边坡工程加固与支护设计课件

1、第一节 概述第二节 工程边坡安全设计第三节 边坡工程开挖设计第四节 边坡工程排水设计第五节 边坡坡面保护与表层加固设计第六节 边坡生态支护设计永久荷载（恒载）可变荷载（活荷载）偶然荷载（爆炸冲击、地震荷载）一、作用于一般结构上的荷载二、作用于支护结构上的主要荷载土压力水压力影响范围内建筑物荷载施工荷载地震荷载（永久支护结构）温度引起的附加荷载挡土墙的几种类型E地下室地下室侧墙E填土重力式挡土墙E桥面拱桥桥台刚性挡土墙本身变形极小，只能发生整体位移 重力式悬臂式扶壁式 锚拉式（锚碇式）土工格栅加筋建成56.5m高的加筋挡土墙刚性挡土墙的位移及土压力分布柔性挡土墙本身会发生变形，墙上土压力分布形式

2、复杂锚杆板桩板桩变形板桩上土压力 实测 计算柔性支护结构锚杆板桩板桩变形板桩上土压力 实测 计算板桩锚杆基坑支撑上的土压力变形土压力分布墙体位移与土压力类型墙体位移与土压力类型静止土压力 E0主动土压力 Ea被动土压力 Ep静止土压力墙体不发生任何位移 = 0相当于天然地基土的应力状态（侧限状态） k0 应力状态嵌岩的挡土墙一、静止土压力计算静止土压力系数K0对于侧限应力状态： p0=sh =K0sv =u/(1-u)sv = u/(1-u)gzK0=u/(1-u)svshshzsv由于土的泊松比 很难确定，K0常用经验公式计算,对于砂土、正常固结粘土： K0 1-sinf一.半无限土体中极限

3、平衡应力状态和朗肯土压力朗肯(Rankine)土压力理论半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的条件PaK0vv45o+/290osvshz半无限土体主动极限平衡状态被动极限平衡应力状态朗肯土压力理论1fv=zK0vs1s345-f/2Pp朗肯土压力理论基本条件和假定条件墙背光滑墙背垂直填土表面水平假设墙后各点均处于极限平衡状态一、挡土墙与基坑支护结构受力特点的区别施工方式的不同土体材料特性不同（散粒料，与粘聚力）挡土墙类为平面问题，基坑为空间问题朗肯、库伦假设条件刚性与柔性二、土压力实测值与理论值的比较 传统土压力理论，压力是线性分布，而实际土压力是非线性分布。土的抗剪强度试

4、验方法与指标问题抗剪强度参数 是计算土压力重要参数，室内有三轴剪切仪或直剪仪试验测的，重要工程采用三轴剪切仪。测试方法有总应力法和有效应力法。总应力法分不排水剪（快剪）、排水剪（慢剪）及固结不排水剪（固结快剪），三种方法不同测的指标不同。总应力法运用方便，是目前用的最多的方法（常规试验法），但不能反映各种固结情况下的 值有效应力法的抗剪强度参数 一般由固结快剪测的。理论上严格，比总应力法更能反映抗剪强度实质。土的抗剪强度试验方法与指标问题抗剪强度参数 是必须在有效应力法的试验条件下求得才是有效的抗剪强度指标，用常规试验法所求得 值包含有稳定的真粘聚力和不稳定的表观粘聚力两种组成部分。勘察报告提

5、供的抗剪强度指标一般由三轴剪切仪快剪得出的结果，它代表施工前的状况。重力式支挡结构破坏形式强度破坏抗剪强度不足稳定性破坏倾覆滑移土体整体滑动失稳坑底隆起管涌非重力式支挡结构破坏形式强度破坏拉锚破坏或支撑压曲支护墙底部走动支护墙的平面变形过大或弯曲破坏稳定破坏墙后土体整体性滑动失稳坑底隆起管涌 随着我国经济的高速增长，在水利水电、铁路、交通、矿产开发及城市建设等的不同领域，大量出现了高边坡工程问题。 人工开挖边坡，破坏了自然边坡的平衡状态，设计不当将形成边坡地质灾害。边坡稳定问题工程建设本身安全整体环境安全人居环境安全边坡加固成为现代化建设的重要方面边坡加固常用措施上部开挖下部压脚地表排水地下排

