朱婷（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安　710043）

广州市轨道交通六号线萝岗车辆段高边坡加固与防护技术

朱婷
（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安710043）

广州市轨道交通六号线萝岗车辆段场坪东侧开挖形成高度近60 m的人工边坡，为保证边坡稳定，防止水土流失，避免次生灾害发生，开展了边坡稳定性分析及加固防护技术研究。数值分析结果表明:按照安全适用、技术先进、经济合理、保护环境的原则，自上而下逐级开挖边坡，采取放坡、挡土墙、锚索（杆）格构护坡、种草、截排水、主动网防护等综合措施进行边坡加固与防护是可行的。

高边坡；加固防护；数值分析

1　工程概况

广州市轨道交通六号线萝岗车辆段所在区域为丘陵地貌，植被发育，坡面常见花岗岩球状体出露。本区属南亚热带季风气候，年平均气温为21.4～21.9℃；年降水量1 612～1 909 mm，雨量主要集中在4—9月；抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。

拟建车辆段场坪标高25 m，占地面积约33万m2，属挖山而建，场坪东侧将形成长度约740 m、高度60 m人工边坡，边坡占地面积约2.5万m2。为保证边坡稳定，防止水土流失，开展边坡加固与防护技术研究。

地区地层主要有坡积粉质黏土、花岗岩。岩性特征详述如下：

花岗岩残积土层〈5H-1〉：主要为砂质黏性土，局部为砾质黏性土，含风化残留石英颗粒，呈可塑状。

花岗岩残积土层〈5H-2〉：主要为砂质黏性土及砾质黏性土，夹风化残留石英颗粒，呈硬塑～坚硬状。

花岗岩全风化层〈6H〉：岩石风化剧烈，岩石原来的组织结构已绝大部分被破坏，但仍然能辨认出来，岩芯呈较硬柱状，遇水后易软化、崩解，个别部分夹有强风化的花岗岩碎块。

花岗岩强风化层〈7H〉：岩石风化强烈，岩石原来的组织结构大部分被破坏，节理裂隙发育，岩芯呈半岩半土状、碎块状，矿物成分也发生了显著变化，遇水易软化、崩解。

花岗岩中风化层〈8H〉：中、细粒结构，眼球状、块状构造，岩石原来的组织结构只有一部分发生破坏，矿物成分中的长石大部分风化成黄色小斑点，岩质较硬。

花岗岩微风化层〈9H〉：中粒、细粒结构，块状构造，岩石原来的组织结构只有很小部分发生变化，岩块的断口处仍然是新鲜岩石，节理面颜色发生变化，岩质非常坚硬，击打声音清脆。

各层岩土物理力学性质指标见表1。

表1　岩土物理力学性质指标

2　边坡稳定性分析

2.1影响边坡稳定的因素

1）岩土体的工程地质条件［1］

坡体岩层以全风化花岗岩为主。该土层具有强度较高、压缩性较低、孔隙率较大、遇水易崩解的特性。旱季边坡稳定性较好，雨季坡体岩土层抗剪强度降低，是边坡失稳的主要内因之一。

2）岩土体软弱结构面

花岗岩经物理及化学风化后形成的全风化花岗岩残积土为强透水层，强风化花岗岩为相对不透水层，地下水易汇聚在全风化花岗岩残积土和强风化花岗岩之间，从而在全风化及强风化之间形成软弱结构面，易使边坡局部失稳。

3）水文地质条件

场地丘陵地貌有利于地下水排泄，但因大气降水集中，地下水位动态变化大，不利于边坡稳定。

4）孤石

山体孤石广泛发育，主要分布于砂质黏性土、全风化花岗岩中。人工边坡孤石出露将影响施工安全、边坡稳定。

2.2锚索（杆）的受力分析

主要分析锚索（杆）沿轴向所受的拉力及由此产生的轴向位移。根据材料力学的分析方法［2］，材料的轴向力增加值可以通过下式表示。

锚索（杆）所受的剪应力可以表示为

式中：L为杆体的长度；Kj，G，t分别为浆体（握裹体）的剪切刚度、剪切模量、厚度；uc，um分别为杆体和岩体的轴方向位移；D为杆体的直径。

注浆体与周围岩体接触形成的应力可以表示为

τ=［G/（D/2+t）］［Δu/ln（1+2t/D）］（3）

式中：Δu为杆体的相对位移。

2.3数值模拟分析

为了更直观地了解边坡体在开挖过程中的内力变化过程及稳定情况，指导边坡加固设计。采用数值模拟将有无支护两种工况进行对比，以展现采取加固防护措施后边坡体稳定性的提高程度。

