【《某石灰石堆场边坡加固工程设计》13000字】

某石灰石堆场边坡加固工程设计摘要为了保障某石灰石堆场边坡加固工程安全顺利施工，本设计简要总结了边坡加固技术的形式特点和适用范围，针对某地区石灰岩预均化堆场的边坡，本次设计主要结合该项目工程场地的土壤、水文和地质条件、场地的周边环境和工程的永久性等基本情况进行设计，确定了边坡安全等级，通过查阅大量工程实地资料分析了边坡加固工程常用的加固形式，通过对比选择，最后确定了边坡坡体注浆加固——挡墙锚索锚固的加固方案。以保障堆体自身及支护结构的安全为目标，本设计根据国家有关规范明确了边坡加固结构的外荷载类型；按照《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）规范要求的方法，采取了公式计算的方法逐一计算了挡墙抗倾覆力、抗滑档摩擦力、加固前后边坡受力；利用注浆法计算了排桩的孔隙率、注浆量；依据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ50086-2001，计算了锚索的高度和长度，并绘制了对应的施工图；最终进行了边坡稳定性评价的必要项验算，均符合规范要求；基于以往的成果，给出了边坡加固工程的注意事项。本设计符合相关技术规范，符合土木工程人才发展需要，满足实际出现的工程施工需求，本工程荷载复杂对同类工程具有一定的参考意义。关键词：边坡工程；边坡加固；锚索锚固；注浆加固目录第1章引言…………11.1设计的目的与意义………11.2国内外边坡加固发展现状………………11.3本设计指导思想…………21.4本设计解决问题…………2第2章工程背景……………………32.1工程概况…………………32.2边坡稳定性状态计算……………………42.3加固方案的选择…………7第3章边坡加固设计………………93.1侧向岩土压力计算………93.2锚索的布置与设计………93.3边坡土压力计算…………123.4坡顶平台注浆设计………15第4章挡墙设计……………………174.1挡墙受力及支挡推力计算………………174.2侧向岩土压力计算………194.3挡墙内力及配筋计算……………………204.4底板配筋计算……………21第5章边坡设计验算………………225.1加固后的稳定性分析……………………225.2抗倾覆稳定性验算………235.3抗滑移稳定性验算………23结论……………………24参考文献……………25附录…………………27滑动稳定性分析一…………………27滑动稳定性分析二…………………28锚杆式挡土墙验算…………………29-5-第1章引言1.1设计的目的与意义随着现代社会的高速发展，煤矿开采、岩石开采等大量增加，边坡高度也随之增大，工程的地质环境也相对来说也变的越来越复杂这是堆场边坡加固工程的一次新挑战。堆场边坡安全性也随之变得重要，边坡问题日益严峻，边坡垮塌是现阶段工程中常遇见的地质灾害现象，如何合理规范解决这种地质灾害现象，成了堆场边坡工程上的关键。注浆加固由于其加固能力高，适用复杂堆场性能强，同时施工工期相对理想等优势，工程上也越来越被广泛使用。本设计选取了某地区的石灰岩堆场边坡工程作为选题来源背景，对石灰石边坡加固常采用形式进行了对比分析，并依据该工程场地的特点、分层土的特性、周围的状况、以及对该工程的要求，进行了相应的内部加固和外部桩锚支护结构设计以及稳定性验算，最后结合现有的有关科研文献给出了优化设计的策略。选取该设计题目可以加深学生对岩石力学、材料力学、土力学、混凝土结构设计、工程地质学、边坡及基坑工程等核心课程的理解与运用；考察学生对土木工程专业的各种规范、岩土勘察报告的理解与认识；熟悉岩土工程边坡加固的设计流程与要点；同时锻炼学生对CAD制图、理正等工程软件的应用水平。该设计题目也是对学生本科学习生涯的很好总结，符合国家建设潮流的需求，为学生将来迈入社会，成为一名合格的土木工程技术人员提供了切实可行的训练。本设计选取的某地区石灰岩堆场边坡加固结构设计边坡较高，且场地周边环境复杂。对同类工程有重要的经验借鉴价值以及研究意义，为从事相关专业和基础研究奠定基础。1.2国内外边坡加固发展现状国内发展状况：我国的早期经济基础差，煤炭、石块等堆集问题较少，致使我国的堆场边坡加固项目的应用较晚，但二十世纪末，是社会主义经济不断繁荣发展，我国人民的生活水平大幅改善黄金时代，矿产开挖、煤炭开采、砾石堆放大量出现。伴随着这些产业的出现和蓬勃发展，对边坡加固工程的要求越来越高，边坡工程的研究也越来越成熟。