边坡工程处治技术--坡率法与减重课件

第三章 坡率法与减重第一节第一节 设计基本知识设计基本知识 一、滑坡防治工程级别划分一、滑坡防治工程级别划分 根据受灾对象、受灾程度、施工根据受灾对象、受灾程度、施工难度与工程投资等因素，按表难度与工程投资等因素，按表2-12-1对滑坡防治工对滑坡防治工程进行分级。程进行分级。表表2-1 2-1 一般滑坡防治工程分级表一般滑坡防治工程分级表 二、安全系数的确定二、安全系数的确定 1.1.抗滑安全系数抗滑安全系数 设计：自重，设计：自重，1.2-1.2-1.51.5 自重自重+库水位，库水位，1.1-1.41.1-1.4 校核：自重校核：自重+暴雨暴雨+库水位，库水位，1.05-1.151.05-1.15 自重自重+地震地震+库水位，库水位，1.05-1.05-1.151.15 2.2.抗倾安全系数抗倾安全系数 在做崩滑体防治工程设计时，应进行抗倾在做崩滑体防治工程设计时，应进行抗倾安全系数计算安全系数计算 设计：自重，设计：自重，1.5-1.5-2.02.0 自重自重+库水位，库水位，1.3-1.71.3-1.7 校核：自重校核：自重+暴雨暴雨+库水位，库水位，1.10-1.501.10-1.50 自重自重+地震地震+库水位，库水位，1.10-1.10-1.501.50 3.3.抗剪断安全系数抗剪断安全系数 当采用注浆或微型群桩加固滑带时，应选当采用注浆或微型群桩加固滑带时，应选用抗剪断安全系数进行设计用抗剪断安全系数进行设计 设计：自重，设计：自重，2.0-2.0-2.52.5 自重自重+库水位，库水位，1.7-2.21.7-2.2 校核：自重校核：自重+暴雨暴雨+库水位，库水位，1.2-1.51.2-1.5 自重自重+地震地震+库水位库水位 1.2-1.2-1.5 1.5 说明：说明：1.1.滑坡防治工程设计，应根据其工程级别进行，即滑坡防治工程设计，应根据其工程级别进行，即I I级防级防治工程的安全系数取高值，治工程的安全系数取高值，级防治工程的安全系数取低值。级防治工程的安全系数取低值。2.2.滑坡防治工程设计，可采用分级方法进行，即主体防治工程安滑坡防治工程设计，可采用分级方法进行，即主体防治工程安全系数可取高值，附属或临时防治工程安全系数可相应降低。全系数可取高值，附属或临时防治工程安全系数可相应降低。3.3.坡防治工程设计安全系数取值，推荐如下坡防治工程设计安全系数取值，推荐如下(表表2-2).2-2).表表2-2 2-2 滑坡防治工程设计安全系数推荐表滑坡防治工程设计安全系数推荐表 一、坡率法与减重堆载的概念 坡率法：在边坡设计中，如果通过控制边坡的高度和坡度而无须对边坡进行整体加固就能使边坡达到自身稳定的边坡设计方法。减重与堆载：针对滑坡而言，其实质是减小下滑力和增大抗滑力。第二节 坡率法的设计二、适用范围 坡率法：公路边坡与填方边坡 岩层、塑性黏土与良好的沙土中 地下水位低 有足够的场地 减重：推移式滑坡 堆载：牵引式滑坡 坡率法坡率法 适用于岩层、塑性粘土和良好的砂性土中，适用于岩层、塑性粘土和良好的砂性土中，并要求地下水位较低，放坡开挖时有足够的场地。坡率并要求地下水位较低，放坡开挖时有足够的场地。坡率法可分别与砂袋堆码、锚钉边坡、锚板支护等方法联合法可分别与砂袋堆码、锚钉边坡、锚板支护等方法联合应用，形成组合边坡。例如当不具备全高放坡时，上段应用，形成组合边坡。例如当不具备全高放坡时，上段可采用坡率法，下段可采用土钉墙、喷锚、挡土墙等方可采用坡率法，下段可采用土钉墙、喷锚、挡土墙等方法以稳定边坡。