2.3.1计算模型

数值模拟时采用砌体节理模型（Ubiquitous-Joint Model）［3-4］，这一模型实际上是摩尔-库伦（Mohr-Coulomb）的扩展，即在摩尔-库伦体中增加破裂面［5］。

加固防护体与岩体的接触面采用FLAC3D计算程序中的interface来模拟实现（见图1）。采取的计算模型边界约束条件为：岩层底部选择固定约束边界，两边选择粘滞性边界［6］。为了更直观地显示锚索（杆）的轴力、位移和边坡的变形，在模型中设置了锚索（杆）轴力监测点和边坡位移监测点（见图2）。

图1　FLAC3D数值计算模型

图2　监测点布置

2.3.2计算结果及分析

1）无支护工况

无支护情况下通过数值模拟计算，可以得到自上而下分级开挖工况下的边坡安全系数，见表2。由表2可以看出，边坡开挖后处于基本稳定状态。

表2　无支护分级开挖工况下边坡安全系数

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2002）、边坡工程损坏后可能造成后果的严重性、边坡类型、边坡高度等因素，确定本边坡工程防护安全等级为一级。加固后边坡安全系数≥1.35。所以需采取加固措施来提高工程的安全性。

2）有支护工况

图3为预应力锚索（杆）的轴力和握裹应力分布图，图4为1至8级边坡水平位移随开挖过程的变化曲线。

图3　预应力锚索（杆）的轴力和握裹应力分布

由图3（a）可以看出：预应力锚索（杆）锚固段的轴力分布不均匀，采用荷载分散型锚索更为经济合理。由图3（b）可以看出：握裹体应力在锚固段分布不均匀，所以在通常的锚索（杆）设计中按应力均匀分布计算锚固段长度是不安全的。

图4　边坡水平位移随开挖过程的变化曲线

由图4可以看出：在格构及预应力锚索（杆）等结构的加固作用下，边坡的位移量得到了很好的控制；随着逐步开挖及计算时步的增加，边坡的位移量逐步稳定，说明了加固结构可以完全阻挡边坡的下滑趋势，提高边坡的安全系数。

图5为预应力锚索（杆）轴力随边坡开挖过程变化曲线。由图5可以看出：随着边坡不断开挖，坡体内部的应力场也时刻发生变化，施加的锚索预应力也会损失一部分；随着计算时步的增加，锚索的预应力值基本处于一个相对稳定的状态，这说明设计的预应力值是合理的。

对边坡体设置支护措施后，通过数值模拟计算，可以得出边坡体在分级开挖工况下的边坡安全系数，见表3。

表3　采取支护措施后分级开挖工况下边坡安全系数

图5　预应力锚索（杆）轴力随开挖过程变化曲线

对比分析表2、表3，可以看出边坡体在设置支护措施后，边坡安全系数得到了提高，满足了规范的要求，且在合理范围之内。

3　边坡整治措施

根据数值模拟结果，结合现场实际情况，综合分析后采取以下措施对边坡进行加固。加固工程横断面见图6［7］。

3.1边坡断面形式

花岗岩微风化层〈9H〉边坡坡率1∶0.3；花岗岩强风化层〈7H〉、花岗岩全风化层〈6H〉边坡坡率均为1∶1；硬塑～坚硬花岗岩残积土层〈5H-2〉边坡坡率为1∶1.25。边坡每8 m高分一级，平台宽度2 m。