我国也有研究人员对边坡加固工程做了更系统细致的分析。其中祁雪梅[1]探讨了二次注浆对钢花管微型桩施工效果的影响，吴文涛[2]对比了三种加固方式，卢雪峰[3]提出抗滑桩与其他支挡相结合更能提高承载力，张铮[4]通过实验得出高压旋喷注浆法在风积沙地层中具有良好的可注性，谢德芳[5]得出结论混凝土挡土墙可以有效降低地下水的影响，韩猛[6]认为边坡稳定受环境影响较大，罗森文[7]通过设置排水沟，可以避免地表水渗入边坡，王树彪[8]提出使用预应力锚索技术，姚含[9]通过设置锚杆提高土体结构强度，黄尧[10]介绍了抗滑桩加固桩间土来提高稳定性，谢明星[11]认为锚定桩板加固适用范围更广。国外发展状况：欧美等西方国家伴随着近年来的第三次科技革命，计算机的普及，信息化时代的到来，已经开发应用了PLAXIS2D和3D软件。DavidChapman[12]以南芬的露天矿为例，并用数值模拟软件分析，使用强度的折减法分析斜面的稳定性，研究锚索的有效性。结果表明，斜坡的安全系数在干燥周期下是线性地降低。斜面的间隙水压对干燥和湿润的循环响应较快，有一定的延迟，而且随着降雨和蒸发的过程而周期性地变化。用锚索加固斜面时，需要研究锚索长度、倾斜角、安装位置等锚索参数对斜面加固效果的影响。已经发现锚定参数的变化影响潜在滑动面的位置和深度，并且影响斜面的稳定性。在斜面安装锚索时，必须考虑有利参数的综合效果，并与锚索系统之间的经济效益平衡，以提高在斜面稳定性方面的优点。1.3本设计指导思想遵循规范：1）《建筑边坡工程技术规范》GB50330-20022）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GBJ50086-20013）《建筑地基基础设计规范》GB50007-20024）现场调查结果与分析材料设计原则：本文将堆场边坡加固的设计原则总结为表1.1。表1.1边坡加固设计原则汇总序号设计原则1此设计严格贯彻安全第一的原则，以工程安全施工，不影响厂区的正常生产、安全生产为主。2边坡荷载多为岩土体自重，也有堆料荷载。3边坡加固治理工程设计等级为一级，设计工况为自重+暴雨，设计边坡的稳定安全系数为K≧1.25。4设边坡治理工程按永久性工程设计，有效使用期不低于现有坡下建筑物的有效使用期。1.4本设计解决问题本设计使用边坡加固支护的行业规范，结合该地区石灰岩堆场边坡高度大，地质环境复杂等特点难点，进行了方案的论证与比选。逐一计算了挡墙抗倾覆力、抗滑档摩擦力、加固前后边坡受力；利用注浆法计算了排桩的孔隙率、注浆量；依据锚杆喷射混凝土支护技术规范，计算了锚索的高度和长度，并结合行业规范的要求进行了石灰岩边坡加固锚索设计、边坡加固稳定性验算，完成了四个区域施工图设计。第2章工程背景2.1工程概况工程位于华新水泥（黄石）股份有限公司厂区，为平硐口地区五号窑系统石灰石预均化堆场边坡。堆场原本东西宽仅15~20m，南北长约300m，后向西扩展30m，向东填补20m，从而形成宽50m的石灰石堆场。西侧是切削山体形成一近垂直的陡坡，沿线低层出露有灰色--灰青色薄层泥质灰岩夹中厚层灰岩及页岩，呈坚硬状态，岩层走向呈近东西向。参数见表2.1。预均化堆场建于1996年左右，根据调查，该工程是在原山坡面上用上部开挖的碎石填压堆成，并形成现在的堆场与边坡，服务年限已达十年以上。边坡的坡面用浆砌片石砌成，厚度50~100cm，坡脚分段用混凝土挡墙和浆砌片石挡墙支挡。边坡下部为原台阶形山体。边坡东向南北长约131m，北段边坡长约27m，坡角50°~55°左右。边坡内部多为散体块石充填，无胶结物，表层有2~10cm混凝土覆盖。坡底有1.5m（南端）~7m（北端）高度不等的挡墙。挡墙南端100m为浆砌片石结构，混凝土挡墙为31m。表2.1边坡岩石力学参数岩体名称自然容重（kN/m3）粘聚力C（kPa）内摩擦角/o薄层泥质灰岩26.20.637页岩26.20.835整体预均化场为四方平面，其中两边与居民楼和一所学校相邻。边坡东侧有一约4m宽的马路，马路一侧有一射击学校和居民住宅，边坡北侧约5m处有一些居民住宅（堆场平面图见图2-1）。图2-1边坡平面图2.2边坡稳定性状态计算边坡与挡墙开裂现状调查：场地边坡由下部的基岩层和上部的填压碎石层两部分构成，基岩为薄层泥质灰岩夹中厚层灰岩及页岩为灰色-青灰色，岩层走向与边坡近似垂直，为弱风化褶皱片状岩体，未见有断裂构造，岩体强度较高，故不存在基岩顺层滑坡的可能。根据预均化场原施工过程、地质条件和调查分析，边坡极有可能发生的破坏形式为沿堆场基岩层面的滑塌（见图2-2）。