边坡设计方法

1、边坡施工图设计方法边坡施工图设计方法 建筑四所 曾鼎华 边坡的概念边坡的概念 l岩土体在自然重力作用或人为作用而形成的具 有倾斜度和临空面的坡体。 边坡的分类边坡的分类 l土质边坡：主要由土体组成。高度超过8米时应进行 方案论证，高度超过15米时应组织专家进行论证。(重 庆市建委166号文) l岩质边坡：主要由岩体组成。高度超过15米时应进行 方案论证，高度超过30米时应组织专家进行论证。 l混合边坡 ：上部为土层，且土层厚度不超过5米的边 坡。高度超过12米时应进行方案论证，高度超过25米 时应组织专家进行论证。 边坡设计的步骤边坡设计的步骤 l熟悉场地情况和地勘资料 l确定边坡的破坏形式，

2、根据破坏形式选择合适 的支挡方案 l根据支挡方案计算土压力，根据平面和剖面布 置情况确定支挡结构上的内力 边坡设计对地勘报告深度的要求边坡设计对地勘报告深度的要求 l勘察范围：不仅仅是红线范围内，还应包括坡 顶一定范围（土质边坡为1.5倍坡高，岩质边 坡为1倍坡高） l对边坡的描述：岩性，风化程度，完整性，结 构面等 l边坡所在位置的地质剖面：审查时一般要求将 支挡结构画在地质剖面图上，以便直观判断岩 层情况 边坡设计对地勘报告深度的要求边坡设计对地勘报告深度的要求 l坡顶是否有建筑物，其层数，基础形式及结构 形式。是否有重要管线，如军事电缆，燃气管 道，高压铁塔等 l边坡设计需要掌握的参数：

3、破裂角、等效内摩 擦角（又称综合内摩擦角）、结构面的抗剪参 数（c，值）、岩石单轴抗压强度标准值、基 底摩擦系数、基床系数等 l各段边坡的破坏模式及稳定性分析，建议采用 的支护方式等 边坡设计对地勘报告深度的要求边坡设计对地勘报告深度的要求 l破裂角：根据摩尔-库伦理论，假定岩体有沿一个假定 的面滑动的趋势，主要用来计算岩体对支护结构的侧 向压力及判定稳定岩体位置。理论解=45+ /2， 为岩体内摩擦角。一般较完整的砂岩可取63，泥岩 可取55。当存在外倾结构面时破裂角取外倾结构面和 45+ /2的较小值。计算侧向岩石压力时需要将c取0， 用等效内摩擦角d来计算，否则计算出的侧压力值可 能为负

4、值。 边坡设计对地勘报告深度的要求边坡设计对地勘报告深度的要求 l第二破裂面：当俯斜式重力式挡墙的墙背坡度较平缓 时，会出现不同于经典破裂面的第二破裂面。采用理 正岩土软件在计算衡重式挡墙的上墙时有时会出现这 个概念。俯墙临界面与铅直线的夹角可用下式计算： cr=45-/2-(arcsin(sin/sin)-)/2 边坡设计对地勘报告深度的要求边坡设计对地勘报告深度的要求 l结构面的抗剪强度c，值：一般根据规范取c=50kPa， =18。 稳定性分析方法（破坏模式）稳定性分析方法（破坏模式） l定性分析：工程类比法（经验法）、地质力学 分析法（如赤平投影法） l定量分析：极限平衡法（属于刚体分

5、析理论， 需要假定滑动面或真实滑动面存在）、数值分 析法（用于复杂边坡或存在建筑与边坡协同作 用的边坡，可计算边坡位移） 岩质边坡的破坏类型岩质边坡的破坏类型 l沿岩体层面或裂隙滑动（顺向坡，切向坡，逆 向坡的概念） l强度控制：除了极软岩外岩体自重不易将中风 化岩石剪断，岩体强度不是控制边坡稳定性的 决定性因素。 岩质边坡的结构面及产状岩质边坡的结构面及产状 l结构面：包括岩体的层面、裂隙等 l岩层的三要素：走向、倾向、倾角 l利用赤平极射投影分析边坡与结构面的相对关 系显得更直观。 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 l定义：赤平极射投影简称赤平投影，主要用来表示线、 面的方位，相互间的角距