6、水喷锚支护深层锚索加固支挡措施边坡设计基本原则（1）满足工程功能与结构要求（2）充分利用边坡岩体强度高的特性，节约工程量（3） 选择合适的坡脚，以截、防、排水措施为主，岩锚加固为辅（4）边坡局部不稳定体，采取岩锚加固和喷锚支护措施（5）方便施工（6）充分体现保护岩体的思想边坡工程设计基本步骤边坡轮廓设计依据边坡功能要求和边坡所处工程地质条件边坡开挖坡度确定依据边坡工程地质条件，以边坡自稳为依据边坡整体稳定性分析与评价采用极限平衡理论、数值分析、块体分析边坡加固方案设计具体可采取、锚固、排水、喷混凝土、抗滑桩、抗剪洞、锚固洞边坡监测设计第二节 工程边坡安全设计 水电水利工程边坡设计规范（DL/T

7、 53532006）规定水电水利工程边坡按其所属枢纽工程等级、建筑物级别、边坡所处位置、边坡重要性和失事后的危害程度，划分如下： 类别 级别A类枢纽工程区边坡B类水库边坡类影响1级水工建筑物安全的边坡滑坡产生危害性涌浪或滑坡灾害可能危及1级建筑物安全的边坡类影响2级、3级水工建筑物安全的边坡可能发生滑坡并危及2级、3级建筑物安全的边坡类影响4级、5级水工建筑物安全的边坡要求整体稳定而允许部分失稳或缓慢滑落的边坡一、边坡工程安全等级枢纽工程边坡失事仅对建筑物正常运行有影响而不危害建筑物安全和人身安全的，经论证，该边坡级别可降低一级。经研究，确认水库滑坡或潜在不稳定岸坡属于蠕变破坏类型，通过安全检

8、测可以预测、预报其稳定变化，并能够采取措施对其失稳进行防范的，该边坡或滑坡体级别可以降低一级或二级。 建筑边坡工程技术规范（中华人民共和国国家标准，GB 503302002）边坡工程应按其损坏后可能造成的破坏后果、危及人的生命造成经济损失、产生社会不良影响的严重性、边坡类型和坡高等因素，规定如下：边坡类型边坡高度H (m)破坏后果安全等级岩质边坡岩体类型为类或类H 30很严重一等严重二等不严重三等岩体类型为类或类15H 30很严重一等严重二等H 15很严重一等严重二等不严重三等土质边坡10H 15很严重一等严重二等H 10很严重一等严重二等不严重三等破坏后果很严重的下列建筑边坡工程，其安全等级

9、定为一级：由外倾软弱结构面控制的边坡工程；危岩滑坡地段的边坡工程；边坡塌滑区内或边坡塌方影响区内有重要建筑物的边坡工程。破坏后果不严重的上述边坡工程的安全等级可定为二级。 边坡工程安全系数是判断边坡稳定性、确定边坡处理工程量的重要指标，直接关系着边坡工程的安全性、经济性和合理性。边坡安全系数应根据具体情况，综合分析确定。一、边坡工程安全等级影响边坡稳定系数取值的主要因素边坡客观地质条件各项物理力学参数的准确性计算模式及外荷载组合计算的合理性边坡工程的重要性 类别及工况级别 A类枢纽工程区边坡B类水库边坡持久状况短暂状况偶然状况持久状况短暂状况偶然状况级1.301.251.201.151.101

10、.051.251.151.151.051.05级1.251.151.151.051.051.151.051.101.051.051.00级1.151.051.101.051.001.101.001.051.001.00水利水电工程边坡设计安全系数表对于失稳风险度大的边坡，或不确定因素多的边坡，设计安全系数宜取上限值。对于特别重要或有变形极限要求的边坡，应经过边坡应力变形分析论证确定设计安全系数，通常要求高于上表的规定。水利水电工程边坡设计规范（DL/T 53532006）二、边坡工程安全系数建筑边坡工程技术规范（中华人民共和国国家标准，）稳定安全边坡工程系数安全计算方法等级一级边坡二级边坡三级

