边坡设计计算书.docx

CHINA
三花 香山雅苑
边坡设计计算书

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2009-12-22

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目录

一、 设计依据 3
二、 工程概况 3
三、 场地条件 4
1. 地质构造及地层分布 4
2. 边坡稳定性评估 6
(a) 局部边坡稳定性 6
(b) 整体斜坡稳定性 6
3. 特征边坡选择 6
四、 边坡稳定分析 7
1. 边坡土体设计参数 7
2. 边坡设计工况 7
3. 边坡分析方法 8
(a) Bishop法 8
(b) Janbu法 8
(c) Morgenstern-Price法（简称M-P法） 10
五、 设计参数选择 11
1. 边坡设计参数选取 11
2. 锚杆设计参数选择 12
六、 设计荷载工况 12
七、 设计计算 12
1. 锚杆锚钉设计验算方法 12
八、 计算结果 14
附边坡分析结果： 15
18-18剖面分析结果： 15
19-19剖面计算结果： 20

一、 设计依据
（1）浙江省华夏工程勘察院提供的《三花•香山雅苑岩土工程勘察报告》《三花南岩美塾玫瑰园岩土工程勘察报告》；
（2）浙江有色提供的《浙江三花置业有限公司三花•香山雅苑地质灾害危险性评估报告》；
（3）《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)；
（4）《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)；
（5）《建筑地基工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)；
（6）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）；
（7）《锚杆喷射混凝土支护设计规范》（GB 50086-2001）
（8）《岩土锚（索）技术规程》（CECS 22：2005）
（9）《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)；
（10）《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)；
（11）浙江三花置业有限公司提供的设计资料和工程总平面图等；
（12）其它有关技术规范和规程。
二、 工程概况
三花·香山雅苑位于城关镇下礼泉村104国道的北侧，场地南侧紧邻浙江三花股份公司四分厂。
原有自然斜坡和附近已建建筑物稳定，历史上没有发生地质灾害的记载，现场调查也未发现地质灾害，因此，现状评估认为该地区现状地质灾害不发育，现状地质灾害危险性小。但该地区，雨量充沛，日照充足，温暖湿润，5~10月多热带风暴及台风，年均4.7次，7~9月最盛，常伴有暴雨，易引发地质灾害。拟建11幢5~6层住宅楼和1幢2层物管用房。建筑结构均为砖混结构，条基基础，建筑物重要性等级为二级。拟建场地位于丘陵坡脚与河谷冲击盆地的交接处，地势南低北高，地面高程46.67~75.15米，边坡现状稳定性较好，坡度11°~20°，场地西部和北部已建民房均未发现地基不均匀沉降等失稳现象。本工程中，8#、9#、10#、11#楼是挖方、其余地段以填方为主。特别是北部四幢楼房基础开挖深度达5~7米，对开挖后的边坡应及时进行加固处理，否则可能引起坡上土层滑移和蠕动。7#楼区域则需填方近5米高的回填土，需对回填土进行处理，否则极易引起楼体区域填土的整体滑移和蠕变。
三、 场地条件
1. 地质构造及地层分布
根据现场调查与区域地质资料，该地区出露的地层有白垩系下统朝川组（K1c）砂砾岩夹粉砂质泥岩、第三系上新统嵊县组（N2s）玄武岩、第四系洪坡积（pl-dlQ）含砾粉质粘土或砾砂混粘性土。
区域构造上，本地区属华南褶皱系（I2）浙东南褶皱带（II3）之丽水—宁波隆起构造单元（III8），处于丽水—余姚深大断裂带的南东部。由于断裂均为中生代以前形成，年代久远，加上新构造运动微弱，因此区内区域地质构造对场地稳定性影响轻微。
据史料记载，新昌及邻近的嵊州一带自公元89年至1990年共发生过有感地震37次，其中嵊州市历史最高震级为4.5级，发生于1845年11月13日，最新的一次有感地震为1998年8月17日发生于嵊州新市（位于新昌县城北西约10km）的4.0级地震，但均未成灾。
