜坡是人工边坡是在漫长的地质历史时期形成的，是动态的、变化的。自然斜坡是人工边坡的基础。的基础。 3 3、人工边坡是对自然斜坡的改造，它也有直线坡、凸形坡、凹形坡，更、人工边坡是对自然斜坡的改造，它也有直线坡、凸形坡、凹形坡，更多的是阶梯状边坡。人工边坡改变了自然山坡的应力状态和地下水的渗流条多的是阶梯状边坡

6、。人工边坡改变了自然山坡的应力状态和地下水的渗流条件，而且是在短短几个月内改造完成的。自然山坡的应力调整有一个过程，件，而且是在短短几个月内改造完成的。自然山坡的应力调整有一个过程，强度低的软弱岩层调整较快，常在施工期就发生变形；强度高的坚硬岩层调强度低的软弱岩层调整较快，常在施工期就发生变形；强度高的坚硬岩层调整较慢，或可自身稳定，或在整较慢，或可自身稳定，或在1 13 3年后发生变形。只有当人工边坡顺应自然，年后发生变形。只有当人工边坡顺应自然，对其改变不大时，才可保持稳定，否则就会发生失稳，甚至引起自然山坡的对其改变不大时，才可保持稳定，否则就会发生失稳，甚至引起自然山坡的破坏。破坏。

7、4 4、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下，如阳光照射、自然山坡和人工边坡都处在各种自然营力的作用之下，如阳光照射、降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这降雨冲刷和下渗、风化和地震等。但人工边坡所造成的自然状态的改变使这种作用更强烈，如开挖暴露风化加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛、种作用更强烈，如开挖暴露风化加剧、破坏植被地表水容易下渗、坡体松弛、爆破震动等都使边坡更容易发生变形。爆破震动等都使边坡更容易发生变形。 5 5、自然条件千差万别，所以高边坡设计也变得十分复杂，每个工点都需、自然条件千差万别，所以高边坡设计也变得十分复杂，每个工点都需单独

8、分析和计算，这也许就是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。单独分析和计算，这也许就是目前高边坡设计尚无规范可循的原因。二、高边坡的种类和变形类型（一）高边坡的种类（一）高边坡的种类（二）高边坡的变形类型（二）高边坡的变形类型（三）高边坡变形的条件和原因分析（三）高边坡变形的条件和原因分析分分 类类 指指 标标边边 坡坡 类类 型型1、按工程类别分、按工程类别分1、道路边坡：堑坡、堤坡、洞口边坡等、道路边坡：堑坡、堤坡、洞口边坡等2、水利边坡：坝肩边坡、渠道边坡等、水利边坡：坝肩边坡、渠道边坡等3、露天矿边坡：采场边坡、弃碴场边坡等、露天矿边坡：采场边坡、弃碴场边坡等4、城建边坡：堑坡与深基坑边坡

9、等、城建边坡：堑坡与深基坑边坡等2、按使用年限分、按使用年限分1、临时边坡、临时边坡2、短期边坡（、短期边坡（30年以内）年以内）3、永久边坡（、永久边坡（30年）年）3、按边坡岩土构成分、按边坡岩土构成分1、土质边坡、土质边坡2、类土质边坡（全风化呈砂土状）、类土质边坡（全风化呈砂土状）3、岩质边坡、岩质边坡4、二元结构边坡、二元结构边坡4、按边坡岩体结构分、按边坡岩体结构分1、类均质土结构边坡、类均质土结构边坡2、近水平层状结构边坡、近水平层状结构边坡3、顺倾层状结构边坡、顺倾层状结构边坡4、反倾层状结构边坡、反倾层状结构边坡5、斜交层状结构边坡、斜交层状结构边坡6、碎裂状结构边坡、碎裂状

10、结构边坡7、块状结构边坡、块状结构边坡（一）高边坡的种类（一）高边坡的种类高边坡分类表高边坡分类表（二）高边坡的变形类型1、按变形性质分、按变形性质分（1）坡面冲刷 ；（2）表层溜坍；（3）危岩、落石、崩塌；（4）坍塌；（5）滑坡；（6）倾倒；（7）错落。2、按变形深度分、按变形深度分（1）坡面变形（深12m）；（2）边坡变形（深1.2基本稳基本稳定边坡定边坡边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾向临空面边坡的坡形坡率符合岩土体的强度条件，无倾向临空面的不利结构面，少有地下水，整体和局部均稳定，但坡的不利结构面，少有地下水，整体和局部均稳定，但坡面有冲沟、剥落、落石等。面有冲沟、剥落、落石等