11、边坡平面滑动法折线滑动法1.351.301.25圆弧滑动法1.301.251.20边坡稳定安全系数边坡工程稳定性验算时，其稳定系数应不小于上表规定的安全系数的要求，否则应对边坡进行处理。边坡工程安全系数取值实例序号国家工程和建筑物岩性坡高（m）坡角（0）标准系数k1稳定系数k21前苏联康斯坦丁诺夫斯克水利枢纽导流渠边坡下元古代花岗岩（花岗岩、火成岩、片麻岩）38701.251.252前苏联塔什雷克抽水蓄能电站厂房基坑挡水边坡下元古代花岗岩类（花岗岩片麻岩，片麻岩）65611.251.273前苏联库列依斯克水电站厂房基坑边坡粗玄岩，粉砂岩，边坡基础为石墨粗玄岩角砾花岗岩70621.141.324

12、前苏联英古里水电站右岸大坝连接段边坡下白垩系石灰岩、白云岩90641.251.415前苏联托克托古尔水电站天然边坡石灰岩、白云岩、页岩、砂岩123561.191.616日本田川坝坝线附近边坡凝灰角砾岩8050正常1.2地表1.1水位骤降1.27西班牙露天矿边坡3001.3第三节 边坡工程开挖设计边坡开挖的目的清除不稳定或潜在不稳定岩块放缓斜坡，提高边坡的整体稳定性斜坡上方减重在斜坡中设平台，宽度不宜小于2米采用控制爆破工艺 建筑边坡设计规范规定，土质边坡的坡率允许值，应根据经验按工程类比的原则，并结合已有稳定边坡的坡率值分析确定，当无经验且土质均匀良好、地下水贫乏、无不良地质现象或地质环境条件

13、简单时可按下表：一、开挖坡度的选择边坡土体类型状 态坡率允许值（高宽比）坡高小于5m坡高510m碎石土密实1：0.351：0.501：0.501：0.75中密1：0.501：0.751：0.751：1.00稍密1：0.751：1.001：1.001：1.25粘性土坚硬1：0.751：1.001：1.001：1.25硬塑 1：1.001：1.251：1.251：1.50土质边坡坡率允许值 岩质边坡开挖的坡率允许值，在边坡保持整体稳定的条件下，应根据实际经验按工程类比原则，结合已有稳定边坡的坡率值分析，在没有外倾软弱结构面的边坡可按下表确定：土质边坡坡率允许值边坡土体类型风化程度坡率允许值（高宽比

14、）H8m8mH15m15mH25m级微风化1：0.001：0.101：0.101：0.151：0.151：0.25中等风化1：0.101：0.151：0.151：0.251：0.251：0.35级微风化1：0.101：0.151：0.151：0.251：0.251：0.35中等风化1：0.151：0.251：0.251：0.351：0.351：0.50级微风化1：0.251：0.351：0.351：0.50中等风化1：0.351：0.501：0.501：0.75级中等风化1：0.501：0.751：0.751：1.00强风化1：0.751：1.00 水利水电工程边坡设计规范中，建议岩质开挖边坡

15、梯段高度在1520m，不宜超过30m。对于非结构面控制稳定的岩质边坡开挖坡度见下表 ： 岩质边坡建议开挖坡度岩体特征建议开挖坡度备注散体结构岩体天然稳定坡综合表层保护及栏石措施全/强风化岩体1：1综合系统锚固或随机锚固中/弱风化岩体1：0.5综合随机锚固微风化/新鲜岩体1：0.3直立（临时）整体/完整结构岩体1：0.1直立（临时）层状岩体逆向坡1：0.151：0.25逆向坡应防止倾倒破坏，结合系统锚固或随机锚固层状岩体顺向坡层面边坡二、开挖施工控制设计爆破扰动对岩石稳定性的影响较大,边坡开挖过程中应尽量减少爆破扰动减少爆破扰动的手段采用高效炸药优化控制爆破设计参数采用微差、梯段爆破合理的装药结