图2-2边坡滑塌示意图根据边坡变形现状，假设现有的边坡和挡墙受力为极限平衡状态（即边坡稳定性系数K=1），通过反演分析得出未加固前混凝土挡墙支挡力及边坡岩体的抗剪强度参数，为加固方案的设计和校核提供理论依据。挡墙受力分析及支挡推力估算：挡墙为重力式挡墙，倾角约为80°，受力除自身重力外，可以分为两部分：抗倾覆力和抵抗挡墙本身滑移的摩擦力，取单位长度的最危险剖面考虑。以下为图示和计算分析。1）挡墙抗倾覆力分析挡墙自身重力分为两部分：和，均布抗倾覆力合力为（见图2-3），根据力矩平衡原理，可以得到式（2-1），简算如下：(2-1)其中：混凝土的重度取γ=23KN/，为挡墙三角形部分重心位置到最左端的水平距离；为挡墙矩形部分重心位置到最左端的水平距离；d为受到的合倾覆力到挡墙底部的垂直距离。经过计算：得出：T1=182.7KN图2-3挡墙倾覆力示意图（长度单位为mm）抗滑移的摩擦力分析假设挡墙有向外滑移的趋势，所受的摩擦力为沿水平面向右，受力如2-4图示，计算如式（2-2）所示：(2-2)其中：内摩擦角取30°，内聚力取c=20KPa，经过计算：得出：T2=249KN比较得出，T1=182.7KN＜T2=249KN，即挡墙在倾覆力的作用下更易破坏，所以实际中挡墙所受到的临界力，也即挡墙对边坡的抗滑力，即为倾覆力T1=182.7KN。图2-4挡墙抗滑移摩擦力示意图（长度单位为mm）边坡未加固前坡体阻滑力及参数计算分析：边坡未加固前，假设内聚力c=0，坡体受到的阻滑力主要有：挡墙对坡体的抗倾覆力T1和坡体重力G在滑动面方向上斜向上的分力（见图2-5），根据此时边坡处于极限平衡状态，可知稳定性系数K=1，即抗滑力=下滑力，以边坡单位长度考虑，坡体平衡状态方程式如式（2-3）：图2-5边坡未加固前受力分析示意图根据此时边坡处于极限平衡状态，可知稳定性系数K=1，即抗滑力=下滑力，以边坡单位长度考虑，用式（2-3）计算：(2-3)其中：取重度=18KN/m3；角为最危险滑动面与水平面的夹角；为碎石块体的内摩擦角；边坡内部散体的内聚力忽略不计。计算如下：得出：单位长度上的滑动体重量G=4805KN，则：得出：≈35°设堆场岩质边坡CD重力为W，其法向分力为，切向分力为。法向分力产生的摩擦阻力R阻止土体下滑，称为抗滑力，其值为。切向分力T是促使边坡岩体下滑的滑动力，土体稳定性系数：，边坡不稳定。式中：为土的内摩擦角；为土坡破角。通过理正软件计算边坡BC和边坡AB，得知BC段边坡稳定性系数为K=1.373，边坡稳定；AB段边坡稳定性系数为K=0.895，边坡不稳定。（计算内容见附录）2.3加固方案的选择针对于不同的边坡类型与功能，有不同的边坡加固方式。得益于岩土工程飞速发展，我们拥有非常多的加固形式可供选择，不同的加固形式有其自身的优点缺点，以及不同的岩土场地使用条件，我们做选择时需要因地制宜，结合众多实地条件，即便是同一边坡，采取不同的加固方式，也会导致工程材料、工程造价、加固结构受力形式等众多要素的巨大变化。最终论证选型时，在用材合理、可靠度符合要求的前提下，设计人员应尽可能的节省工程的成本，选择最优化的方案。边坡加固一般采用挡墙、抗滑桩、锚索（或锚桩）、锚喷支护及固结注浆等方法。从加固原理上分析，一般采用坡外加固和坡体内部加固两种，上述前两种为外部加固方法，后三种为内部加固方法。由于该边坡周围空间已经被限制使用，无法在边坡坡角或挡墙周围采用外部加固措施，因而，边坡内部加固是该边坡加固唯一可选择的加固措施，在现场实施的内部加固的可能方案有：拆除原挡墙，在原地修建抗滑力更大的新挡墙或抗滑桩。该方案是非常危险的方案，拆除挡墙极可能引起坡体下滑，产生灾难性后果。边坡锚喷加固，增加边坡稳定性。该方案中喷混凝土可以使边坡坡面稳定性有一定提高，但锚杆固结散体岩石效果不好，而且也难以将边坡与基岩锚固一体，锚杆锚固挡墙的锚固力远达不到挡墙的要求。边坡坡体注浆加固——挡墙锚索锚固。该方案在边坡内注浆目的是以增加边坡内部散体岩石的粘结力和磨擦角，提出边坡岩体的阻滑力，同时在挡墙上安设锚索，提出挡墙的支挡力。根据实践经验与理论分析，这两种加固方法分别可以提高边坡稳定性系数10~20%以上。而仅使用其中一种加固方法均不能完全满足边坡稳定的要求。方案选型：本设计所选取的研究对象某地区石灰岩边坡加固工程场地施工条件复杂恶劣，工程可靠度以及安全系数要求较高，需要结合合理的设计理念进行多方面汇总综合考虑，尽可能的选择技术相对简易，易于工程实现，并且经济合理不浪费的支护形式以及设计方案。