另据1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），场地所处区域地震动峰值加速度<0.05g（g——重力加速度），相应的地震基本烈度小于VI度。地震活动总的特点是强度较弱，频度低。场地区域稳定性良好，属地壳较稳定区域。
场地埋深15米范围内均为第四系土层。根据其物理力学特征可分为5大层、8亚层。
①-1素填土：黄灰色，稍湿，松散~稍密，由粘性土和碎石、砾石组成，含有少量块石。
①-2耕植土：灰色，黄灰色，稍湿，松散，以粘性土为主，含少量砾石和植物根茎。全场分布。厚度0.8~1.4米。
①-3素填土：黄灰色，稍湿，稍密，以粘性土为主，含少量砾石。仅见于Z37钻孔。厚度1.1米。
①-4淤泥质粉质粘土：灰色，黄灰色，流塑，仅见于Z37钻孔（暗塘）。厚度1.6米。
②含砾粘性土：黄灰色，灰褐色，可塑，局部软塑，由含砾粘土、含砾粉质粘土组成，塑性指数变化较大，12.7~21.7。砾石含量9.2~23.8%，砾径一般2~20mm。含砾粘性土在场地北部连续分布，在场地中部和南部则不连续分布。厚度0~5.9米。
③粘土-粉质粘土：黄灰色、灰褐色，可塑，局部地段软塑，粘土与粉质粘土在水平方向上相互过渡、交替分布。该层中偶见砾石。该层分布较广。厚度1.2~4.5米。
④含砾粘性土：灰褐色、黄灰色，可塑，局部软塑，一般含砾4.4~20.7%，局部砾石含量增加，过渡为粘性土混砾砂，粘性土混砾砂多呈薄层状夹层出现。砾石直径一般在2~20mm之间，最大50mm左右，次棱角形。含砾粘性土的塑性指数变化较大，12.6~23.2.全场分布，厚度1.2~6.2米。
⑤砾砂混粘性土：褐灰色、黄灰色，中密，砾石含量不均匀，一般在25~50%之间，局部在16.5~25.0%及50.0~79.5%之间，过渡为含砾粘性土和角砾混粘性土。砾石直径一般在2~40mm之间，最大粒径在130mm以上。砾石的岩性以玄武岩为主，砂岩次之，质较硬。该层全场分布，控制厚度3.0~10.8米。
2. 边坡稳定性评估
勘察范围内未见不良地质作用。特殊性岩土有软土、混合土、填土，在场地内均有分布。
软土，①-4淤泥质粉质粘土，属高压缩性软粘土，系暗塘的产物，仅见于Z37钻孔。承载力低，沉降量大，做浅基础时应予以挖除。
混合土，⑤砾砂混粘性土是冲洪积成因的混合土，从颗粒成果分析，有一定变化；但从动探试验成果分析，⑤砾砂混粘性土的土质还比较稳定，其下无软弱下卧层，层位稳定，厚度较大，对建筑的基础无不良影响。
填土，①-1素填土，仅零星地分布在Z29、Z37钻孔，素填土的成份以粘性土为主，含少量砾石，回填时间再三年以上。①-1层在基础开挖深度内；①-3素填土在其下有①-4淤泥质粉质粘土，做基础时需要一起挖除。
(a) 局部边坡稳定性
由区内地质环境条件可知，拟建区建筑物将依山就势成台阶状布置，根据场地地层分布情况，开挖边坡均为土质边坡，由于土层总体呈可塑状，强度和密实性一般，边坡开挖易引发土层滑坡等地质灾害，这在玄武岩台地周边是常见的地质灾害类型，因此建设中因边坡开挖（含外侧填方边坡），引发土层滑坡的可能性中等，地质灾害危险性中等。
(b) 整体斜坡稳定性
由于场地洪坡积土层厚度较大，虽然在自然状态下斜坡稳定性较好，未发生斜坡变形等地质灾害隐患，但当斜坡前缘开挖较高，并在开挖形成平台上建设加载时，一方面增加了斜坡荷载，另一方面受下部全风化层地下水活动较强的影响，在全~强风化基岩界面形成了一个不稳定的界面，对斜坡整体稳定性不利，在连续强降雨作用下，整个斜坡有发生整体蠕滑的可能，这不仅影响建设区本身的安全，也将威胁下方三花股份有限公司及上部下礼泉规划新村的安全，其地质灾害危险性中等。
综上所述，若边坡开挖不当或者对开挖后的边坡不进行加固处理，边坡发生活泼或崩塌乃至整个斜坡发生蠕滑的可能性较大。
3. 特征边坡选择
四、 边坡稳定分析
1. 边坡土体设计参数
土体特性参数选择稳依据工程地质报告并结合工程经验综合确定。计算模型中边坡剖面的地形线从场地地形图上量取、计算而得，岩层依据地质钻孔资料确定，地下水分布按最不利考虑。
层 号
岩土名称
容重
(g/cm3)
内聚力c
(kPa)
内摩
擦角ф
(°)
②
含砾粘性土
1.84
23
12
③
粘土-粉质粘土
1.84
23
13
④
含砾粘性土
1.84
24
13
⑤
砾砂混粘性土
1.9
0
30
⑥
圆砾
2.0
0
38
⑦
粘性土混砾砂
2.0
20
15
⑧
全风化泥质粉砂岩
1.9
10
25
⑨
强风化泥质粉砂岩
2.0
15
35
⑩
中等风化泥质粉砂岩
2.5
20
40