16、构控制单响药量设计开挖线建议采用台阶式的开挖线采用台阶式开挖的施工方法水电工程边坡开挖单响药量控制标准距设计边坡20m以外，不超过250kg；距设计边坡820m范围，不超过150kg；距设计边坡8m之内，不超过75kg。 改变水利水电工程中沿用的斜坡式开挖方式，采用矿山工程中得到广泛应用的台阶式开挖剖面，可以使边坡开挖效率大大提高，获得极好的光面爆破效果。第四节 边坡工程排水设计一、地表排水设计地表排水措施疏干边坡以上水流，防止渗入不稳定区域重整水流封闭或填塞裂缝和明显高渗流地区设置明渠、排水沟、水槽、水管促使植物生长边坡地表截排水设计要求及内容边坡开挖或治理边界以外的截、排水沟；边坡开挖或治

17、理边界以内的截、排水沟；采取边坡防水措施，如跨缝构造、填缝夯实等；边坡截、排水沟的排水流量设计标准应综合分析确定，一般按照220年一遇降雨强度计算排水流量；截、排水沟的断面尺寸和底坡应根据水力计算成果并结合地形条件分析确定；边坡截、排水沟宜采用梯形或矩形断面，护面材料可采用浆砌石或混凝土，砂浆或混凝土强度等级不宜低于C15，护面厚度不宜小于2030mm。排水沟断面设计（1）设计流量的计算： Qs为设计流量，m3/s；C为系数，按不同地貌确定，一般地区可取0.6；S为相应于设计洪水频率的1h降雨量，mm，如可取百年一遇1h降雨量100mm；F为汇水面积，km2，利用地形图进行求算。对于较长沟渠，

18、采取分段计算后将流量叠加。 Qs= Qs（2）水力计算。（梯形断面排水沟） 1）通过流量Q（m3/s）：w为沟渠的过水断面面积，m2；v为平均水流速度，m/s。2）过水断面面积w（m2）：b为沟底宽度，m；h为水流深度，m；m为排水沟边坡坡率。3）湿周P（m）：K为计算系数，对于对称梯形边沟，k=2（1+m2）1/2；对于不对称梯形边沟，k= （1+m12）1/2+（1+m22）1/2；对矩形边沟，m=0 ,k=2。4）水力半径R（m）：5）水流速度v（m/s）：在等流速情况下水在沟渠内的流速，按下式计算： i为纵坡沟底，以小数表示； C为流速系数；n为沟渠断面底粗糙系数， 一般可取1/60。

19、 二、地下排水设计 1、排水孔设计原则排水孔布置是决定排水效果最重要的一个环节。岩质边坡排水孔优先设置于裂隙发育、渗水严重的部位；潜在破裂面渗水严重时，排水孔深入潜在滑裂面内。排水孔边长或直径不宜小于100mm，外倾坡脚不宜小于5%，间距宜为23m，宜按梅花形设计，最后一排泄水孔应高于地面或排水沟底面不小于200mm，地下水较多或大股水流处，泄水孔应加密。水利水电工程中的岩质边坡表层系统排水孔孔径不应小于50mm，深度不应小于4m，钻孔上扬角度不宜小于50。为提高排水效果，可以在排水洞中布置排水孔。将排水孔的钻探岩屑、淤泥、粘土和其他物质彻底清洗。在排水孔进水侧设置反滤层或反滤包，反滤层厚度不

20、宜小于500mm，反滤包尺寸不应小于500mm 500mm 500mm，反滤层顶部和底部映射厚度不小于300mm的黏土隔水层。排水洞中的排水管，在一般围岩地段，只需安装孔口管，无需保护；破碎软弱带中的排水管，孔内应设置滤管，滤管可采用外径75mm的多孔管外包土工滤布。2、排水洞设计原则排水洞的布置原则是在平面布置上，洞线应能控制整个边坡；在剖面布置上，应不与已有的边坡加固工程交叉。排水洞洞径不宜小于1.5m2m，排水洞洞底坡度不宜小于1%，洞内一侧应设排水沟。排水洞的设置宜从稳定岩体进口，平行滑面下盘布置主洞，垂直滑面方向布置支洞。当岩体排水效果不良时，排水洞顶底应设辐射状排水孔，孔径不应小于