法以稳定边坡。减重的概念是针对滑坡处治而提出的，它是减轻减重的概念是针对滑坡处治而提出的，它是减轻滑坡致滑段的滑体超重部分，以减小滑体的下落力，滑坡致滑段的滑体超重部分，以减小滑体的下落力，使滑坡趋于稳定，显然它与坡率法有着本质的区别，使滑坡趋于稳定，显然它与坡率法有着本质的区别，不同于一般的边坡削坡，因为减重的目的是使滑坡稳不同于一般的边坡削坡，因为减重的目的是使滑坡稳定，被减去的土体位于滑坡的致滑段定，被减去的土体位于滑坡的致滑段(一般在、滑坡一般在、滑坡的上部的上部)，如图，如图3.23.2所示，如果误将滑坡下部的阻滑部所示，如果误将滑坡下部的阻滑部分削去，将进一步加剧滑坡的发展。在滑坡处治技术分削去，将进一步加剧滑坡的发展。在滑坡处治技术中，与减载相对应的另一种技术是堆载阻滑技术，它中，与减载相对应的另一种技术是堆载阻滑技术，它是通过在滑坡的阻滑段是通过在滑坡的阻滑段(一般在滑坡的下部一般在滑坡的下部)堆载来提堆载来提高滑坡的阻滑力以使滑坡处于稳定的方法，如图高滑坡的阻滑力以使滑坡处于稳定的方法，如图3.33.3所示。这两种方法都是公路滑坡处理中最直接、最有所示。这两种方法都是公路滑坡处理中最直接、最有效的方法，在公路滑坡处治中被广泛采用。效的方法，在公路滑坡处治中被广泛采用。堆载阻滑技术堆载阻滑技术 主要适用于牵引式滑坡，同时应注意堆载不要引主要适用于牵引式滑坡，同时应注意堆载不要引起次一级的滑面。起次一级的滑面。在一般情况下，滑坡减重和堆载阻滑都只能减小滑体的下在一般情况下，滑坡减重和堆载阻滑都只能减小滑体的下滑力或增大阻滑力，不能改变其下滑的趋势，因此它们常与其滑力或增大阻滑力，不能改变其下滑的趋势，因此它们常与其他整治措施配合使用。他整治措施配合使用。减重减重 适用于推动式滑坡或由塌落形成的滑坡，并且滑床上陡下适用于推动式滑坡或由塌落形成的滑坡，并且滑床上陡下缓，滑坡后缘及两侧的地层稳定，不致因刷方而引起滑坡向后或缓，滑坡后缘及两侧的地层稳定，不致因刷方而引起滑坡向后或向两侧发展。向两侧发展。三、设计的内容与一般规定 确定边坡的形状（直线型、折线型（上陡下缓型、下陡上缓型）和台阶型）确定边坡的高度（土层性质与岩体结构）设计坡面防护（风化剥落与岩体破碎）边坡稳定性验算边坡的形状一般可以分为四种：直线形边坡的形状一般可以分为四种：直线形(图图3.4a)3.4a)、上陡下缓、上陡下缓折线形折线形(图图3.4b)3.4b)、上缓下陡折线形、上缓下陡折线形(图图3.4c)3.4c)和台阶形和台阶形(图图3.4d)3.4d)。直线形边坡一般适用于均质或薄层互层且高度较小的边坡；如果直线形边坡一般适用于均质或薄层互层且高度较小的边坡；如果边坡较高或由多层土组成而上部岩土层的稳定性较下部好时，可边坡较高或由多层土组成而上部岩土层的稳定性较下部好时，可采用上陡下缓的折线形边坡；若上部为覆盖层或稳定性较下部岩采用上陡下缓的折线形边坡；若上部为覆盖层或稳定性较下部岩土层差时，宜采用上缓下陡的折线形边坡；当边坡由多层土组成土层差时，宜采用上缓下陡的折线形边坡；当边坡由多层土组成或边坡高度很大时，可在边坡中部或岩土层界面处设置不小于或边坡高度很大时，可在边坡中部或岩土层界面处设置不小于1 1宽的平台，形成台阶式边坡。台阶形边坡稳定性较好，但相应的宽的平台，形成台阶式边坡。台阶形边坡稳定性较好，但相应的土石方量较大。土石方量较大。