6、关系及其运动轨迹，把物体 三维空间的几何要素（线、面）反映在投影平面上进 行研究处理。 l 特点：方法简便、直观、是一种形象、综合的定量图 解。在工程地质上，用来表示优势结构面或某些重要 结构面的产状及其空间组合关系；在分析岩体稳定性 时，还可利用其来表示临空面、边坡面、工程作用力、 岩体阻抗力及岩体变形滑移方向等。 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 l投影要素 1.投影球 2.赤平面:过投影球球心的水平面 3.基圆:赤平面与球面相交的大圆（赤平大圆）。凡过 球心的平面与球面相交的大圆，统称为大圆，不过球 心的平面与球面相交所成的圆统称小圆。 4.极射点: 球上两极发射点，分上半球投影和下球投

7、 影 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 l投影原理 任何一个过球心的无限伸展的平面（岩层面、断 层面、节理面或轴面等）和线，必然与球面相交成球 面大圆和点。球面大圆与极射点的连线必然穿过赤平 面，在赤平面上这些穿透点的连线即为该平面的相应 大圆的赤平投影，简称大圆弧。 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 l投影原理 1. 线的投影：直线(OG)产状：90 40,投影到赤平面上为H点。OD为直线的倾伏向， HD为倾伏角。 2.平面的投影：平面(PGF)产状:SN/90 40,投影到赤平面上为PHF。PF代表走向，OH 代表倾向，DH代表倾角。 线的投影面的投影 赤

8、平极射投影简介赤平极射投影简介 l 分析之一： 一组结构面与坡面的边坡稳定性分析 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 分析一：一组结构面与坡面的边坡稳定性分析 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 l 分析之二： 两组结构面与坡面走向基本一致稳定性 分析 l 分析之三： 两组结构面与坡面走向斜交的稳定性分 析 赤平极射投影简介赤平极射投影简介 岩质边坡的支护类型岩质边坡的支护类型 l锚杆挡墙： 板肋式：仅有肋柱和压顶梁。 格构式：相对板肋式增加了横向联系梁，形成 了框架体系。有时为了绿化考虑，将框架与地 面斜交。 排桩式：将肋柱加大，采用钻孔桩或挖孔桩进 行逆作法施工。类似于加锚杆的桩板式挡墙。 岩

9、质边坡的支护类型岩质边坡的支护类型 l锚喷支护（系统锚杆，随机锚杆）：适用于整 体稳定的岩质边坡，边坡坡度一般小于坡率法 中的放坡系数。 主要作用是防止坡面风化、 雨水冲刷及局部掉块。锚钉钻孔直径一般为70 或90，锚筋为1根直径1420的钢筋，长度为 25米，角度尽量与边坡坡面呈大角度斜交。 土质边坡的破坏类型土质边坡的破坏类型 l平面滑动：适用于砂性土。 l圆弧滑动：适用于粘性土。需要搜索最不利滑 动面。 土压力的分类土压力的分类 l静止土压力：挡墙的高度较大，在土压力作用 下基本不动时所产生的推力。地下室挡墙一般 采用此推力进行计算 l主动土压力：挡土墙在土体推力作用下向前移 动或绕墙趾

10、转动时土作用在墙背上的推力。砂 土达到主动土压力的的位移量为0.5%H，粘土 达到主动土压力的的位移量为12%H （H为 墙高） 土压力的分类土压力的分类 l被动土压力 ：挡墙在外力作用下向土体方向移动或绕 墙趾转动所产生的推力。砂土达到被动土压力的的位 移量为5%H，粘土达到被动土压力的的位移量为 10%H （H为墙高）。一般用于桥台的计算。 土压力的分类土压力的分类 l被动土压力一般对支护设计有利，在计算时应考虑到 其产生的前提条件是土体变形很大，须适当进行折减。 桩前土体及重力式挡墙墙趾前土体所产生的被动土压 力值一般较小，仅可作为安全储备。 土压力的计算理论土压力的计算理论 l库仑土压