结合各加固结构的特点，以及当地的岩土体、水文地质条件最终选择坡体注浆加固——挡墙锚索锚固的加固方案。由于注浆加固在散体岩体中注浆量较大，为了既满足边坡稳定要求，又要经济合理，根据调查与分析，坡面破坏严重的区域在混凝土挡墙上部边坡，整体边坡可以作局部加固仅在混凝土挡墙上部的边坡区域进行注浆加固；由于开裂多位于混凝土挡墙中，且混凝土挡墙墙体远高于砌石挡墙，故锚索加固仅限加固混凝土挡墙。除此以外的其它区域，需要进行边坡位移监测：即在边坡坡脚挡墙上部、坡顶上部平台及局部坡面设置一定数量的永久监测点，以观测边坡的变形情况。若变形加剧，视需要进行局部注浆固结。坡体注浆加固——挡墙锚索锚固应用于本工程有以下优点：一、注浆工程施工设备比较简单，施工过程机械化程度比较高，人工劳动强度低，施工进度快。二、注浆加固工程施工是在岩石边坡内部通过打孔浇筑混凝土，施工速度快，胶结加固能力强，由于该施工方法是采用成孔压力把浆液注入岩体内部达到加固的目的，其加固深度就好控制。三、挡墙锚索加固锚索布设自由度较大，可以降低不良岩性的影响，而且锚索布设的位置可随时根据工程进度更该布设，具有很强的随机应变性。3边坡加固设计边坡加固设计包括计算了挡墙抗倾覆力、抗滑档摩擦力、加固前后边坡受力；利用注浆法计算了排桩的孔隙率、注浆量；依据锚杆喷射混凝土支护技术规范，计算了锚索的高度和长度等。设计流程结束后，还需进行两方面的稳定性验算：边坡稳定性验算、整体稳定性验算。验算是否合乎规范，若不符合应重新设计直到合乎规范，安全可靠为止。3.1侧向岩土压力计算静止岩石侧压力系数按下式计算：为岩石的泊松比。当边坡的坡面为倾斜、坡顶水平、无超载时，如图，土压力的合力可按下列公式计算。式中：——水平土压力合力；——水平土压力系数；、——填土的重度与内摩擦角；——墙背和竖直线之间的倾角，以竖直线为准，逆时针为正，称为俯斜墙背，顺时针为负，称为仰斜倾角（o）；——填土面与水平面之间的倾角（o）；——墙背与填土之间的摩擦角（o）。坡面倾斜时的主动土压力折减系数可按下式计算：式中：——主动土压力折减系数；——土钉墙坡面与水平面的夹角（o）；——基坑底部以上各土层按土层厚度加权的内摩擦角平均值（o）。3.2锚索的布置与设计依据《岩土锚杆（索）技术规程》进行设计，依据地勘报告，锚杆以灰岩及页岩为嵌固端。轴向拉力设计值按下式进行计算：式中：——相应于作用的标准组合时锚杆所受轴向拉力（kN）——锚杆的水平拉力标准值（kN）——锚杆倾角（°）锚杆的截面面积：式中：——锚杆钢筋或预应力锚索截面面积（m2）；——普通钢筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值（kPa）；——锚杆杆体抗拉安全系数，应按表3.1取值。表3.1锚杆杆体抗拉安全系数边坡工程安全等级安全系数临时性锚杆永久性锚杆一级1.82.2二级1.62.0三级1.41.8锚杆锚固体与岩土层之间的长度应满足下式要求：式中：——锚杆锚固体抗拔安全系数，应按表3.2取值；——锚杆锚固段长度（m）尚应满足规范要求；——岩土层与锚固体极限粘结强度标准值（kPa），应通过实验确定；当无试验资料时，可按表3.3和表3.4取值；——锚杆锚固段钻孔直径（mm）表3.2岩土锚杆锚固体抗拔安全系数边坡工程安全等级安全系数临时性锚杆永久性锚杆一级2.02.6二级1.82.4三级1.62.2表3.3岩石与锚固.体极限粘结强度标准值岩石类别值（kPa）极软岩270-360软岩360-760较软岩760-1200硬软岩1200-1800坚硬岩1800-2600表3.4土体与锚固体极限粘结强度标准值土层种类土的状态值（kPa）粘性土坚硬应诉可塑软塑65-10050-6540-5020-40砂土稍密中密密实100-140140-200200-280碎石土稍密中密密实120-160160-220220-300注：1适用于.注浆强度等级为M30；2仅适用于初步设计，施工时应通过.实验检验。锚杆杆体与锚固砂浆长度应满足下式要求：式中：——锚筋与砂浆间的锚固长度（m）；——锚筋直径（m）；——杆体根数；——钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值，应有试验确定，当缺乏试验资料时可按表3.5取值。