重庆市轨道交通三号线北延伸段工程高边坡方案方案.docx
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重庆市轨道交通三号线北延伸段工程高边坡方案方案
重庆市轨道交通（集团）公司
重庆市轨道交通三号线北延伸段工程高边坡方案设计
中冶赛迪工程技术股份有限公司
二〇一三年一月
重庆市轨道交通（集团）公司
重庆市轨道交通三号线北延伸段工程
高边坡方案设计
文档号：
声明：
本作品权益属中冶赛迪工程技术股份有限公司。
所含信息、专有技术应予保密。
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工程项目公司主管领导：
林礼荣
院长：
薛尚铃
院总工程师：
薛尚铃
项目负责人：
中冶赛迪工程技术股份有限公司
二〇一三年一月
重庆市轨道交通（集团）公司
重庆市轨道交通三号线北延伸段工程
高边坡方案设计
参加人员名单
分管院长：
刘耀明
审定：
周海鹰/马鹰
专业负责人：
陈山泉
主任设计师/审核：
陈柏全
设计师：
许悦
主要技术负责人职称注册情况表
序号
专业
姓名
职称
注册情况
备注
1
结构
薛尚铃
教授级高工
国家一级注册结构工程师
国家注册土木工程师（岩土）
2
管理
刘耀明
教授级高工
3
结构
马鹰
教授级高工
国家一级注册结构工程师
4
结构
周海鹰
教授级高工
国家一级注册结构工程师
1概述
1.1工程概况
重庆市轨道交通三号线北延伸线工程起于三号线二期终点，终于保税港区举人坝，线路全长9.849km。
在外环北路前设环城北路站（高架站）并设环城北路停车场一座。
受车场工艺要求，需对原沟渠进行改道设计，改道后的沟渠局部开挖深度达31m，为保证沟渠施工期间以及长期使用的安全，应考虑支护措施。
图1.1环城北路车场平面图
沟渠左侧边坡有条件放坡处理，上部采用锚杆框架护坡和截水骨架护坡；下部有两种方案进行比选：
（1）方案一：
挖方区锚杆挡墙，局部区段放坡条件受限采用桩板式挡墙；较矮填方区重力式挡墙，较高填方区采用桩板式挡墙
（2）方案二：
全线桩板式挡墙
沟渠右侧边坡无条件放坡处理，挖方区采用挖方区锚杆挡墙进行支护，填方区按下列两种方案进行比选：
（1）方案一：
衡重式挡墙
（2）方案二：
加筋挡墙
由于右侧边坡且受桥台、桥墩及道路限制，情况较复杂，第五部分方案介绍中。
CD段D端头处高差最高约23米，采用分级放坡处理。
1.2技术路线
（1）根据沟渠情况及周围建筑物情况，确定边坡安全等级为一级
（2）根据道路标高及地勘情况，对方案进行设计计算
（3）根据地质情况，详细对比分析两种方案的特点、工程造价及适用性
（4）得出结论
2设计依据
2.1规范规程
《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
《土工合成材料-塑料土工格栅》（GB17698-2008）
《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
标准图集《挡土墙》（04J008）
2.2地勘依据
重庆市勘测院《重庆市轨道交通（集团）公司重庆市轨道交通三号线北延伸段环城北路车场岩土工程勘察报告（初步勘察）》二○一一年六月版
3工程地质条件
3.1地形地貌
拟建场地位于渝北区空港，场地为构造剥蚀浅丘沟谷地貌，地形较为平坦，经后期平场，地形现状四周高中间低，地面高程约274～313m，相对高差39m，地形坡角0º～40º，场地内由于平场所形成的填土边坡高度5～20m，坡角约30º。
3.2地层岩性
场地内地层由第四系全新统松散层和侏罗系中统沙溪庙组岩层组成。
基岩以厚层砂质泥岩为主、夹砂岩，各地层岩性特征简述于下：
1第四系全新统（Q4）
⑴人工填土（Q4ml）
素填土：
杂色，主要由粘性土夹砂、泥岩碎（块）石等组成，碎石粒径主要为30～200mm，块石粒径250～1000mm；结构松散～稍密，稍湿，主要为车场平场堆填所致，堆填方式为随意抛填。
拟建车场人工填土层分布范围广、厚度变化大，通过钻孔揭露，一般可达5～10m，最大厚度可达24.60m（HBC38），堆填时间约2年。
⑵粉质粘土（Q4el+dl）
为粘土及粉质粘土，以可塑为主、少量软塑状态，无摇震反应，断口稍有光滑，干强度中等，韧性中等。
主要分布于原始沟谷地带，根据钻孔揭露。
最大厚度为16.30m（HBC57）。
2侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）
（1）砂质泥岩（J2s）
多呈紫～紫褐色、红褐色，主要矿物成分为粘土矿物，含砂质、钙质团块，粉砂泥质结构，中厚层～厚层状构造。
该层是场地内的主要岩层，厚度大、分布广。
中等风化带岩石岩质较硬，裂隙较发育～不发育，岩芯呈柱状。
砂质泥岩为软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。
为场地内的主要岩层。