11、力理论： 基本假定： 1、挡土墙是刚性的，墙后的填土是理想的散粒体（粘聚力c=0）； 2、滑动破坏面为一通过墙踵的平面。 3、滑动楔体为刚体。 库仑土压力理论的理论公式仅直接适用于无粘性土，当为粘性土 时需将c、值换算为等效内摩擦角： 由于库仑土压力理论考虑了墙背与土之间的摩擦力，故可用于墙 背倾斜，填土面倾斜的情况。 2/45cos/2tanarctan hc d 土压力的计算理论土压力的计算理论 l郎肯土压力理论 基本假定： 1.墙背垂直 2.墙背光滑 3.填土表面水平 土压力的计算理论土压力的计算理论 l用库仑土压力公式计算主动土压力，用郎肯土 压力公式计算被动土压力。 土压力的计算理论

12、土压力的计算理论 l主动土压力计算公式 aa KHE 2 2 1 = 查表), , , (fKa= +与水平面夹角为 HCa 3 1 = a a a zK dz dE = 其中 作用点位置： 应力沿墙高的分布： 合力方向： 主动土压力系数： )/(mkN 土压力的计算理论土压力的计算理论 l被动土压力计算公式 对于无粘性土： 对于粘性土： p 2O22 p p O2 1p KH 2 1 =） 2 q +45（tgH 2 1 =P总的土压力为： zK= ） 2 +45（ztg= =p被动动土压力强度为 ppp pp OO p KcHKHP KczKtgcztgp 2 2 1 2 2 q 452

13、2 q 45 2 2 1 += +=+= 总的土压力为： ）（）（ 被动土压力强度为： 特殊情况下的土压力特殊情况下的土压力 l有限范围填土压力：计算结果一般较主动土压力大， 其值介于主动土压力和静止土压力之间。 土质边坡的支护类型 l重力式挡墙（分直立式，俯斜式，仰斜式，衡重式）重力式挡墙（分直立式，俯斜式，仰斜式，衡重式） 仰斜式俯斜式直立式衡重式 土质边坡的支护类型 l悬臂式挡墙（高度超过6米时一般要增加垂直 于挡板的扶壁，称扶壁式） l锚定板式，加筋土挡墙（在填方区采用，随着 土层的逐渐回填，挡墙也逐渐完成） l土钉墙：另一种形式的重力式挡墙，土钉一般 间距0.81.5米，长度可达10

14、20米，一般用 于挖方区。 悬臂式 扶壁式 锚定板式 重力式挡墙的设计重力式挡墙的设计 l重力式挡墙较为常见，一般采用条石砌筑或采 用毛石混凝土浇筑，当场地无石头时采用素混 凝土浇筑。重力式挡墙高度在6米以下时较为 经济，当高度超过6米时经济性急剧下降。重 力式挡墙的底面宽度一般为其高度的0.40.5 倍，占地较宽，体积较为庞大，施工时需大面 积开挖基槽，对于场地狭窄的区域难以适用。 重力式挡墙的设计重力式挡墙的设计 l仰斜式，直立式，俯斜式三种挡墙的用途各不相同 ： l仰斜式的背侧土压力最小，直立式居中，俯斜式最大。 相同高度时挡墙的体量仰斜式最小，俯斜式最大。 l仰斜式挡墙因后侧填土施工稍