边坡的坡度的确定可以根据岩石性质、工程地质和水文地边坡的坡度的确定可以根据岩石性质、工程地质和水文地质条件、施工方法、边坡的高度等因素，对照当地自然极限边质条件、施工方法、边坡的高度等因素，对照当地自然极限边坡或人工边坡的坡度确定；对于土质均匀的边坡，可采用力学坡或人工边坡的坡度确定；对于土质均匀的边坡，可采用力学检验法或稳定性验算法进行确定。检验法或稳定性验算法进行确定。边坡的防护主要是针对容易风化剥落或破碎程度较为严重边坡的防护主要是针对容易风化剥落或破碎程度较为严重的坡面，应当考虑坡面的防护措施，以防止各种自然应力对边的坡面，应当考虑坡面的防护措施，以防止各种自然应力对边坡的破坏作用，以保证边坡的稳定性。设计中应注意边坡的防坡的破坏作用，以保证边坡的稳定性。设计中应注意边坡的防护与边坡环境美化相结合。护与边坡环境美化相结合。边坡水系应因势利导保持畅通，稳定边坡应采取保护措施，边坡水系应因势利导保持畅通，稳定边坡应采取保护措施，防止土体流失、岩层风化及环境恶化造成边坡稳定性降低。对防止土体流失、岩层风化及环境恶化造成边坡稳定性降低。对于土质边坡或易软化的岩质边坡，坡顶应作成向外倾斜的不渗于土质边坡或易软化的岩质边坡，坡顶应作成向外倾斜的不渗水地面，坡底应做不漏水的排水沟和集水井。水地面，坡底应做不漏水的排水沟和集水井。受外倾软弱结构面影响、稳定性较差的岩块应加锚杆处理；受外倾软弱结构面影响、稳定性较差的岩块应加锚杆处理；永久性边坡坡面应采用锚喷、锚钉等构造措施。永久性边坡坡面应采用锚喷、锚钉等构造措施。四、岩质边坡的消坡坡率 对于岩质边坡，在坡体整体稳定的前提下，要选择合理的允许坡率，应根据岩性、地质构造、岩石风化破碎程度、边坡高度、地下水及地表水等因素，结合实际经验按照工程类比的原则，并参考该地区已有的稳定边坡的坡率综合分析确定。当无外倾结构面时，按照下表确定：当边坡所在地层具有明显的外倾结构面（层面、节理面、断层面与其他软弱面）时，须计算其稳定性。五、土质边坡的坡率法 1.一般土质边坡 2.土石堆积体边坡 3.膨胀土边坡 边坡坡度为1:2至1:3和1:5至1:8也不一定完全稳定 4.黄土边坡 对于土质边坡，在确定坡率时应根据边坡的高对于土质边坡，在确定坡率时应根据边坡的高度、土的湿度、密实程度、地下水、地面水的情况、度、土的湿度、密实程度、地下水、地面水的情况、土的成因类型及生成时代等因素，并参考同类土的土的成因类型及生成时代等因素，并参考同类土的稳定坡率进行确定。稳定坡率进行确定。1.一般土质边坡一般土质边坡 对于一般较好的均质土可参考表对于一般较好的均质土可参考表3.5进行设计。进行设计。如果边坡高度大于如果边坡高度大于8m、或土层中地下水发育且不、或土层中地下水发育且不易排除、或土层为软质土、或有堆积荷载时，应通易排除、或土层为软质土、或有堆积荷载时，应通过边坡稳定计算来确定土坡率。过边坡稳定计算来确定土坡率。2.2.土石混合堆积体边坡土石混合堆积体边坡 对于土石混合堆积体边坡，一般采用与对于土石混合堆积体边坡，一般采用与天然安息角相应的边坡坡率天然安息角相应的边坡坡率(如表如表3.63.6所示所示)；对于已稳定的堆积体可根据其胶结和密实程度对于已稳定的堆积体可根据其胶结和密实程度采用较陡的边坡坡度。如果边坡中出现松散夹层，采用较陡的边坡坡度。如果边坡中出现松散夹层，应进行适当的防护。边坡高度超过应进行适当的防护。边坡高度超过20m20m，应分台阶进，应分台阶进行放坡。在堆积体中开挖后形成的边坡应特别注意行放坡。