21、50mm，排水孔应作反滤保护。排水洞通过破碎带时，应作必要地衬砌保护，排水孔应作反滤保护。排水洞低于地表排泄通道时，应在洞内布置有足够容量的集水井，用水泵将集水排出洞外。排水洞可采用全断面钢筋混凝土衬砌，并根据不同的围岩类型进行钢筋混凝土衬砌或保护。第五节 边坡坡面保护与浅表层加固设计岩质边坡可采用锚喷支护类岩质边坡宜采用混凝土锚喷支护类岩质边坡宜采用钢筋混凝土锚喷支护类边坡高度不宜大于15m，且应采用钢筋混凝土锚喷支护。（一）坡面保护坡面保护通常采用喷混凝土方法适用条件未遭受严重风化的岩石边坡，坡面较干燥高陡边坡、上部岩层较破碎而下部岩层完整的边坡和需要大面积保护的边坡成岩作用差的黏土岩边坡

22、不宜采用结构材料喷射混凝土的厚度以810cm为宜，分23喷射；水泥常用普通硅酸盐水泥，水泥强度不低于32.5MPa；石子为纯净的中粗砂，粒径为0.250.5mm，含土量不超过5%，含水率以5%7%为宜；混凝土粗骨料为卵石或碎石，最大粒径不大于15mm。混凝土配合比干法喷射水泥与砂、石之重量比宜为1：41：4.5，水灰比宜为0.40.45;湿法喷射水泥与砂、石之重量比宜为1：3.51：4.0，水灰比宜为0.20.5，砂率宜为50%60%；喷射混凝土能和钢丝网、岩体锚栓混合使用，以求一定的结构支撑并形成承受小荷载的扶壁。（二）SNS柔性防护网加固 SNS（Safety Netting System

23、）系统是瑞士布鲁克集团独家拥有，以钢丝绳网作为主要构成部分，并以覆盖（主动保护）和拦截（被动保护）两大基本类型来防止崩塌落石、风化剥落、爆破飞石、泥石流和岸坡冲刷等斜坡坡面地质灾害的柔性安全保护系统技术和产品。SNS系统的综合技术经济优势：充分利用柔性材料的易铺展性和高防冲击能力，形成了地质灾害防护的系统化技术，并实现系统的标准化和最优化，便于工程质量控制和工程量的计算；充分利用高强金属材料的质轻特点来实现系统的轻型化和积木式部件安装，实现施工安装和维护的简单快速化，最大限度的适应复杂地形地貌，实现逆作法施工或平行作业； 充分利用系统的开放性减少系统的视觉干扰、保护原有植被及其生长条件，并给实

24、施人工绿化提供了可能，将工程治理与环境保护和改造融为一体；采用特殊防腐处理的钢丝、钢丝绳材料来确保系统较长的防腐寿命，一般可达3050年。 特征类型强度（MPa）网孔尺寸（mm）GTC-651770 300GPS2Q177065SNS系统的产品系列编号与特征（三）柔性防护网施工顺序及工法（1）清除坡面防护区域威胁施工安全的浮石及浮土。（2）尽可能在低洼处选定锚杆孔位；对非低洼处或不能满足系统安装后尽可能紧贴坡面的锚杆孔，连续悬空面积不大于5m2，否则宜增设辅助锚杆，同系统锚杆，长度可缩减为11.5m，每一孔位凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑，口径50cm，深20cm。（3）锚杆孔深大于设计

25、锚杆长度510cm，孔径不小于42；当地层松散或不能成孔时，可采用断面尺寸不小于0.4m0.4m的C15混凝土基础置换不能成土岩土段。（4）注浆采用标号不低于M20的水泥砂浆，灰砂比1.11.2、水灰比0.450.50的水泥砂浆或水灰比0.450.50纯水泥浆，水泥宜用42.5普通硅酸盐水泥，优先选用粒径不大于3mm的中细砂，注浆体养护不小于三天。（5）边界绳安装，使用长度2m的2 16的柔性锚杆，每段边界绳的长度不宜大于40m，每段边界绳张拉紧后两端各用4绳卡与锚杆外露环套固定连接。（6）安装锚垫板并拧紧螺母施加预应力。（7）检查格栅与坡面的贴紧情况。第六节 边坡生态支护设计生态护坡综合了柔性工程防护（铁丝网）和生物防护（植被防护）的优点，起到复合防护的作用。 综合生态护坡治理实施后，与周围环境相协调，形成赏心悦目的景观，改善了环境条件，防止炫光，净化空气，降低噪音，调剂小气候，减轻环境污染，生态效益和社会效益显著。（一）