回填土
2.3
0
30

2. 边坡设计工况
荷载选择，主要考虑外部荷载为已建及待建房屋重量，设计选取每层建筑的荷载为20kN/m2。
设计分析时主要选择以下几个工况：
1.未加边坡治理措施时的坡体的稳定性；
2.加设边坡治理措施后的稳定性；
3.施工中可能的危险工况，包括各级开挖过程中可能的危险工况。
3. 边坡分析方法
(a) Bishop法
(b) Janbu法

(c) Morgenstern-Price法（简称M-P法）
五、 设计参数选择
根据边坡分析结果，再根据工程实际情况和经验，对特征边坡设计采取不同的加固措施，并进行如下参数的选取和验算。
1. 边坡设计参数选取
本次设计各边坡设计选择参见设计cad图纸，对一号边坡采用预应力锚杆。预应力锚杆采用φ25钢筋，预应力锚杆孔径150mm，孔内注浆采用M30纯水泥浆。对于1号边坡，预应力锚杆与水平面夹角为35°(其中，K25+56.646至K25+81.854段第二排梁节点处预应力锚杆倾角为25°)，预拉应力40kN；对于3号边坡，预应力锚杆与水平面夹角为30°，预拉应力40kN。土钉采用φ22钢筋，孔径100mm，孔内注浆采用M30纯水泥浆。对于1号边坡，土钉与水平面夹角为25°；对于3号边坡，土钉与水平面夹角为20°。预应力锚杆及土钉具体布置和构造见施工详图。
土钉施工：
（1）孔深误差小于50mm，孔径为100mm，误差小于5mm，土钉保护层厚度为30mm，土钉位置误差小于100mm；
（2）土钉孔成孔后应立即按设土钉，防止塌孔，土钉孔内注浆用M20纯水泥浆，水灰比0.5，终了注浆压力不小于0.3MPa；
（3）土钉采用φ22钢筋，钢筋应平直、无锈、无油，其上每隔1.5m安装定位器以保证保护层的厚度。
（4）喷射混凝土强度等级为C20，水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥；
（5）钢筋网双向均应搭焊接，并与纵、横梁连接。