在堆积体中开挖后形成的边坡应特别注意剩余土体的稳定性，必要时可放缓边坡或清除全部剩余土体的稳定性，必要时可放缓边坡或清除全部剩余土体。因挖方破坏了原堆积体的平衡条件，堆剩余土体。因挖方破坏了原堆积体的平衡条件，堆积体可能沿接触面滑动。积体可能沿接触面滑动。3.3.膨胀土边坡膨胀土边坡 实践证明，膨胀土边坡坡度的确定，是一实践证明，膨胀土边坡坡度的确定，是一个比较复杂的工程地质问题，对于这类边坡的个比较复杂的工程地质问题，对于这类边坡的设计，目前尚无成熟的理论与方法。现场调查设计，目前尚无成熟的理论与方法。现场调查表明，无论公路、铁路或渠道膨胀土边坡，坡表明，无论公路、铁路或渠道膨胀土边坡，坡度在度在1 1：2 2l l：3 3的边坡，仍表现出普遍不稳定的边坡，仍表现出普遍不稳定性，甚至有的铁路路堑及渠道膨胀土边坡，坡性，甚至有的铁路路堑及渠道膨胀土边坡，坡度缓至度缓至1 1：5 51 1：8 8，也不一定完全稳定。特别，也不一定完全稳定。特别是在边坡土体结构与环境地质条件比较复杂的是在边坡土体结构与环境地质条件比较复杂的地区，或分布有软弱夹层地区，或分布有软弱夹层(如灰白色、灰绿色强如灰白色、灰绿色强膨胀土膨胀土)，边坡稳定问题更为复杂。膨胀土边坡，边坡稳定问题更为复杂。膨胀土边坡的破坏，有位于坡脚的，也有位于坡腰与堑顶的破坏，有位于坡脚的，也有位于坡腰与堑顶的，与一般粘性土边坡的破坏完全不同。因此，的，与一般粘性土边坡的破坏完全不同。因此，在膨胀土路堑边坡设计中，目前仍然以工程地在膨胀土路堑边坡设计中，目前仍然以工程地质比拟法为主，必要时再进行力学分析检算边质比拟法为主，必要时再进行力学分析检算边坡稳定性。坡稳定性。4.4.黄土边坡黄土边坡 黄土是第四纪的一种特殊堆积物。主要特征是颜色以黄色黄土是第四纪的一种特殊堆积物。主要特征是颜色以黄色为主，有灰黄、褐黄等色，含有大量粉粒，一般在为主，有灰黄、褐黄等色，含有大量粉粒，一般在5555以上，孔以上，孔隙比在隙比在1 1左右，垂直节理发育，具有湿陷性、溶蚀性、易冲刷和左右，垂直节理发育，具有湿陷性、溶蚀性、易冲刷和各向异性等工程特性。广泛分布于我国北纬各向异性等工程特性。广泛分布于我国北纬34344545之间的干旱之间的干旱和半干旱地区。目前黄土边坡的设计主要以工程地质比拟法为主，和半干旱地区。目前黄土边坡的设计主要以工程地质比拟法为主，力学分析验算为辅。表力学分析验算为辅。表3.83.8为各类黄土边坡设计参考值。为各类黄土边坡设计参考值。注：当边坡高度注：当边坡高度20m时，宜考虑进行力学验算；时，宜考虑进行力学验算；本表所替供的参考值，系指一般均质土，并无不良水文地质及工程地质现象时的本表所替供的参考值，系指一般均质土，并无不良水文地质及工程地质现象时的坡度值。坡度值。六、滑坡的稳定性计算 对于较均一的土质边坡，根据土层的物理力学参数与水环境条件，采用第二讲的圆弧整体稳定性分析方法或条分法进行稳定性验算。第三节 滑坡减重堆载的设计一、一般规定 1.查明滑坡特点，确定减重堆载范围；2.弃土的堆放宜置于前缘；3.牵引式滑坡不宜采用减重法，推移式滑坡不宜采用堆载法；4.演算滑坡减重后，从滑坡后缘剪出的可能性，堆载后应考虑是否引发新的滑移面的可能性；5.减重堆载后的坡面必须注意整平、排水与防渗处理。二、滑坡超重计算 滑坡超重计算是滑坡减重设计的重要依据，一个滑坡应在什么部位减重，减重多少完全取夹于滑坡超重计算的结果。超重计算在主滑断面上进行，对于大面积的滑坡应取多个纵断面计算。