3.2GPS2主动防护网

微风化花岗岩层〈9H〉边坡开挖采用光面爆破，边坡铺设GPS2主动防护网。

3.3锚索（杆）格构加固［8-10］

花岗岩全风化层〈6H〉、花岗岩强风化层〈7H〉、花岗岩中风化层〈8H〉边坡设锚索（杆）格构加固。格构腰梁与肋梁均采用C30钢筋混凝土浇筑。腰梁截面尺寸为0.4 m×0.5 m，竖向间距2.5 m；肋梁截面尺寸为0.3 m×0.4 m，水平间距3.0 m。

图6　边坡加固工程横断面（单位：m）

格构节点设预应力锚索（杆）。锚索长32 m（锚固段10 m），钻孔φ150 mm。每束锚索由6根φ15.2 mm高强度低松弛钢绞线组成，钢绞线的强度等级为1 860 MPa，锚索锁定值320 kN，张拉荷载为380 kN。锚杆采用HRB400 φ28钢筋制作，锚入地层深度15 m，锚固力不小于150 kN。预应力锚索（杆）与水平面的夹角为20°。

3.4截排水工程

堑顶及边坡平台设置截排水沟，截断流向场区的地面水，减小水流对坡面的冲蚀。

4　结语

广州市轨道交通六号线萝岗车辆段所在区域地层风化极为严重，岩层力学性能非常差。边坡加固遵循了安全适用、技术先进、经理合理、保护环境的原则。采取了GPS2主动防护网、锚索（杆）格构护坡（格构内覆土植草）、截排水等综合加固措施。从数值分析结果来看，加固后边坡位移及受力状况比较稳定，提高了边坡的安全系数。尤其是在中部薄弱环节采取预应力锚索，上下相对安全部分采取锚杆加固，节约了工程投资。为确保边坡稳定和施工安全，应加强对边坡的变形监测。

工程于2013年6月开工，11年底完工。工程竣工以来，边坡安全、稳定、可靠，车辆段场区作业井然有序，达到了边坡加固与防护的预期效果。

［1］铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册：路基［M］.北京：中国铁道出版社，1995.

［2］陈海英.路堑高边坡稳定性及综合防护措施研究［D］.成都：西南交通大学，2007.

［3］HAKAMI H.Rock Characterisation Facility（RCF）Shaft Sinking—Numerical Computations Using FLAC［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2001，38（1）：59-65.

［4］高永涛，张友葩，吴顺川，等.滑移岩石边坡治理的稳定性分析［J］.岩土力学与工程学报，2002，21（2）：2562-2569.

［5］寇晓东，周维恒，杨若琼.FLAC3D进行三峡船闸高边坡稳定性分析［J］.岩土力学与工程学报，2001，20（1）：6-10.

［6］陈育民.FLAC/FLAC3D基础与工程实例［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［7］中华人民共和国建设部.GB 50330—2002建筑边坡工程技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［8］中铁第一勘察设计院集团有限公司.重庆市轨道交通一号线（朝天门至沙平坝段）马家岩停车场高边坡支挡结构研究报告［R］.西安：中铁第一勘察设计院集团有限公司，2010.

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［10］宋从军，周德培，鄢宏庆.软质岩路堑高边坡的加固与防护技术研究［J］.公路，2013（12）：76-80.

（责任审编葛全红）

Reinforcement and Protection Technologies of High Slope at Luogang Depot for Guangzhou Urban Rail Transit Line 6

ZHU Ting
（China Railway First Survey&Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi'an Shaanxi 710043，China）

A 60 m high slope was excavated on the eastern side of Luogang depot of Guangzhou urban rail transit line 6.In order to prevent soil erosion and avoid the occurrence of secondary disasters，the slope stability was analyzed and the corresponding reinforcement and protection measures were studied.T he results of numerical analysis shows that the slope reinforcement and protection can be realized.In accordance with the principle of applicable safety，advanced technology，economic rationality and environmental protection，a stepped top-down excavation was suggested.A comprehensive reinforcement and protection measures includes sloping，retaining wall，lattice anchor（rod）slope protection，grasses，drainage and positive net protection.

High slope；Reinforcement and protection；Numerical analysis

朱婷（1983— ），女，工程师。

U213.1+58

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.25

1003-1995（2016）07-0100-05

2016-03-10；

2016-04-28