2. 锚杆设计参数选择
——锚杆杆体的抗拉安全系数，由于是永久预应力锚杆，最小安全系数取1.8；
——锚杆的轴向拉力设计值取；
——钢筋抗拉强度标准值（），取；
——锚杆锚固体的抗拔安全系数，该工程属锚杆损坏的危害程度大，会构成公共安全问题，且为永久锚杆，故取安全系数为2.2；
——锚杆或单元锚杆的轴向拉力设计值（）
——锚杆锚固段长度（m），经验选择，选取锚杆锚固段长度为8m；
——锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值，锚固土层为软塑粘性土，取锚固段注浆体与土层的粘结强度标准值为30kPa；
——锚固段注浆体与筋体间的粘结强度标准值，由于锚杆选取螺纹钢筋，故粘结强度标准值选取2.0MPa；
——锚杆锚固段的钻孔直径（mm），设计选取0.1m；
——钢筋或钢绞线的直径（mm），设计选取HRB335普通螺纹钢筋，直径25mm；
——采用2根或2根以上钢筋或钢绞线时，界面的粘结强度降低系数，取0.6~0.85；
——锚固长度对粘结强度的影响系数，查规范根据锚固长度8m选取=1.0；

六、 设计荷载工况

七、 设计计算
1. 锚杆锚钉设计验算方法
根据工程概况及，程勘察地质条件，以及工程要求、锚固地层性质、锚杆承载力、锚杆长度、现场条件、施工方法等因素综合考虑确定不同边坡区域应用不同的锚杆设计方案。
所设计锚杆的轴向拉力设计值，锚固段长度，自由段长度，注浆体，均根据《锚杆喷射混凝土支护设计规范》（GB 50086-2001）要求设计，其中需验算锚杆体和锚固体截面。
l 钢锚杆杆体的截面面积应按下式确定：

或
——锚杆杆体的抗拉安全系数；
——锚杆的轴向拉力设计值（）；
、——钢筋、钢绞线的抗拉强度标准值（）。
l 锚固段长度验算
锚杆或单元锚杆的锚固段长度可按下式估算，并取其中的较大值：

——锚杆锚固体的抗拔安全系数；
——锚杆或单元锚杆的轴向拉力设计值（）
——锚杆锚固段长度（m）
——锚固段注浆体与地层间的粘结强度标准值；
——锚固段注浆体与筋体间的粘结强度标准值；
——锚杆锚固段的钻孔直径（mm）；
——钢筋或钢绞线的直径（mm）；
——采用2根或2根以上钢筋或钢绞线时，界面的粘结强度降低系数，取0.6~0.85；
——锚固长度对粘结强度的影响系数；
——钢筋或钢绞线根数。
计算中所有参数选取均按第Ⅳ条中所选取计算参数取值。

2. 挡墙设计验算方法
挡墙设计验算主要包括倾覆稳定性验算、滑动稳定性验算、地基承载力验算以及墙身强度验算（下述未给出墙身强度验算公式）。
·倾覆稳定性验算

——土压力作用点离墙踵的高度；
——挡墙重心离墙趾的水平距离；
——基底的水平投影宽度。

·抗滑稳定安全系数

——挡土墙每延米自重；
——挡土墙基底的倾角；
——挡土墙墙背的倾角；
——土对挡土墙墙背的摩擦角；
——土对挡土墙基底的摩擦系数。

·整体滑动稳定性验算
采用圆滑滑动面法进行验算。按下式进行验算：

——起有利作用的永久荷载标准值的效应；
——起不利作用的永久荷载标准值的效应。
·地基承载力验算

偏心荷载作用下

——相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值；
——基础底面的地抗矩；
对于墙趾有：

对于墙踵有：

对基础整体：

·基底合力的偏心距

——稳定力系对墙趾的总力矩；
——倾覆力系对墙趾的总力矩；
——作用在基础底面上的总垂直力。

·基底下受力层范围内有软弱下卧层

——软弱下卧层顶面处附加压力设计值；
——软弱下卧层顶面处土的自重压力；
——软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值。