计算方法采用不平衡推力传递系数法。计算步骤如下：1)确定潜在滑动面及滑体、滑面的物理力学参数，地下水位；2)确定安全系数；3)对滑体分条并用传递系数法计算每个土条的下滑力、剩余下滑力；4)根据3)的计算结果确定减重的部位和数量。三、滑坡稳定性验算 在滑坡超重计算后，便可按照计算获得的减重部位和数量对滑坡进行削坡设计，设计中应注意控制滑坡从残存滑体的薄弱部分剪出。为了检验设计是否满足边坡稳定的要求，需要对减重后的滑坡进行稳定性验算。验算所用的力学参数、安全系数、主滑断面、计算方法均与超重计算完全相同；验算时除了验算原滑动面外，还要对滑坡从残存滑体的薄弱部分剪出的可能的潜在滑动面进行验算。当所有验算均满足要求时，可认为滑坡的减重设计可行；否则须重新修改设计或采用其他方案。在进行滑坡稳定性验算时，滑带岩土抗剪强度指标的选取除采用试验方法外，还应用反分析法和经验数据法加以验证。四、削方减载工程设计注意事项1.削方减载一般包括滑坡后缘减载、表层滑体或变形体的清除、削坡降低坡度以及设置马道等。削方减载对于滑坡稳定系数的提高值可以作为设计依据。2.当开挖高度大时，宜沿滑坡倾向设置多级马道，沿马道应设横向排水沟。边坡开挖设计时，应确定纵向排水沟位置，并且与城市或公路排水系统衔接。3.削方减载后形成的边坡高度大于8m时，开挖必须采用分段开挖，边开挖边护坡，护坡之后才允许开挖至下一个工作平台，严禁一次开挖到底。根据岩土体实际情况，分段工作高度宜3-8m。4.边坡高度大于8m，宜采用喷锚网、钢筋砼格构等护坡。如果高边坡设有马道，坡顶开口线与马道之间，马道与坡脚之间，也可采用格构护坡。5.边坡高度小于8m，可以一次开挖到底，采用浆砌块石挡墙等护坡。6.当堆积体或土质边坡高度超过10m时，须设马道放坡，马道宽2.0-3.0m。当岩质边坡高度超过20m时，须设马道放坡，马道宽1.5-3。7.为了减少超挖及对边坡的扰动，机械开挖必须预留0.5-1.0保护层，人工开挖至设计位置。8.采用爆破方法对后缘滑体或危岩体进行削方减载，必须专门对周围环境进行调查，对爆破振动对整体稳定性的影响和爆破飞石对周围环境的危害作出评估。9.在清除表层危岩体和确保施工安全的情况下，尽可能采用导爆索进行光面爆破或预裂爆破。凿岩一般3-4m，由上至下一次成型。以机械浅孔台阶爆破为主，并对超欠挖部分进行修整成型。10.块石爆破采用岩体内浅孔爆破与块体表面聚能爆破相结合的方主对于块体厚度大于1.5m，而易于凿岩的块石，以块体内浅孔爆破为主；厚度小于1.5m;凿岩施工条件极差的块石，以表面聚能爆破为主；厚度在1.5m左右，宽厚比近于1的块石，可以两种方法并用。五、回填压脚工程设计注意事项1.回填压脚采用土石等材料堆填滑坡体前缘，以增加滑坡抗滑能力，提高其稳定性。当滑坡剪出口位于库水位之下，且地形较为平坦时，回填压脚将具有提高滑坡稳定性，保护库岸、增加土地和处理弃渣等综合功效。2.回填体经过专门设计，其对于滑坡稳定系数的提高值可作为工程设计依据；未经专门设计的回填体，其对于安全系数的提高值不得作为设计依据，但可作为安全储备加以考虑。3.回填压脚填料宜采用碎石土，碎石土碎石粒径小于8cm，碎石土中碎石含量3080。碎石土最优含水量需做现场碾压试验，含水量与最优含水量误差小于3。4.碎石土应碾压，无法碾压时必须夯实，距表层080cm填料压实度93，距表层80cm以下填料压实度90。5.库水位变动带的回填压脚须对回填体进行地下水渗流和库岸冲刷处理，设置反滤层和进行防冲刷护坡。