15、困难，一般用于挖方区 边坡的坡面护坡，有时也可用于较高的填方边坡。 l俯斜式挡墙的占地面积最小，在挖方区有一定的优势， 特别是在山坡上时 重力式挡墙设计的注意事项重力式挡墙设计的注意事项 l墙底持力层的选择：挡墙高度超过5米时基底反力较 大，一般土层不能满足要求，必要时应采用扩展基 础。当以填土层作为持力层时应特别注意，因重力 式挡墙在使用过程中本身就有一定的变形，若基底 发生沉降则可能产生危险。一般要求做换填处理： 若岩层埋深较浅（3米以内）则可采用素混凝土垫高 至岩层，若岩石埋深较深则可采用砂夹石等材料进 行换填，但应注意计算换填的深度（1.52.5米）及 范围（根据扩散角）。当承载力相差

16、太多时可考虑 采用桩基加承台梁来抬挡墙。若设计得当其造价将 低于桩板式挡墙。 重力式挡墙设计的注意事项重力式挡墙设计的注意事项 l重力式挡墙的材料：就设计角度来讲，显然素混凝 土和毛石混凝土整体性及抗剪强度都要好于条石。 毛石混凝土中的毛石可以起到降低水化热的作用， 同时可以降低造价。从完成后的效果来看，条石挡 墙有一定景观效果，一般甲方偏于选择条石；若采 用混凝土浇筑则可能存在后期重新贴石材的问题， 价格反而可能偏高。 桩板式挡墙设计桩板式挡墙设计 l桩板式挡墙，可以嵌入岩层中，也可嵌入土中 作嵌固端，但嵌入土层时应注意控制变形。经 常采用悬臂式，当土压力或滑坡推力较大时也 可以结合锚杆或锚

17、索一起使用，可大大降低桩 身截面和配筋。锚杆或锚索在新填土层中应谨 慎使用，因填土沉降对锚杆会形成横向加载， 锚杆或锚索设计为受拉构件，抗剪能力较弱， 实际使用中可能会被剪断，特别是锚索带有预 应力，对横向受力非常敏感。 桩板式挡墙设计桩板式挡墙设计 l桩板式挡墙设计的几个常用的参数： l基床系数：又分k法（嵌固端为岩层时）和m法（嵌固 端为土层时）。K值由地勘提供，一般泥岩取 50100kN/m3，砂岩取150200kN/m3 l桩的截面尺寸取值：悬臂桩截面高度不小于悬臂高度 的1/6，截面宽度取截面高度的1/22/3。常用截面尺 寸有1.2x1.5米，1.5x2米，2x3米等。 l嵌岩深度

18、：规范要求嵌入岩石时不小于总桩长的1/4， 嵌入土层时不小于总桩长的1/3。根据经验来看，一般 嵌入岩石时的深度为总桩长的1/3左右，嵌入土层时为 总桩长的1/2左右。 桩板式挡墙设计桩板式挡墙设计 l桩距可取桩距的38倍。根据工程经验，经常采用的 桩距为35米（中距），否则挡板很难设计。 l挡板厚度一般取200300mm，根据桩的截面尺寸及 间距，可考虑桩后侧的土拱效应对挡板上的土压力进 行折减。建议挡板不要做成与桩外表面平齐，以退进 300500为佳。一是因为钢筋不容易锚固，二是成型 后表面较为难看，三是桩间的槽便于做成花池。挡板 应嵌入地面以下300500。 l桩底计算假定：根据桩嵌入岩

19、土层的土性、岩质及埋 入深度等确定桩底计算假定为自由、铰接或固端。嵌 入岩石时一般考虑成铰接或固端，嵌岩深度为13倍 桩径时考虑为铰接，3倍以上为可按嵌固考虑。 桩板式挡墙设计桩板式挡墙设计 l桩板挡墙应控制桩顶位移不大于悬臂长度的1/100，并 不宜大于100mm，地面位置桩的位移不宜大于10mm。 l控制桩嵌岩部分的侧向反力不应超过岩石地基承载力 特征值的0.5倍。 l根据铁路路基支挡结构设计规范10.2.13条的规定， 抗滑桩可不进行裂缝宽度计算。 l压顶梁对于增强桩的整体性具有很大作用。宽度一般 取同桩截面高度，高度取宽度的1/21/3。注意其配筋 的主要方向为侧向，配筋率不小于0.2

