边坡支护课程设计指导书

北京交通大学边坡支护课程设计土木建筑工程学院岩土工程系岩石力学教研室2015-11-252边坡支护课程设计任务书一、设计任务铜（陵）~汤（口）高速公路0904＃（K144+017～K144+080段）路堑高边坡位于安徽省黄山市黄山区太平湖镇广阳乡境内高速公路线路右侧，为开挖形成的路堑岩质高边坡，边坡高约30m，长63m。为了保证该边坡的长期稳定和高速公路运营安全，需要对该边坡进行加固整治。要求采用预应力锚索与格构梁组合方式加固整治，并按《建筑边坡工程设计规范》（GB50330-2013）进行设计。二、设计资料（1）地形地质平面图和横剖面图（见附件一、附件二）（2）边坡工程地质条件与水文地质条件地形地貌与气象边坡所在地区地貌属皖南低山丘陵，地势起伏较大，地面高程90～170m，植被发育，以乔木、灌木为主。工作区属北亚热带季风气候区，具有气候温和湿润、雨量充沛、日照充足、无霜期长、四季分明等特点。区内年平均气温为15.4～16.0℃，极端最高气温42℃，极端最低气温-13.5℃，七、八月份气温最高，月平均气温达27～29℃，一月份气温最低，月平均气温为2.6～3.5，年平均无霜期234天。区内雨量充沛，多年平均降水量1673.5mm，最大为2525.7mm，最小为627.9mm，区内平均年蒸发量为1216.5～1483.9mm。地层岩性边坡及附近出露的地层主要为第四系坡积层（Q4cl+dl），基岩为志留系下统霞乡组粉砂岩（S1x）。地层岩性由新至老如下：①第四系（Q4el+dl）坡积层：为含角砾亚粘土，灰黄色，可塑，中密，散体结构，主要坡顶及坡脚地带，坡面厚度小于0.5m，最大厚度5.65m。②志留系下统霞乡组强风化粉砂岩：灰黄色、灰褐色，粉砂质结构，层状构造，岩层产状为295～300°/∠44～50°，节理裂隙发育，层厚5～21m。③弱风化粉砂岩：灰黄色、灰褐色，粉砂质结构，层状构造，岩层产状为295～300°/∠44～50°，节理裂隙发育，层厚5～16m。④微风化粉砂岩：青灰色，粉砂质结构，层状构造，岩层产状为295～300°/∠44～50°，节理发育。地质构造高边坡路段地层呈单斜产出，岩层产状较稳定，为295～300°/∠44～50°，偶夹有规模较小的层间小挠曲。岩体中结构面发育，发育的主要结构面有：①20～30°/∠75～80°的张扭性结构面，平直，贯通，间距20～30cm，最大间3距为2m，局部呈张开状，充填少量泥化物，具过水痕迹，为与线路平行的边坡产生变形的主要依附面；②29°/∠40～45°的扭性结构面；③125～130°/∠79～82°的弯张面；④180°/∠55～65°的张扭性结构面；⑤90/∠70°压扭性结构面；⑥115～130°/∠40～45°的张扭性结构面。其中①、②两组结构面是走向与线路平行的边坡产生崩塌的主要依附面；③、④、⑤、⑥是走向垂直线路边坡产生坍塌的控制面。地震工作区属扬州～铜陵地震带，黄山区地震基本烈度为Ⅵ度区。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001），本场地的地震动峰值加速度为0.05g，相当于原地震基本烈度Ⅵ度。根据国家标准《规范建筑抗震设计》（GB50011－2001）的规定，属于抗震不利地段，应按地震基本烈度提高一度进行抗震设防。边坡岩体分类按照《建筑边坡工程技术规范》中的边坡岩体分类标准，904边坡岩体属于Ⅴ类岩体。（3）边坡地形地质平面图（见附件一）、边坡横剖面图（见附件二）（4）边坡岩体和滑动面物理力学参数如下：边坡岩体为中风化粉砂岩，重度为25kN/m3；滑动面的粘聚力C为5kPa，摩擦角φ为28°，地基抗力系数k为150000kN/m3。（5）混凝土的力学参数请根据所确定的混凝土等级参照有关规范查找。（6）钢绞线、钢筋的规格及力学参数见课程设计指导书。（7）计算中所需的其他材料力学参数请参照相关规范或标准。