【摘要】某山区幼儿园建设，对后侧山体开挖后，边坡陡峭，高度大，坡面若不进行防护，安全隐患很大。因此，安全的防护设计是幼儿园区建设和生命财产的有力保障。
【关键词】建筑边坡 框格梁预应力锚杆 挡土墙
中图分类号：S611文献标识码： A
1 工程概况
该幼儿园项目属于某山区下山移民安置区内的配套项目，拟建教学楼及综合用房等共5幢，地上1-3层，拟招生人数110人。设计±0.000标高387.60m，场地已按设计标高平整开挖，且场地后侧形成边坡，边坡高度5.0～23m不等，分二级放坡，下方坡率约1:1.0，上方坡率约1:0.75～1:1.0，中间平台标高约400.14～406.58m。将开挖的边坡按平面划分为四段：AB、BC、CD、DE段，见平面布置图。
图1 平面布置图
2 边坡地质条件及地震
2.1地形地貌
原始地貌属剥蚀残丘地貌单元和山间坳地。边坡高度5.0～23m不等。
2.2气象、水文
属亚热带季风气候，温暖湿润、四季分明。雨量充沛年降水量1721.3毫米。无地表水。地下水主要为基岩风化裂隙水，水位不稳定，无统一地下水位，主要受季节性降水补给影响。
2.3地震
地震基本烈度为6度，学校为重点设防类工程，建筑物应按7度设防。挡土墙工程分别按6度和7度验算。
2.4地层岩性
边坡体出露地层简述如下：
②粉质粘土：砖红色，流塑状，很湿～饱和，粘性强。
③-1全风化凝灰岩：灰黄色、砖红色，软塑～流塑，很湿～饱和。
③-2强风化凝灰岩：灰黄色，中密，破碎，岩芯呈砂土状、碎石土状。
③-3中风化凝灰岩：灰黄色、灰青色，岩石坚硬，有一定硅化。较破碎～较完整，节理发育。
3 边坡现状稳定性分析与评价
3.1滑坡体分析评价
坡体东北角为一处老滑塌，经调查访问，滑塌时间2～3年前，后缘直立，沿中间平台有三处错台，错台高差0.3～1.5m不等，张开宽度0.2～1.5m不等，裂缝深度0.5～1.8m；坡面不平整，表部沿裂缝有雨水冲刷形成的冲沟(见照片附后)；坡脚前缘明显，最大剪出距离约5.0m；中部鼓胀现象十分明显，滑塌体平面投影面积约880�O，塌方体平均厚度5～7m，塌方体估计方量约5000m3；塌方体主要为全风化凝灰岩，滑动方式为圆弧滑动，滑动类型为推移式土质滑动。
坡顶钻孔在埋深6.0～7.2m，钻进速度快，标贯击数5击，软塑～流塑状，含水量较高，属软弱土层，推测为滑带土。
根据边坡体所处地形特征、气象水文、各岩土层构成、钻孔情况等综合分析，滑塌体诱因为地表水常年下渗，降低了土体的抗剪强度，为典型的土质边坡圆弧滑动。
3.2边坡体稳定性分析评价
后方边坡体除东南侧发生滑塌外，其余段边坡体以全风化～强风化岩为主，坡脚出露强～中风化岩，坡面较平整，表部有雨水冲刷痕迹，顶部有浮土撒落现象，但目前整体稳定性尚好，无不良地质作用发生。由于边坡体高度较大，若坡面无防护，长时间暴露或受地表降水影响，顶部可能会发生小坍塌等，影响下方建筑物和人员安全。下方场地建设将开挖一部分坡脚，影响边坡整体稳定性。
3.3稳定性计算
3.3.1计算公式
根据边坡体的岩土构成、工程地质条件等，可能的破坏模式为圆弧滑动，按《建筑边坡工程技术规范》中重力式挡土墙的抗滑稳定性验算公式和抗倾覆稳定性验算计算公式分别验算。
3.3.2岩土技术参数
根据勘察时所取的10组土工试验结果按天然含水量进行分类统计，见下表：
边坡岩土层抗剪强度按天然含水量统计表表3.3.1
从以上分类统计分析，组成边坡的土体普遍含水量偏高，平均含水量30-40%，表部坡积土含水量超过50%，深部土体含水量小于30%。土质粘性较好，保水性较好，随着土体内含水量增加，体积略有膨胀，土颗粒之间空隙变大，土体重度相应降低，孔隙比急剧增大，其凝聚力稍有增加，内摩擦角却在下降。因此地表水下渗是造成土体抗剪强度下降的根本原因，也是造成局部形成滑坡的主要原因。
根据野外判别结合地区经验，提出边坡岩土技术参数，见下表。
边坡岩土层技术参数表表3.3.2
3.4稳定性计算结果