11、。1.11.2欠稳定欠稳定边边 坡坡边坡整体稳定，但局部坡陡于岩土稳定角，或受地下水边坡整体稳定，但局部坡陡于岩土稳定角，或受地下水影响岩土强度降低，或有不利结构面倾向临空面，有局影响岩土强度降低，或有不利结构面倾向临空面，有局部坍、滑变形。部坍、滑变形。1.01.1不稳定不稳定边边 坡坡边坡坡形坡率不符合岩土强度条件，或在古老滑体上开边坡坡形坡率不符合岩土强度条件，或在古老滑体上开挖、堆载引起古老滑坡复活，或有发育的不利结构面倾挖、堆载引起古老滑坡复活，或有发育的不利结构面倾向临空面，岩体破碎，地下水发育，开挖后会产生整体向临空面，岩体破碎，地下水发育，开挖后会产生整体失稳。失稳。1.0 2

12、、高边坡的稳定性评价方法 人们早已熟悉用力学平衡计算法评价边坡的稳定性，它可以得出稳定系数的定量数据，而人们早已熟悉用力学平衡计算法评价边坡的稳定性，它可以得出稳定系数的定量数据，而且可算出需要加固工程承受力的大小。但是对于复杂的高边坡稳定性计算，由于计算的边界条且可算出需要加固工程承受力的大小。但是对于复杂的高边坡稳定性计算，由于计算的边界条件（范围）和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取，使计算结果的可信度降低。作者认件（范围）和破坏面岩土参数难以准确判定、试验和选取，使计算结果的可信度降低。作者认为应以工程地质分析对比法为基础辅以力学计算两者结合较为合理，前者为后者提供变形类型、为应以

13、工程地质分析对比法为基础辅以力学计算两者结合较为合理，前者为后者提供变形类型、范围和边界条件，后者则可得出稳定系数和作用力大小，为设计提供依据。范围和边界条件，后者则可得出稳定系数和作用力大小，为设计提供依据。 工程地质分析对比法从以下几方面分析对比：工程地质分析对比法从以下几方面分析对比： a、从自然极限稳定坡的坡形坡率坡高与人工边坡的平均坡率和坡高对比中评价其稳定性；、从自然极限稳定坡的坡形坡率坡高与人工边坡的平均坡率和坡高对比中评价其稳定性； b、从自然山坡已发生的变形类型和规模推断人工边坡可能发生的变形类型和规模；、从自然山坡已发生的变形类型和规模推断人工边坡可能发生的变形类型和规模；

14、 c、从坡体结构分析人工边坡可能发生的变形类型及产生的部位（整体或局部）；、从坡体结构分析人工边坡可能发生的变形类型及产生的部位（整体或局部）； d、从作用因素及其变化幅度分析，主要是开挖引起坡体松弛、地表水下渗、岩土（特别、从作用因素及其变化幅度分析，主要是开挖引起坡体松弛、地表水下渗、岩土（特别是软弱带）强度降低分析可能发生的变形类型及规模；是软弱带）强度降低分析可能发生的变形类型及规模； e、从已发生的变形分析其发生机制并反演出破坏时的岩土强度参数。、从已发生的变形分析其发生机制并反演出破坏时的岩土强度参数。 力学计算法力学计算法 力学计算法有多种，只有选择与调查确定的破坏类型及模式相一

15、致的计算方法才能得出正力学计算法有多种，只有选择与调查确定的破坏类型及模式相一致的计算方法才能得出正确的结果。其破坏范围主要是松弛范围，除顺层滑坡外，可用有限元计算开挖后边坡的应力场确的结果。其破坏范围主要是松弛范围，除顺层滑坡外，可用有限元计算开挖后边坡的应力场和位移场来确定。和位移场来确定。 对土质边坡和类土质边坡可用传统的圆弧形破坏面进行计算，但沿土层界面滑动者不一定对土质边坡和类土质边坡可用传统的圆弧形破坏面进行计算，但沿土层界面滑动者不一定是圆弧。岩质边坡，即使是强风化岩体，其破坏也要沿不利结构面组合，因此多为折线形，用是圆弧。岩质边坡，即使是强风化岩体，其破坏也要沿不利结构面组合，

16、因此多为折线形，用推力传递法比较符合实际。其选用的计算参数推力传递法比较符合实际。其选用的计算参数C、值也应根据地质情况不同而分段选取。值也应根据地质情况不同而分段选取。 四、高边坡的设计（一）高边坡设计的特点（一）高边坡设计的特点 1、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。、高边坡设计以翔实的地质资料为基础。 2、高边坡设计是预测性设计。、高边坡设计是预测性设计。 3、高边坡设计是风险性设计。、高边坡设计是风险性设计。 4、高边坡设计应是动态设计。、高边坡设计应是动态设计。 5、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。、高边坡设计对施工工艺提出严格要求。（二）高边坡设计的原则（二）高边坡设计的原则 1