表3.5钢筋、钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值锚杆类型水泥浆或水泥砂浆强度等级M25M30M35水泥砂浆与螺纹钢筋间的粘结强度设计值2.102.402.70水泥砂浆与钢绞线、高强钢丝间的粘结强度设计值2.752.953.403.3边坡土压力计算各层土层的主动土压力水平分力标准值计算主动土压力系数：其中β=0，δ=0.5φ=0.5×35o=17.5o，φ=35o，α=-36o。代入得。设土压力零点处到B点的垂直距离为xm根据几何关系可得x=23.4mAB段土压力合力为：当坡面为垂直时，侧向岩土压力合力的水平分力标准值：坡面倾斜时的主动土压力折减系数：=0.25边坡侧向岩土压力合力的标准值：考虑到锚杆（索）的约束作用，边坡土压力分布：乘以安全系数1.2，最终结果：锚杆布置设计数据：锚杆横向间距取5m，横向布置19根锚杆，两端各留5m间距。锚杆竖向总共布置2排锚杆，最下端锚杆距坡脚处垂直高度2.5m，最上端距坡顶1.5m。锚杆倾角为。（1）第一道锚索设计根据边坡土压力分布图，可知第一道锚索处土层主动土压力为：第一道锚索水平拉力标准值：第一道锚索轴向拉力标准值：取1×5股钢绞线，公称直径15.2mm，公称截面面积173mm2，抗拉强度设计值锚索钢筋截面面积需满足以下条件：因此为安全起见，单孔锚索钢绞线取3根，实配420mm2。根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086—2015，锚杆自由段应穿过潜在滑裂面，长度不应小于9m，锚杆自由段长不应小于12.0m。因此取第一道锚杆自由段12m。取锚杆锚固段钻孔直径为110mm，岩土层与锚固体极限粘结强度为360kPa，锚固体抗拔安全系数为2.6。水泥砂浆强度取M30等级，钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值取2.95kPa。按锚固体与孔壁的抗剪强度得出的锚固体与岩体间层的长度为： 按水泥砂浆与锚杆杆体的粘结强度得出的锚固长度为：锚索的锚固段长度应取与中的较大值3.59m，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于3m，且不大于10m，所以根据规范要求取8m。锚杆总长度20m（2）第二道锚索设计根据AB段边坡土压力分布图，可知第二道锚索处土层主动土压力为第二道锚索水平拉力标准值：第二道锚索轴向拉力标准值：取1×5股钢绞线，公称直径15.2mm，公称截面面积140mm2，抗拉强度设计值锚索钢筋截面面积需满足以下条件：因此为安全起见，单孔锚索钢绞线取4根，实配560mm2。根据《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》GB50086—2015，锚杆自由段应穿过潜在滑裂面，长度不应小于9m，锚杆自由段长不应小于12.0m。因此取第二道锚杆自由段12.0m。取锚杆锚固段钻孔直径为110mm，岩土层与锚固体极限粘结强度为360kPa，锚固体抗拔安全系数为2.6。水泥砂浆强度取M30等级，钢绞线与砂浆之间的粘结强度设计值取2.95kPa。按锚固体与孔壁的抗剪强度得出的锚固体与岩体间层的长度为 按水泥砂浆与锚杆杆体的粘结强度得出的锚固长度为锚索的锚固段长度应取与中的较大值9.6m，规范规定岩石锚杆的锚固长度不应小于3m，且不大于10m，所以根据规范要求取10m。锚杆总长度22m。其中AB段的锚杆设计采用理正软件设计，在附录查看。3.4坡顶平台注浆设计在坡顶平台的边缘处向下垂直钻孔注浆，固结坡体内部松散块体以形成内挡墙。布孔方式：在预均化堆场与边坡面的交线处向内3m处钻孔。北段边坡面与预均化堆场交线向南3m，东段边坡面与预均化堆场交线向西3m，两者的交点即为第一个注浆孔的位置。设计注浆孔深为17m，孔径110mm，孔间距8~12m（视注浆渗入情况调整孔距），钻孔方向竖直向下，此排注浆孔共4个。考虑到边坡内部多为散体结构，故在钻孔过程中可以采用跟管钻进的方式（钻孔方式下同）。注浆参数：采用自下而上的注浆方式。根据钻孔过程中的边坡地质情况确定注浆方式和浆材——根据钻孔时边坡内部地质情况，如果边坡内部岩体特别破碎时采用充填式注浆，浆材选用水灰比0.5~1.5水泥浆。注浆孔深度需根据现场实际情况确定最终的深度。由于原边坡基岩呈梯形状，故当注浆孔深度未达17m已到达基岩时，需停止打钻，此时孔深即为实际注浆孔深；当压浆孔深度已达17m而未达到基岩面时，也应停止，孔深按17m计。