选择滑坡地段和边坡地段两个代表性地质断面进行对比分析，工况条件为自然条件，计算方法为简化Bishop法，滑动面为圆弧滑动。剖面具体位置见平面布置图，计算采用理正软件进行计算并用SLIDE5.0软件复核，结算结果见下表：
稳定性计算结果 表3.4.1
3.5稳定性评价
始地表植被发育，坡体主要为风化凝灰岩，经过场地开挖平整后，边坡体主要以全风化凝灰岩为主，坡脚为强风化岩，坡率1:1.0，坡面平整，总体稳定性较好，自然状态下可保持暂时稳定。但暴露时间太长或遇暴雨季节，土体抗剪强度下降后，边坡体将会发生坍塌。因此需要对该边坡体进行防护，以保证工程安全和人员安全。
4 设计方案
根据工程重要性、边坡高度和边坡出露地层的工程地质特性，以及坡顶红线限制等因素，利用工程经验类比法和工程地质类比法，遵循动态设计和信息化施工原则，在广泛听取业主意见，综合咨询不同专家意见后，按照“安全第一、设计合理、造价经济、环境美观”的思路，对不同方案进行对比和优化后，最终采用下部重力式挡土墙+上部按1:1.0削坡后+框格梁+喷播绿化的防护方案。
根据各段挡土墙的地质条件、墙高，结合工程重要性等因素，综合评定本工程挡土墙安全等级为二级，边坡稳定安全系数1.25。施工质量控制等级为B级。
5 设计技术要求
5.1 重力式挡土墙
①AB段挡土墙顶宽1.2m，高度4.5m，墙顶标高390.32m。墙面坡率1:0.25，墙背坡率1:0.15，墙底坡率0.1:1。墙踵宽度500mm，高度300mm。
②CD段挡土墙顶宽2.0m，高度8.5m，墙顶标高392.32m。墙面坡率1:0.25，墙背坡率1:0.15，墙底坡率0.1:1。墙趾高度500，宽度300，斜率1:0.00。墙踵宽度500mm，高度300mm。
③BC、DE段挡土墙顶宽1.8m，高度6.5m，墙顶标高392.32m。墙面坡率1:0.25，墙背坡率1:0.15，墙底坡率0.1:1。墙趾高度500，宽度300，斜率1:0.00。
挡土墙墙身C20毛石混凝土砌筑，墙底采用天然地基，持力层为强或中风化岩。基底埋深为室外地坪标高(387.30m)以下：AB、BC、DE段均为1.48m；CD段为3.48m。每隔10米设一道沉降缝，缝宽2-3厘米。墙体设置Φ60的泄水孔，间距2.0米，上下排交错设置,最下面一排置于地面以上0.2m。端部设反滤层。
5.2框格梁
墙顶以上按1:1.0削坡后采用框格梁防护。框格尺寸3m×3m，节点处采用Φ32预应力锚杆防护，长度：BC段、CD段、DE段南侧9米；AB段、DE段北侧5米。框格中间客土喷播绿化。
①格梁采用C25混凝土现浇。保护层厚度25mm。格梁与斜托相接时，钢筋需焊接。斜托采用C25混凝土现浇。斜托箍筋间距为50mm，钢筋层间距为100mm。钢垫板尺寸180mm×180mm×20mm。
②采用Φ32mmHRB400高强精轧螺纹钢筋.高强精轧螺纹钢筋抗拉强度必须大于930MPa.螺纹钢筋之间必须采用厂家提供的标准连接件，不得焊接。要求保证锚杆的保护层厚度，对中器绑扎定位。锚筋自由段防腐采用涂黄油、外套高密度聚乙烯等多层防腐措施。所涂润滑脂应为通用锂基润滑脂，禁止采用钠基润滑脂等抗水性差的润滑脂。注浆材料为水泥浆，要求浆体强度不低于25MPa。
③框格内客土喷播绿化。
5.3客土喷播
施工工艺流程：边坡修整→挂网锚固→采用高压机械喷土播种，基质材料的喷射厚度不小于10cm，采用2次喷射。第一次喷播不含种子的基材混合物(8cm)，第二次喷播含种子的基材混合物(2cm)→覆盖→养护。
①铁丝网采用14#镀锌钢丝，网孔为50mm×50mm，网与网之间采用平行对接法。铺网时网必须拉紧，网间搭接宽度≥5cm，并用Φ2的铁丝绑扎牢固。挂网前须清除坡面浮石。采用Φ10锚钉固定，长度300，注意网边须压入地梁。
②植被种子在使用前应做发芽试验，发芽率达90％以上方可使用，对难发芽的植被种子在使用前应做催芽处理。