三、设计要求（1）按照《建筑边坡工程技术规范》确定边坡的安全等级和安全系数；（2）以边坡中部的横剖面Ⅴ为代表，采用极限平衡分析方法，计算开挖后边坡的稳定安全系数，据此评价该路堑边坡的稳定程度；（3）计算边坡的剩余下滑力E和稳定边坡所需的锚固力T；（4）根据边坡的高度与长度、需要提供的锚索力T、滑动面的位置和倾角等，初步拟定锚固方案，确定所需的预应力锚索数量，进一步计算每根锚索需要分担的锚固力设计值；（5）预应力锚索结构计算与设计，确定锚索的张拉荷载和锁定荷载；（6）初步拟定格构梁的布置方式与梁的几何尺寸；（7）格构梁的结构计算与结构设计；（8）加固后边坡的稳定性验算；（9）工程量计算；4（10）拟定边坡加固的施工方法与程序；四、分组及各组设计任务本次课程设计共分7个小组（分组情况见下表），除了剖面图中滑动面略有区别外，各个小组的设计内容基本相同。每个小组均包含8名同学，虽然组内所有同学的设计内容相同，并允许相互讨论，但要求每个同学应独立完成，并单独提交设计成果。小组编号起始学号结束学号剖面图编号111301006122310811212231085122311102312231111122311553412231165122312064512231207122312385612231244122312786712231280122730477五、设计说明书内容（1）封面（题目、专业、年级、姓名、学号）（2）目录（附页次）（3）设计说明书正文应包括以下主要内容：1）设计任务及边坡的性质和用途.2）基本设计资料3）边坡安全等级确定与安全系数的选择及依据4）边坡稳定性分析与稳定性评价5）加固方案选择及依据分析6）加固设计计算7）支挡结构的构造设计8）预应力张拉值与锁定值的确定及依据9）施工顺序与注意事项10）主要工程量计算（4）设计说明书应采用计算机编写，并以A4纸打印五、设计图纸要求（1）边坡加固横剖面图（含主要工程量表）5（2）锚索结构构造图（3）格构梁构造图（4）图纸应采用A3纸打印附件一：边坡地形平面图附件二：边坡剖面图67边坡加固课程设计指导书一、概述本课程设计是《深基坑与边坡》课程中边坡部分教学的配套实践教学环节，目的是为了让学生通过设计实践巩固课堂所学知识，熟悉并掌握边坡常用支挡结构设计的基本方法和要求，培养学生结构设计的能力和分析问题、解决问题的能力，初步掌握边坡和滑坡治理设计的基本方法，为毕业设计和今后从事此类专业工作奠定坚实基础。工程中遇到的边坡类型繁多，地质条件复杂程度差别较大，没有统一的标准加固方法可供利用，每一个具体的边坡病害整治工程或加固工程都会涉及到很多方面，因此，需要综合全面考虑，充分运用所学知识，包括其他相关课程知识，并发挥独立思考和独创精神，提出最合理的加固方法。本设计以《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）为依据。设计成果应包括：设计说明书和施工图二、边坡稳定性分析2.1基本规定（1）下列建筑边坡应进行稳定性评价：1）选作建筑物场地的自然斜坡；2）由于开挖或填筑形成、需要进行稳定性验算的边坡；3）施工期出现新的不利因素的边坡；4）运行期条件发生变化的边坡。（2）计算沿结构面滑动的稳定性时，应根据结构面形态采用平面或折线形滑面。计算土质边坡、极软岩边坡、破碎或极破碎岩质边坡的稳定性时，可采用圆弧形滑面。（3）边坡稳定性计算时，对基本烈度为7度及7度以上地区的永久性边坡应进行地震工况下边坡稳定性校核。（4）塌滑区无重要建（构）筑物的边坡采用刚体极限平衡法和静力数值计算法计算稳定性时，滑体、条块或单元的地震作用可简化为一个所用于滑体、条块或单元重心处、指向坡外（滑动方向）的水平静力，其值应按下列公式计算：eWQG(1)eiWiQG(2)式中，𝑄𝑒,𝑄𝑒𝑖——滑体、第i计算条块或单元单位宽度地震力（kN/m）；G,𝐺𝑖——滑体、第i条块或计算单元单位宽度自重[含坡顶建（构）筑物作用]（kN/m）；8𝛼𝑊——边坡综合水平地震系数，由所在地区地震基本烈度按表1确定。