17、、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的。、高边坡根据其使用年限和保护对象的重要性，应是安全可靠的。 2、高度、高度40m以下的边坡原则上以放稳定坡率为主，大于以下的边坡原则上以放稳定坡率为主，大于40m的边的边坡，放缓边坡可能增加大量弃方、破坏大量植被、增大征地量，于环坡，放缓边坡可能增加大量弃方、破坏大量植被、增大征地量，于环保不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。保不利，应采取较陡的坡率增加支挡加固工程以减小边坡高度。 3、由于坡脚应力和地下水集中，加固工程应贯彻、由于坡脚应力和地下水集中，加固工程应贯彻“固脚强腰固脚强腰”的的原则，原则，“固脚固脚”即加

18、强坡脚即加强坡脚1、2或或3级边坡的支撑力，级边坡的支撑力，“强腰强腰”则是防则是防止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。止高边坡的局部失稳。既要保整体稳定，也要保局部稳定。 4、高边坡设计应有完善的地表和地下排水系统，减少水对边坡稳、高边坡设计应有完善的地表和地下排水系统，减少水对边坡稳定的影响。定的影响。 5、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。、高边坡设计应充分考虑环境保护，美化环境。 （三）高边坡的设计方法 高边坡设计目前尚无统一的方法，一般采用三种方法相结合高边坡设计目前尚无统一的方法，一般采用三种方法相结合： 1、工程地质比拟法、工程地质比拟法从自然稳定坡的调查中

19、寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高。从自然稳定坡的调查中寻找可供比拟的坡形、坡率和坡高。 2、力学计算法、力学计算法选择符合坡体结构和破坏模式的计算方法对设计的坡形进行稳选择符合坡体结构和破坏模式的计算方法对设计的坡形进行稳定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定性计算，调整坡形或增加支挡工程以达到合理的设计。既保整体稳定，又保局部稳定。定。 3、经验对比法、经验对比法以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。以类似地质条件下稳定的人工边坡作参考设计新的边坡。 4、坡形坡率的设计：、坡形坡率的设计：一般采用台阶状坡形。一般采用台阶状坡形。 每级台阶的每级

20、台阶的高度高度：810m。 台阶（卸荷平台）台阶（卸荷平台）宽度宽度：一般：一般23m；高度大于；高度大于30m的边坡，在中部留的边坡，在中部留46m的宽的宽平台。平台。 坡率坡率：土质边坡：土质边坡：1:11:1.5（黄土边坡除外）；类土质边坡：（黄土边坡除外）；类土质边坡：1:11:1.5； 强风化岩边坡：强风化岩边坡：1:0.751:1；弱风化岩边坡：；弱风化岩边坡：1:0.51:0.75； 微风化岩边坡：微风化岩边坡：1:0.3l:0.5。 对岩层顺倾地段的高边坡，当岩层倾角大于对岩层顺倾地段的高边坡，当岩层倾角大于40时，可采用顺层面刷方。但当倾时，可采用顺层面刷方。但当倾角较缓时，

21、不宜顺层刷方，那样会增大边坡高度，破坏植被，增大征地和弃方，于环角较缓时，不宜顺层刷方，那样会增大边坡高度，破坏植被，增大征地和弃方，于环境保护不利，还可能留下不稳定隐患。境保护不利，还可能留下不稳定隐患。 5、加固工程的设计：、加固工程的设计：对计算评价不稳定和欠稳定的边坡必须设置一定的加固工程对计算评价不稳定和欠稳定的边坡必须设置一定的加固工程措施，常用者有挡土墙、抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架（地梁、墩），措施，常用者有挡土墙、抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架（地梁、墩），锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单独或组合使用。锚杆框架（地梁）等，可根据边坡的具体情况单

22、独或组合使用。 6、排水系统设计：、排水系统设计：（1）地面排水系统；（）地面排水系统；（2）地下排水。）地下排水。 以下用一些图片实例作一说明。以下用一些图片实例作一说明。 坡脚桩板墙坡脚桩板墙坡脚锚索抗滑桩，中部锚索框架坡脚锚索抗滑桩，中部锚索框架坡脚锚索抗滑桩，以上锚索地梁坡脚锚索抗滑桩，以上锚索地梁坡脚锚索桩，以上锚索地梁坡脚锚索桩，以上锚索地梁路下锚索抗滑桩，路上锚索框架路下锚索抗滑桩，路上锚索框架锚索框架与地梁结合锚索框架与地梁结合锚索框架锚索框架锚索框架与锚索桩结合锚索框架与锚索桩结合两排抗滑桩与锚杆框架结合两排抗滑桩与锚杆框架结合锚杆框架锚杆框架锚索墩锚索墩六棱砖植草防护六棱砖

