關(guān)于存在高壓鐵塔的高邊坡土體分析和計(jì)算

李仁武

(中國華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司長沙分公司，湖南 長沙 410000)

1 項(xiàng)目概述

本次用工程實(shí)例對高邊坡上有鐵塔的抗滑樁進(jìn)行分析計(jì)算，擬建場地位于長沙市雨花區(qū)紅旗路(戰(zhàn)備路-繞城高速)K0+480右側(cè)山坡，原始地貌單元為剝蝕殘丘，現(xiàn)場地高低不平。榔邊線(220V)新建鐵塔P7G#(塔基已完成)位于紅旗路路基開挖邊坡范圍內(nèi)，路基開挖對坡頂高壓電塔產(chǎn)生潛在威脅，為保障坡頂高壓電塔的安全，進(jìn)行本次邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)。

邊坡設(shè)計(jì)為永久支護(hù)，安全等級為一級，重要性系數(shù)γ0=1.1，設(shè)計(jì)使用年限為50年。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)野外鉆探，場地內(nèi)分布的地層主要有人工填土層、耕土、第四系全新統(tǒng)沖積層、第四系下更新統(tǒng)沖積層及坡積層，下伏基巖為白堊系(K)泥質(zhì)粉砂巖。結(jié)合各種試驗(yàn)結(jié)果，場地內(nèi)埋藏地層自上而下依次為：種植土、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(Ⅴ類)和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖(Ⅴ類)?？够瑯秹笾饕谕翆訛閺?qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

原始地貌為瀏陽河沖積階地，地形上為低山緩坡，場地內(nèi)及周邊除切方后將形成邊坡外，無活動(dòng)斷裂、滑坡、泥石流、采空區(qū)、地面沉降、危巖、崩塌及可液化地層等等影響場地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。

根據(jù)現(xiàn)狀邊坡高度、巖土工程條件，邊坡特征分析評價(jià)及建議措施。

巖土條件分析：現(xiàn)狀條件下電塔基礎(chǔ)頂面高程約為66.50 m，電塔下方擬建道路設(shè)計(jì)標(biāo)高約為47.50 m左右，由于道路施工開挖坡腳地段將在電塔下方產(chǎn)生人工邊坡，邊坡高度約為20 m，道路右邊線距電塔距離約為20 m。邊坡類型為巖土復(fù)合邊坡，邊坡工程等級為一級。該段設(shè)計(jì)路面標(biāo)高以上需切方的地層主要有：人工填土①1、種植土②、粉質(zhì)黏土⑥、粉質(zhì)黏土⑧及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑨、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑩。坡面傾向約80°，巖石產(chǎn)狀352°∠12°，J1：140°∠85°，J2:60°∠80°。

建議措施：根據(jù)邊坡體巖土條件，人工邊坡施工開挖及運(yùn)行期間存在淺層界面滑動(dòng)、巖層的楔體滑動(dòng)及巖石崩落等可能，規(guī)模大，并且將影響電塔的正常使用及安全。當(dāng)具備放坡條件時(shí)，可采用臺階式(分級8 m)放坡，邊坡坡比允許值應(yīng)通過穩(wěn)定性計(jì)算分析確定，漿砌片石護(hù)面或骨架/格構(gòu)植草護(hù)面；坡頂設(shè)截水溝，坡腳設(shè)排水溝。坡面適當(dāng)防護(hù)，必要時(shí)對坡體進(jìn)行注漿加固，并加強(qiáng)防排水措施及作好綠化恢復(fù)工作。當(dāng)不具備放坡條件時(shí)建議可采用抗滑樁式錨索擋墻或巖石錨噴支護(hù)，并加強(qiáng)防排水措施，坡頂設(shè)截水溝，坡腳設(shè)排水溝。漿砌片石護(hù)面或骨架/格構(gòu)植草護(hù)面。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支護(hù)主要為保證高壓鐵塔的安全運(yùn)營，支護(hù)范圍為K0+439～K0+527共計(jì)88 m。采用樁徑2 m×3 m，樁間距5 m和6 m的人工挖孔樁。樁長13～23 m；并在鐵塔范圍內(nèi)的7根樁基設(shè)置2排錨索。其余樁基不設(shè)置錨索。受鐵塔位置及支護(hù)高度影響，為最大化節(jié)省工程造價(jià)，樁基上第一級邊坡坡率在鐵塔處為1∶1.25，往兩側(cè)漸變至1∶1.75。并采用人字骨架防護(hù)。第二級和第三級邊坡均采用1∶1.75，采用植草防護(hù)。每級平臺之間均設(shè)置2 m寬平臺。