③喷播基材后，盖上无纺土工布，进行喷水，水宜喷透，但不能流失水分。
④养护管理：分前、后期养护，前期养护60天左右，以喷灌水为主，经常保持土壤湿润。后期靠自然雨水养护。在养护期，注意病虫害的防治。
5.4排水工程
①受用地红线控制，在坡顶附近设一道截水沟，断面尺寸为：上口0.8m，下口0.4m，高0.4m，迎水面直立，背水侧按1:1.0开挖，两侧板和底板用C15素砼浇筑，厚150mm。
②墙体设置Φ60的泄水孔，间距2.0米，上下排交错设置,最下面一排置于地面以上0.2m。端部设反滤层。
③在墙脚与地面交接处、墙顶以及中间平台设排水沟，断面尺寸为：宽0.3m，高0.3m，两侧板和底板用C15素砼浇筑，厚100mm。
防护设计典型断面图如下：
图2 防护设计典型断面图
6 稳定性验算
6.1 锚杆稳定性计算公式
本节内容校验锚杆锚固段长度。
《建筑边坡工程技术规范》中单根锚杆水平拉力计算：
公式1：Ntk=ξ1πD*frb*la*cosα(考虑锚固体与地层作用)
公式2：Ntk=nξ3πd*fb*la*cosα/γO(考虑锚固体与钢筋作用)
计算说明：
1．锚杆倾角α为20°，锚杆钢筋直径为32mm；
2．锚固直径为100mm，长度取9m计算。
计算结果为公式l单根土层锚杆水平拉力Ntk=136.4KN，公式2单根土层锚杆水平拉力Ntk=856KN。
9m长直径32mm的HRB400级钢筋极限抗拉强度标准值为321.6KN，所以单根土层锚杆设计抗拔力为136.4KN。
6.2重力式挡土墙稳定性计算公式
按《建筑边坡工程技术规范》中重力式挡土墙的抗滑稳定性验算公式和抗倾覆稳定性验算计算公式分别验算。其他地基应力及偏心距验算、墙底截面强度验算公式参见各规范或者标准。挡土墙分别按6度和7度抗震区复核验算。
6.3稳定性计算结果及评价
选取典型边坡防护设计断面，利用多种计算机辅助软件进行挡土墙承载力、抗滑移、抗倾覆、偏心、下卧层、墙身结构等稳定性验算。计算过程中的参数采用表4.2.1中参数。按正常工况计算整体稳定性和墙顶以上局部稳定性，计算过程详见附近计算报告，整体稳定性和局部稳定性验算结果如下表：
各部位挡土墙整体和局部稳定性验算结果表8.3.1
从以上计算结果分析，经过设计后的挡土墙结构尺寸合理，地基承载力、抗滑移、抗倾覆、偏心距、下卧层等验算满足规范要求，墙顶以上按1:1.0削坡后采用框格梁防护能满足稳定性要求。
7 结论
幼儿园是学校建设的重点对象，是祖国未来的花朵。园区建设必须考虑有足够的安全性和长远性。山区地形地貌复杂，地质变化大，低山丘陵开挖后形成的建筑高边坡，需要进行合理安全的边坡防护措施，本工程采用下部重力式挡土墙+墙顶以上1:1.0放坡后框格梁防护+框格梁内客土喷播绿化的综合防护措施，方案合理，施工可行，能够有效阻止边坡体不良地质作用的产生，为园区建设和生命财产安全提供保障。
参考文献：
[1]《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）（北京：中国建筑工业出版社，2009）；
[2]《建筑边坡工程技术规范》(GB50330－2002) (北京：中国建筑工业出版社，2002） ；
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）(北京：中国建筑工业出版社，2011）；
[4]《岩土锚固技术手册》(中国岩土锚固工程协会)(人民交通出版社，2004)；
[5]《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS22:2005)(北京：中国计划出版社，2005)；
[6]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(北京：中国建筑工业出版社，2010)；
[7]《工程地质手册》(第四版) (北京：中国建筑工业出版社）
【谈山区幼儿园边坡防护设计】