坡顶平台注浆施工时应该从最靠近挡墙混凝土部分和浆砌片石结构交线处的注浆孔开始施工，以形成一个内在的帷幕，阻止浆液在边坡内部向边坡的南侧扩散过多，造成浆液的浪费。空隙率计算：边坡体内部的松散块石空隙率可由下式计算求得：（3-1）其中：表示边坡体松散岩块的堆积密度（g/cm3），取1.7g/cm3；表示边坡体岩块的表观密度（g/cm3），取2.5g/cm3。计算得出：空隙率=32%。注浆量计算：注浆量V注浆可以考虑成需加固的边坡空隙部分均需要完全注满（注浆范围见图3-1），、分别是图示的两部分体积，为边坡加固部分的长度，由于北侧和东侧有交叉处，所以在此按30m计算，则：计算得出：则图3-1注浆计算时注浆范围示意图说明：上述理论计算中稍微扩大了注浆范围，主要是考虑注浆过程中浆液将以发散状渗流，无法固结为一个规则的桩体，以上注浆量为注浆值的较大值，实际注浆量以实际施工过程中的量确定。4挡墙设计4.1挡墙受力分析及支挡推力计算根据预均化场原施工过程、地质条件和调查分析，边坡极有可能发生的破坏形式为沿堆场基岩层面的滑塌（见图4-1）。图4-1边坡滑动面示意图根据边坡变形现状，假设现有的边坡和挡墙受力为极限平衡状态（即边坡稳定性系数K=1），通过反演分析得出未加固前混凝土挡墙支挡力及边坡岩体的抗剪强度参数，为加固方案的设计和校核提供理论依据。挡墙为重力式挡墙，倾角约为80°，受力除自身重力外，可以分为两部分：抗倾覆力和抵抗挡墙本身滑移的摩擦力，取单位长度的最危险剖面考虑。以下为图示和计算分析。（1）挡墙抗倾覆力分析挡墙自身重力分为两部分：G1-1和G1-2，均布抗倾覆力合力为T1（见图4-2），根据力矩平衡原理，可以得到以下公式，简算如下：(1)其中：混凝土的重度取=23KN/m3，d1为挡墙三角形部分重心位置到最左端的水平距离；d2为挡墙矩形部分重心位置到最左端的水平距离；d为受到的合倾覆力到挡墙底部的垂直距离。经过计算：得出：T1=182.7KN图4-2挡墙抗倾覆力示意图（长度单位为mm）（2）抗滑移的摩擦力分析假设挡墙有向外滑移的趋势，所受的摩擦力为沿水平面向右，受力如4-3图示，计算如式2所示：图4-3挡墙抗滑移摩擦力示意图（长度单位为mm）(2)其中：内摩擦角取30°，内聚力取c=20KPa，经过计算：得出：T2=249KN比较得出，T1=182.7KN＜T2=249KN，即挡墙在倾覆力的作用下更易破坏，所以实际中挡墙所受到的临界力，也即挡墙对边坡的抗滑力，即为倾覆力T1=182.7KN。4.2侧向岩土压力计算对于坡顶无建筑物且不需进行边坡变形控制的锚杆挡墙，其侧向岩土压力合力：式中：——相应于作用的标准组合时，每延米侧向岩土压力合力水平分力修正值（kN)；——相应于作用的标准组合时，每延米侧向主动岩土压力合力水平分力修正值（kN)；——锚杆挡墙侧向岩土压力修正系数，应该应根据岩土类型和锚杆类型按表确定。对于岩质边坡：式中：——相应于作用的标准组合时侧向岩土压力水平分力修正值（）H——挡墙高度4.3挡墙内力及配筋计算，沿墙身每米配置812的竖向受力钢筋，钢筋的1/2伸至顶部，其余的在墙高中部(1/2墙高处)截断。在水平方向配置构造分布筋10@300。4.4基础底板的内力及配筋计算，所以选用，5边坡设计验算5.1加固后的边坡稳定性分析由于坡体注浆加固后难以确定其抗剪参数，故加固后的边坡受力分析先考虑锚索加固后的受力状态，并计算其稳定性系数，然后再此基础上将稳定性系数提高10%以上作为锚索加固和注浆加固共同实施后的边坡稳定性系数。根据对边坡及挡墙的加固方案选择，假定挡墙采用双排锚索，单根锚索锚固预应力假定为500KN。以下从力学计算角度对该加固方案进行评价。该方案在施工后的受力情况如下图5-1所示。图5-1挡墙加固后受力示意图（长度单位为mm）由图示，边坡所受到的力有：挡墙对边坡的抗滑力T1，锚索对边坡的锚固力T，边坡所受到的重力G，由计算稳定性系数的公式4可得：（4）其中：T为锚索对边坡的锚固力，设计假定采用500KN的锚固力；为边坡岩体的内摩擦角为350；为锚索与滑动面的夹角；为边坡滑动面与水平面的夹角，经计算：得出：K≈1.15边坡经过锚索加固治理后，稳定性系数提高到1.15，又由于边坡体有注浆加固，根据工程类比经验，可以推测注浆加固措施可以使稳定性系数至少提高0.1以上，故采取注浆加锚索加固的综合治理措施可以提高边坡稳定性系数到1.25以上，满足国家边坡加固设计规范要求。由上述分析可知：挡墙采用双排锚索、单根锚索500KN、坡体注浆固结的加固方案是可行的。5.2抗倾覆稳定验算，是稳定的。