樁基上預(yù)應(yīng)力錨索采用直徑15.2 mm、標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa的高強(qiáng)度、低松弛的普通預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作。錨索體采用5束鋼絞線，錨索鉆孔為直徑φ150 mm，如圖1。

鐵塔基礎(chǔ)為底直徑3 m掏挖基礎(chǔ)，分4個(gè)呈正方形布置，角距11.6 m，基礎(chǔ)埋深約6 m。鐵塔荷載取單個(gè)基礎(chǔ)200 KPa均布荷載計(jì)算，并等效為等厚土重3 m計(jì)算。

4 抗滑樁結(jié)構(gòu)計(jì)算

抗滑樁結(jié)構(gòu)計(jì)算采用理正巖土6.5PB2抗滑樁計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算。選用K0+483作為控制性斷面。

(1)根據(jù)地勘報(bào)告對電塔處邊坡的分析評價(jià)，坡面傾向約80°，巖石產(chǎn)狀352°∠12°，J1：140°∠85°，J2:60°∠80°。巖石產(chǎn)狀的傾向與路線前進(jìn)方向基本平行，即巖石產(chǎn)狀對開挖坡面不利影響較低。但要考慮J1，J2結(jié)構(gòu)面的不利影響。

(2)計(jì)算過程

①參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30-2015)3.7條，對抗滑樁邊坡穩(wěn)定安全性系數(shù)正常工況取1.3，暴雨工況取1.2。巖土的內(nèi)摩擦角和粘聚力在暴雨工況下均折減0.8。

②考慮到樁板墻后擋土大部分為巖層，土質(zhì)較好，故軟件計(jì)算時(shí)先自動(dòng)搜索最不利滑動(dòng)面出口，經(jīng)計(jì)算出口在粉質(zhì)黏土層；巖層滑動(dòng)面按巖層直線破裂角計(jì)算。綜合巖層和計(jì)算出的滑動(dòng)面，計(jì)算出下滑力。

③根據(jù)計(jì)算的下滑力值，對抗滑樁進(jìn)行計(jì)算，得出抗滑樁的最大彎矩和剪力值，進(jìn)行配筋驗(yàn)算。

(3)根據(jù)地勘報(bào)告，場區(qū)地震基本烈度為6°，設(shè)計(jì)基本地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 50330-2013第5.2.5條規(guī)定，邊坡計(jì)算可不考慮地震作用。

(4)計(jì)算采用通用方法，安全系數(shù)計(jì)算，滑裂面按圓弧滑動(dòng)法計(jì)算。剩余下滑計(jì)算采用擴(kuò)大自重下滑力(KT模型)。

(5)計(jì)算思路為先按常規(guī)計(jì)算其最不利滑動(dòng)面，再綜合巖層破裂特性綜合分析實(shí)際滑動(dòng)面和下滑力，計(jì)算出抗滑樁在工程使用期間內(nèi)的實(shí)際受力情況。

5 計(jì)算結(jié)果

圖1 計(jì)算滑動(dòng)面(自動(dòng)搜索出口：正常工況)

圖2 計(jì)算滑動(dòng)面(自動(dòng)搜索出口：暴雨工況)

圖3 剩余下滑力計(jì)算(情況1)

圖4 剩余下滑力計(jì)算(情況2)

計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?，表2。

表1 計(jì)算結(jié)果匯總表

表2 計(jì)算結(jié)果匯總表

6 結(jié) 論

(1)經(jīng)計(jì)算，在不設(shè)置抗滑樁情況下，邊坡安全系數(shù)最小為0.874，故需對邊坡進(jìn)行支擋設(shè)計(jì)。

(2)邊坡為永久邊坡，情況2為理想狀態(tài)下邊坡的情況，但在實(shí)際使用過程中，土體結(jié)構(gòu)應(yīng)更符合情況1。故采用情況1的結(jié)果進(jìn)行后續(xù)抗滑樁計(jì)算。

(3)本工程實(shí)例對邊坡控制要求較高的工程提供了一定的參考。