20、%。 锚杆挡墙的设计锚杆挡墙的设计 l锚杆挡墙自重轻，占地小，工程费用相对较低。根据 经验单价在300500元/m2。 l锚杆长度控制在16米以内，否则应考虑采用预应力锚 索。 l锚杆间距竖向不小于2.5米，水平不超过2米。 l一般锚杆挡墙都设计有肋柱，当岩质较完整时也可取 消肋柱，仅作面板。当岩质较破碎时需增加横向联系 梁（有时将竖向肋柱和横向联系梁一起考虑成框架结 构进行计算）。 l肋柱的宽度不小于300mm。实际设计中肋柱的尺寸一 般不需要很大，经常采用的尺寸有 300 x400600,400 x600800. 锚杆挡墙的设计锚杆挡墙的设计 l岩质边坡岩石压力的分布 l将岩石压力作为荷载

21、，将 锚杆作为支座，按照连续梁 模型计算肋柱的配筋。 锚杆挡墙的设计锚杆挡墙的设计 l钻孔直径有90,110,130,150,180等。锚固段长度一般 为35米，锚杆不超过6米，锚索不超过10米。锚固段 长度一般由岩石与砂浆的之间的粘结强度控制，砂浆 与钢筋之间的粘结强度一般不起控制作用。钻孔深度 一般需超过设计锚杆深度50cm。钻孔倾斜角度一般取 15度，当岩石较深时为了减小锚杆长度也可加大至30 度，但其有效拉力也会随之减小。 l锚索的张拉和锁定荷载：规范规定不大于钢绞线承载 力标准值的0.65倍。为避免张拉时发生拉暴的情况， 一般控制张拉力为0.30.5倍的承载力标准值。张拉力 越大，所

22、引起的次应力会越大 锚杆挡墙与锚喷支护的区分锚杆挡墙与锚喷支护的区分 l注意区分的概念：锚杆挡墙中的锚杆按照设计 原理应分为自由段和锚固段，自由段需设置纤 维布以及沥青包裹，以防止钢筋生锈以及保证 锚杆自由伸长。为避免产生群锚效应降低锚固 效果，规定了其最小间距，如水平距离不小于 2米，竖向间距不小于2.5米。 坡率法坡率法 l根据土层的土质情况或岩层的完整性以及边坡 的高度，可以按照一定的坡度进行放坡处理。 l坡率法的优点：一般较为经济，施工简便。 l坡率法的缺点：比较占地方，市区场地狭窄时 受限较大。 坡率法坡率法 l挖方边坡（土质边坡） 坡率法坡率法 l填方边坡 坡率法坡率法 l挖方边坡

23、（岩质边坡） 边坡工程设计施工图的内容边坡工程设计施工图的内容 l边坡设计总说明 l支挡结构总平面布置图 l剖面布置图 l立面布置图 l大样 边坡设计总说明边坡设计总说明 l工程概况：介绍项目所处位置、场地条件、边 坡特点（坡度、高度及长度等） l地质情况：介绍场地的地形、地貌，地质构造 和岩土的特性 l设计依据：总图、地勘报告、获得认可的前阶 段设计成果、规范规程 边坡设计总说明边坡设计总说明 l设计标准：设计使用年限（永久边坡还是临时 边坡），安全等级 l设计参数：主要写岩土的物理力学参数 l支挡措施：分为支护设计思路，施工注意事项 （施工顺序，开挖顺序，开挖作业方式，放坡 系数） 边坡设计总说明边坡设计总说明 l排水设计：排水是边坡设计的重要内容，包括 泄水孔和排水沟两部分。 l监测要求：对于坡顶或坡脚有保护对象的边坡 ，有滑动可能的边坡应提出监测要求，有可能 的情况下需对监测内容、监测频率、监测点布 置做出具体设计。 总平面布置图设计总平面布置图设计 l支挡结构在总平面图上的范围、定位 一般在地勘提供的带有地形图和剖面线的