5.3挡滑移稳定验算边坡稳定。其他位置边坡稳定性见附录。结论边坡坡体注浆加固——挡墙锚索锚固是边坡加固较常用的加固形式之一。本毕设以某地区石灰岩堆场边坡加固工程为基础依据规范手算了堆场边坡加固的绝大部分内容，是学生了解设计过程思路的良好范例。边坡加固设计包括挡墙抗倾覆力计算、抗滑档摩擦力计算、加固前后边坡受力计算；利用注浆法计算了排桩的孔隙率、注浆量等等。还需要对边坡进行整体稳定性检查，对锚杆进行整体稳定性检查，进行抗倾覆检查计算，并对边坡底部进行承载力检查。所设计的加固结构满足《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002的技术要求。注浆加固可以增加边坡内部散体岩石的粘结力和磨擦角，散体岩体中注浆量较大，可以满足边坡稳定要求，还经济合理。挡墙采用锚索加强边坡底部支撑，给岩石边坡体提供支挡力，以减小加固坡体的位移和内力。同时，给予了施工现场更加宽阔和方便的施工环境。适用于本设计较为复杂的施工环境，在施工过程中注浆加固与挡墙锚索锚固结构体系互不干扰。参考文献[1]祁雪梅,陈贺,刘涛,等.二次注浆钢花管微型桩加固边坡的试验研究[J].土工基础,2020,34(01):12-16.[2]吴文涛.钢管注浆与锚杆注浆在边坡加固工程的施工技术研究[J].黑龙江交通科技,2019,42(12):26-27.[3]卢雪峰.基于防渗墙、抗滑桩及花管后注浆对高填方场地边坡的加固[J].化工管理,2019(09):166-167.[4]张铮,彭园,庄潮辉,等.风积沙陡坡高压旋喷注浆加固试验研究[J].公路,2020,65(11):56-61.[5]谢德芳,张志唐.边坡加固治理工程[J].世界有色金属,2018(12):234+236.[6]韩猛,封海洋,李金典,等.我国露天煤矿边坡研究现状及发展趋势[J].煤矿安全,2020,51(10):276-280+284.[7]罗森文,龙淼.岩土工程边坡加固的施工技术探讨[J].世界有色金属,2020(07):228-229.[8]王树彪.岩土工程边坡加固的施工技术研究[J].散装水泥,2020(03):60-61.[9]姚含.复合支护在边坡加固治理工程中的应用[J].冶金与材料,2020,40(03):118+120.[10]黄尧.抗滑桩加固边坡的桩土作用分析[J].住宅与房地产,2018(33):250.[11]MingxingXie,JunjieZheng,RongjunZhang,etal.PerformanceofaCombinedRetainingWallStructureSupportingaHighEmbankmentonaSteepSlope:CaseStudy[J].InternationalJournalofGeomechanics,2020,20(6).[12]JiaminWang,DavidChapman,XiaojieYang.InvestigatingthestabilityandanchorsupportparametersofslopessubjectedtowettinganddryingcyclesinrelationtotheNanfenopen-pitmine,China[J].ArabianJournalofGeosciences,2020,13(20).

附录计算项目:BC平面滑动稳定分析[计算简图][计算条件][基本参数]计算方法：极限平衡法(建坡规范附录A.0.2)计算目标：计算安全系数边坡高度：23.400(m)结构面倾角：27.0(°)结构面内摩擦角：35.0(°)结构面粘聚力：0.6(kPa)张裂隙离坡顶点的距离：8.800(m)水平外荷载Px(kN): 2.0(kN/m)竖向外荷载Py(kN):20.0(kN/m)[坡线参数]坡线段数1序号水平投影(m)竖向投影(m)倾角(°)116.38523.40055.0[岩层参数]层数1序号控制点Y坐标容重锚杆和岩石粘结强度(m)(kN/m3)frb(kPa)121.30018.080.0[计算结果]岩体重量：4248.6(kN)水平外荷载：2.0(kN)竖向外荷载：20.0(kN)侧面裂隙水压力：0.0(kN)底面裂隙水压力：0.0(kN)结构面上正压力：3802.4(kN)总下滑力：1939.7(kN)总抗滑力：2662.5(kN)安全系数：1.373计算项目:AB平面滑动稳定分析[计算简图][计算条件][基本参数]计算方法：极限平衡法(建坡规范附录A.0.2)计算目标：计算安全系数边坡高度：23.400(m)结构面倾角：38.0(°)结构面内摩擦角：35.0(°)结构面粘聚力：0.8(kPa)张裂隙离坡顶点的距离：8.800(m)水平外荷载Px(kN): 