23、植草防护泄水洞截水泄水洞截水仰斜孔排水仰斜孔排水主动网防落石主动网防落石被动拦石网被动拦石网龙Qd lQd e lQd e lQd e lQd l515151151515Qd l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e ld e lQd e lQd e lQa l + p lQd l + p lQd l + p lQd l + p lQd l + p lQd l + e lQd l + e lQd l + e lm lQQm l5151515151515151515151515151Qd lQd lQd l

24、 + e ld l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e lQd l + e lQd e lQd e lQd e lQd e l151515151515d lQd lQQd e l中 铁 西 北 科 学 研 究 院抱 龙 峪 实 验 区 高 边 坡 病 害 治 理 工 程 施 工 图 设 计工 程 布 置 平 面 图设 计复 核审 核图 号2 0 0 2 . 1 0日 期S S 2 - 0 1图 例排 水 沟护 坡 及 平 台锚 索 框 架挡 墙挂 网 喷 浆钻 孔滑 坡断 面观 测 孔印 支 期 花 岗 岩第 四 纪 坡 积 层河 流断 层护

25、 坡锚 索 抗 滑 桩平 台s c 4s c 4K 32 #Qd l + e l5l4 #2 # 区秦岭某花岗岩秦岭某花岗岩高边坡平面图高边坡平面图中 铁 西 北 科 学 研 究 院工 程 布 置 里 面 示 意 图抱 龙 峪 试 验 区 高 边 坡 病 害 治 理 工 程 施 工 图 设 计设 计复 核审 核图 号 SS01-04日 期 2002.10秦岭某花岗岩高边坡立面图秦岭某花岗岩高边坡立面图中位水池上边坡岩体结构面产状和极射赤平投影图“（）”内角度为视倾角；标“”者为主要产状，并绘在右图中。断面距离（）地面高程（）43108131068注结构面号剖面线走向：317结构面产状23151

26、06187068040 (38.8)7080“（）”内角度为视倾角；标“”者为主要产状，并绘在右图中。试车台742m平台上边坡岩体结构面产状和极射赤平投影图试车台742m平台上边坡岩体结构面产状和极射赤平投影图外、斜注30036 (35)3453441 (39)310813320554外倾外倾外倾270外倾75858083结构面产状3403606367335712编号1外倾内倾坡面180900外倾坡面180270结构面与坡面关系外倾外倾内倾斜交090SC5工程布置断面图中铁西北科学研究院抱龙峪试验区高边坡病害治理工程施工图设计复核设计SS01-04审核图号2002.10日期15/21预应力锚索

27、，L=30m，锚固段长15m预应力锚索，L=19m，锚固段长12m85预应力锚索，L=19m，锚固段长10m3预应力锚索，L=22m，锚固段长12m1031:0.75预应力锚索，L=22m，锚固段长10m预应力锚索，L=23m，锚固段长12m1031:0.75预应力锚索，L=23m，锚固段长10m预应力锚索，L=25m，锚固段长12m1031:0.75预应力锚索，L=25m，锚固段长10m预应力锚索，L=27m，锚固段长12m1031:0.75预应力锚索，L=27m，锚固段长10m预应力锚索，L=30m，锚固段长12m101:0.75预应力锚索，L=30m，锚固段长10m预应力锚索，L=29m

28、，锚固段长12m预应力锚索，L=28m，锚固段长10m8101:1210预应力锚索，L=27m，锚固段长10m预应力锚索，L=27m，锚固段长12m2101:0.51:0.52m3m滑抗桩19m25800.0790.0780.0770.0760.0750.0740.02525252525252525252525252525预应力锚索，L=33m，锚固段长12m预应力锚索，L=33m，锚固段长10m1:0.75325252525秦岭某花岗岩高边坡断面图秦岭某花岗岩高边坡断面图1425077130001201801201425020000此 面 靠 山 侧桩 身 配 筋 图1:100钢 筋 明 细

29、 表汇 总 表号草 图规 格根 数总 长 (M)总 重 (kg)单 位 重规 格 总 长 (M)(kg/m)1322 214198001780070331386.0587.41522.06.311.212135.4321413474.41841.7 级 钢 筋 :C25混 凝 土 :1.842T118.0M31:501-186086086010002000180002000100314300914250111425013143008143001014250121425014170 102000150150133 324 32114250761233 3241824150022561500263

30、32L=70802232 L=3000421201803000120860860860100100178014 L=1978514 L=2140610017801008080345678910111213143232321414141414141414147080156.02230006.021978134.568213872.73484161212144641612.82681613.62711614.22741614.82766615.32791615.82816616.32 级 钢 筋 :13.475T此 面 靠 山86026001204602-21:503222318601201141432331 料 粒 径 不 大 于 60mm. 钢 筋 用 量 未 计 损 耗 . 截 面 之 间 的 距 离 不 小