（5）当边坡可能存在多个滑动面时，对各个可能的滑动面均应进行稳定性计算。水平地震系数表1地震基本烈度7度8度9度地震峰值加速度0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g综合水平地震系数0.0250.0380.0500.0750.1002.2边坡稳定性评价标准（1）除校核工况外，边坡稳定性状态分为稳定、基本稳定、欠稳定和不稳定四种状态，可根据边坡稳定性系数按下表确定。边坡稳定性状态划分表2边坡稳定性系数𝐹𝑠𝐹𝑠1.001.00≪𝐹𝑠1.051.05≪𝐹𝑠𝐹𝑠𝑡𝐹𝑠𝐹𝑠𝑡边坡稳定性状态不稳定欠稳定基本稳定稳定（2）边坡稳定安全系数𝐹𝑠𝑡应按下表确定，当边坡稳定性系数小于边坡稳定安全系数时应对边坡进行处理。边坡稳定安全系数𝑭𝒔𝒕表3边坡工程安全等级边坡类型与工况一级二级三级永久边坡一般工况1.351.301.25地震工况1.151.101.05临时边坡1.251.201.15注：1.地震工况时，安全系数仅适用于塌滑区内无重要建（构）筑物的边坡；2.对地质条件很复杂或破坏后果很严重的边坡工程，其稳定安全系数应适当提高。2.3边坡稳定性分析方法边坡稳定性分析通常采用较为实用的极限平衡方法，因此，土质边坡可采用瑞典条分法、毕肖普法进行分析。岩质边坡可用单平面、双平面滑动破坏的计算方法，任意滑面形状的边坡，可采用不平衡力传递系数法。具体方法可参见有关教材或讲义。三、锚固工程设计计算3.1锚杆设计的基本原则（1）设计锚杆的使用寿命应不小于边坡或被服务建筑物的正常使用年限，一般使用期限在两年以内的工程锚杆应按临时锚杆设计，使用期限在两年以上的锚杆应按永久性锚杆进行设计。对于永久性锚杆的锚固段不应设在有机质土、液限大于50％9或相对密度小于0.3的土层中。（2）当对支护结构变形量容许值要求较高、或岩层边坡施工期稳定性较差、或土层锚固性能较差、或采用了钢绞线和精轧钢筋时，宜采用预应力锚杆。但预应力作用对支承结构的加载影响、对锚固地层的牵引作用以及相邻构筑物的不利影响应控制在安全范围之内。（3）设计的锚杆必须达到所设计的锚固力要求，防止边坡滑动剪断锚杆，锚杆选用的钢筋或钢绞线必须满足有关国家标准，特别是预应力钢绞线，必须保障钢筋或钢绞线有效防腐，以避免锈蚀导致材料强度降低。3.2锚杆的设计程序对边坡锚杆加固设计首先必须对边坡工程地质调查，在掌握地质情况的基础上，对边坡的破坏方式进行判断，并分析采用锚杆方案的可行性和经济性，如果采用锚杆方案可行，开始计算边坡作用在支挡结构物上的侧压力，根据侧压力的大小和边坡实际情况选择合理的锚杆型式，并确定锚杆数量、布置形式、承载力设计值。根据承载力设计值计算锚筋截面、选择锚筋材料和数量，计算锚固段长度。如果采用预应力锚杆还要确定预应力张拉值和锁定值，最后进行外锚头和防腐构造设计并给出施工建议、试验、验收和监测要求。在边坡锚杆加固中要选择合理的锚杆型式，必须结合被加固边坡的具体情况，根据锚固段所处的地层类型、工程特征、锚杆承载力的大小、锚杆材料、长度、施工工艺等条件综合考虑进行选择。表4给出了土层、岩层中的预应力和非预应力常用锚杆类型的有关参数，可供边坡锚杆加固选型使用。常用边坡锚杆型式表4锚杆类别锚筋选料承载力(kN)锚杆长度应力状态注浆方式锚固体形式适用条件土层锚杆钢筋（Ⅱ、Ⅲ级）45016m非预应力常压灌浆压力灌浆圆柱型扩孔型锚固性较好的土层精轧螺纹钢筋Φ25～32400～110010m预应力压力灌浆二次高压灌浆连续球型、扩孔型土层锚固性较差；边坡允许变性值小钢绞线600～160010m预应力同上同上同上岩层锚杆钢筋（Ⅱ、Ⅲ级）45016m非预应力常压灌浆圆柱型边坡稳定性较好精轧螺纹钢筋Φ25～32400～110010m预应力常压灌浆压力灌浆圆柱型边坡稳定性交差钢绞线600～200010m预应力常压灌浆压力灌浆圆柱型同上3.3锚杆的布设要求锚杆的布置原则上应根据实际地层情况以及锚杆与其他支挡结构联合使用的具体情况确定，一般有如下基