2.0(kN/m)竖向外荷载Py(kN):20.0(kN/m)[坡线参数]坡线段数1序号水平投影(m)竖向投影(m)倾角(°)114.62223.40058.0[岩层参数]层数1序号控制点Y坐标容重锚杆和岩石粘结强度(m)(kN/m3)frb(kPa)121.30018.080.0[计算结果]岩体重量：2928.5(kN)水平外荷载：2.0(kN)竖向外荷载：20.0(kN)侧面裂隙水压力：0.0(kN)底面裂隙水压力：0.0(kN)结构面上正压力：2322.2(kN)总下滑力：1816.9(kN)总抗滑力：1626.0(kN)安全系数：0.895AB段锚杆式挡土墙验算[执行标准：通用]计算项目：锚杆式挡土墙计算时间：2021-04-1810:44:19星期日原始条件:墙身尺寸:墙身总高:7.000(m)肋柱的宽:0.450(m)肋柱的高:0.450(m)肋柱的间距:2.500(m)挡土板的类型数:2板类型号板厚(m)板宽(m)板块数10.1500.600820.1500.6008锚杆数:3锚杆序号距顶距离(m)入射角(度)自由段长度(m)锚固段长度(m)11.50017.0004.0006.00024.50017.0004.0006.00035.00017.0004.0006.000钢筋直径:20(mm)锚孔直径:100(mm)柱底支承条件:固定物理参数:立柱混凝土强度等级:C35钢筋纵筋合力点到外皮距离:35(mm)立柱纵筋级别:HRB400立柱箍筋级别:HRB335立柱箍筋间距:200(mm)挡土板混凝土强度等级:C35板纵筋合力点到外皮距离:35(mm)挡土板板纵筋级别:HRB400钢筋抗拉强度设计值:235000.000(kPa)钢筋抗拉强度标准值:300000.000(kPa)岩石与砂浆间粘结强度设计值:123.000(kPa)钢筋与砂浆间粘结强度设计值:2400.000(kPa)场地环境:一般地区墙后填土内摩擦角:35.000(度)墙后填土粘聚力:18.000(kPa)墙后填土容重:19.000(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角:17.500(度)地基土容重:18.000(kN/m3)地基土浮容重:10.000(kN/m3)地基土内摩擦角:30.000(度)地基土粘聚力:10.000(kPa)土压力计算方法:库仑土压力分布形式:三角形分布坡线土柱:坡面线段数:2折线序号水平投影长(m)竖向投影长(m)换算土柱数13.0002.000025.0000.0000地面横坡角度:0.000(度)填土对横坡面的摩擦角:35.000(度)墙顶标高:0.000(m)计算参数:稳定计算目标:自动搜索最危险滑裂面搜索时的圆心步长:1.000(m)搜索时的半径步长:1.000(m)筋带对稳定的作用:筋带力沿圆弧切线钢筋混凝土配筋计算依据：《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)注意：内力计算时，库仑土压力分项(安全)系数=1.200=====================================================================第1种情况:一般情况[土压力计算]计算高度为7.000(m)处的库仑主动土压力第1破裂角：30.798(度)Ea=42.193(kN)Ex=40.240(kN)Ey=12.688(kN)作用点高度Zy=1.124(m)(一)立柱内力配筋计算[基本信息]左支座自由右支座固接跨号跨长(m)截面宽度(mm)截面高度(mm)11.50045045023.00045045030.50045045042.000450450[计算结果]跨号:1左中右背侧弯矩(kN-m):0.000.000.00面侧弯矩(kN-m):0.000.000.00剪力(kN):-0.00-0.00-0.00背侧纵筋(mm2):405405405面侧纵筋(mm2):405405405抗剪箍筋(mm2):113113113跨号:2左中右背侧弯矩(kN-m):0.000.000.83面侧弯矩(kN-m):0.001.100.00剪力(kN):0.480.48-7.46背侧纵筋(mm2):