八、 计算结果
l 1号边坡锚杆验算结果
锚杆界面面积验算：

锚杆锚固长度验算

验算结果满足要求。
经计算，所设计的边坡处理方案满足安全稳定的要求。
l 3号边坡锚杆验算结果
锚杆界面面积验算：

锚杆锚固长度验算

验算结果满足要求。

l 2号边坡挡墙验算结果
验算时土层信息根据工程地质勘查报告选取，主要为②、③两层。

a b
图4：2号坡典型剖面图

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

换填土下地基土承载力（kPa）

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

一级挡墙

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

换填土下地基土承载力（kPa）

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

换填土下地基土承载力（kPa）

注：素混凝土抗压强度>300kPa。

l 4号边坡挡墙验算结果

图5：4号坡典型剖面图

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

右

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

l 5号边坡挡墙验算结果

图6：5号坡典型剖面图

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

断面编号
滑移验算
倾覆验算
地基验算

左

基底偏心距

墙趾处承载力（kPa）

墙踵处承载力（kPa）

地基平均承载力（kPa）

附边坡分析结果：
18-18剖面分析结果：

附图1：原始山体最不利滑裂面
附表1：稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.219
Janbu
1.173
Morgenstern－price
1.229

附图2：建成后最不利滑裂面
附表2：稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
地下水位线与地表线相同
Bishop
2.053
Janbu
1.963
Morgenstern－price
2.051

附图3：原有民房前最不利滑裂面（一号边坡，第一计算工况）

附图4：原有民房前最不利滑裂面（一号边坡，第二计算工况）

附表3：原有民房前（一号边坡）稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数（第一计算工况）
安全系数（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.163
1.165
Janbu
1.032
1.013
Morgenstern－price
1.163
1.165
注：第一计算工况：现存民房荷载+待建房屋荷载+道路开挖后地形+部分路面荷载
第二计算工况：现存民房荷载+待建房屋荷载+道路开挖后地形+部分路面荷载+裂缝荷载（假定已建民居山后坡上有裂缝）

附图5：8号楼最不利滑裂面（2号边坡，第一计算工况）

附图6：8号楼最不利滑裂面（2号边坡，第二计算工况）

附表4：8号楼（2号边坡）稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
（第一计算工况）
安全系数
（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.164
1.103
Janbu
1.065
1.089
Morgenstern－price
1.164
1.103

附图7：3号楼最不利滑裂面（3号边坡，第一计算工况）

附图8：3号楼最不利滑裂面1（3号边坡，第二计算工况）

附图9：3号楼最不利滑裂面2（3号边坡，第二计算工况）
附表5：3号楼（3号边坡）稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
（第一计算工况）
滑裂面1安全系数
（第二计算工况）
滑裂面2安全系数
（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.440
1.347
1.385
Janbu
1.310
1.250
1.253
M-P
1.440
1.354
1.436

附图10：10号楼最不利滑裂面（4号边坡，第一计算工况）

附图11：10号楼最不利滑裂面（4号边坡，第二计算工况）

附表6：稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
（第一计算工况）
安全系数
（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.379
1.360
Janbu
1.307
1.235
Morgenstern－price
1.379
1.379

19-19剖面计算结果：
附图12. 原始山体最不利滑裂面
附表7：稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.224
Janbu
1.062
Morgenstern－price
1.224
附图13. 原始山体最不利滑裂面
附表8：稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.879
Janbu
1.844
Morgenstern－price
1.879

附图14: 7号楼最不利滑裂面（5号边坡，第一工况）

附图15：7号楼最不利滑裂面（5号边坡，第二工况）

附表9：5号边坡稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
（第一计算工况）
安全系数
（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.168
1.148
Janbu
1.113
1.090
Morgenstern－price
1.171
1.145

附图16: 原有民房前最不利滑裂面（一号边坡，第一计算工况）

附图17: 原有民房前最不利滑裂面（一号边坡，第二计算工况）

附表10：一号边坡19-19剖面稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
（第一计算工况）
安全系数
（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.493
1.611
Janbu
1.330
1.584
Morgenstern－price
1.494
1.612

附图18: 1号楼最不利滑裂面（第一计算工况）

附图19：1号楼最不利滑裂面（第二计算工况）

附表11：1号楼稳定性计算结果
地下水位
计算方法
安全系数
（第一计算工况）
安全系数
（第二计算工况）
地下水位线与地表线相同
Bishop
1.762
1.732
Janbu
1.643
1.612
Morgenstern－price
1.766
1.730