（2）砂岩（J2s）：
灰色、黄色，局部夹紫色条带，主要矿物成分为石英、长石及少量云母。
细粒～中粒结构，中厚层状～薄层状构造，泥、钙质胶结，裂隙不发育～较发育。
属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。
为场地内的次要岩层。
场地基岩强风化带厚度一般小于0.8～1.5m。
局部地段基岩由于地表水的影响，强风化带厚度较大，厚度达2.0m。
基岩强风化带岩体破碎，风化裂隙发育，岩质软，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
图3.15-5剖面典型地质剖面图
3.3地质构造
场地位于川东南孤形地带，华蓥山帚状褶皱束东南部——江北向斜的西翼。
岩层呈单斜状产出，倾向90°，倾角6°，发育两组构造裂隙：
J1：
倾向260～270，倾角65～70，裂隙面平直光滑，张开1～3mm，无充填物，间距一般2～4m，延伸性好，结合较差。
J2：
倾向0～10，倾角70～80，裂隙面较平直，微张，无充填物，间距一般4～6m，延伸性好，结合较差。
区内节理发育程度为不发育～较发育，岩体完整～较完整，呈厚层状～块状结构。
3.4水文地质条件
重庆轨道交通三号线北延伸段环城北路车场内发育一条由东向西的小溪沟，为跳蹬河的支流，属嘉陵江水系，该河沟属小型河流，河沟上游有一小型水库，河流水位、水量均直接受上游水库排放控制，现河沟无水文站或水文点，也无相关的水文资料。
根据实地调查访问，该溪沟平季时河面宽约6～8m，水深0.5m～1.0m.，沟底标高在273.40～275.00m左右，河沟纵坡约1%，河水浑浊。
调查期间，流速0.5～2.0m/s，流量约6.0m
/s，据访问，水库建成后该河沟的最大洪水位标高在280.50m左右。
4荷载计算与组合
4.1荷载计算
4.1.1参数
（1）边坡稳定安全系数
《建筑边坡工程技术规范》根据边坡安全等级，对其稳定安全系数由相应规定：
边坡等级
安全系数
一级边坡
二级边坡
三级边坡
计算方法
平面滑动
1.35
1.30
1.25
折线滑动
1.35
1.30
1.25
圆弧滑动
1.30
1.25
1.20
表4.1《建筑边坡工程技术规范》边坡安全系数
本边坡安全等级为一级，参照此规范确定挡墙的安全系数为1.30，结构重要性系数为1.10。
（2）岩土计算参数
岩土设计参数按照重庆市勘测院《重庆市轨道交通（集团）公司重庆市轨道交通三号线北延伸段环城北路车场岩土工程勘察报告（初步勘察）》中所提参数进行计算。
岩土名称
参数指标
粉质粘土
素填土
砂岩
砂质泥岩
结构面
层面
强风化
中等风化
强风化
中等风化
重度（kN/m3）
20
24
24.9
24
25.7
自然抗压强度（MPａ）
28.2～45.5
6.5～12.4
饱和抗压强度（MPａ）
19.4～34.1
3.6～7.6
地基承载力特征值（kPａ）
300
5820～10230
360
1950～3720
地基基本承载力（kPａ）
2000～3000
800～1000
内摩擦角φ（ο）
综合30ο
35
39.7～41.0
30
32.5～32.8
18
15
内聚力C（kPa）
150
1530～1932
80
594～666
50
35
锚杆砼（M30）与岩石的粘结强度（MPａ）
0.025
0.50
0.30
完整性系数Ｋ
岩体水平抗力系数（MN/m3）
330
150
岩石地基竖向地基系数（MN/m3）
水平抗力系数比例系数（MN/m4）
18
抗拉强度（kPａ）
452～532
140～176
基底摩擦系数
0.30
0.40
0.60
0.35
0.45
表4.2岩土设计参数取值
（3）整体稳定性分析
左侧边坡土层第一级边坡按1:
1.5放坡，第二级边坡按1:
1.75放坡，可保持整体稳定。
右侧边坡岩土分界线与坡面平行或反向，不会产生平面或折线滑动，应为圆弧滑动控制整体稳定性。
由于衡重式挡墙基础已嵌入中风化岩层，可判断为边坡整体稳定。
（选取典型断面3-3计算，计算结果见附5.1。
结果中最小安全系数为0.866，但经分析，安全系数小于1.30的滑动全部为坡面滑动，较深滑动面的安全系数均在3.0以上。
可视为边坡整体稳定。
）
4.1.2库伦土压力计算
衡重式挡土墙等折线形墙背挡墙不能直接用库仑理论计算主动土压力，这时，应将上墙和下墙看作独立的墙背，分别按库仑理论计算主动土压力，然后取两者的矢量和作为全墙的土压力。
计算上墙的土压力时，不考虑下墙的影响，采用一般的库仑理论公式计算；若上墙背或假象墙背倾角较大，出现第二破裂面，则按第二破裂面求主动土压力。
力多边形法的计算原理为：
首先按上述方法求计算上墙土压力，得到上墙的第一破裂面及作用于第一破裂面上的作用力R，然后将R反作用于下墙的破裂楔体上，下墙的破裂楔体作用有上墙的作用力R、楔体自重力G、作用挡土墙下墙的主动土压力反力Ea、下墙破裂面上的反力R1，这些力共同作用处于极限平衡状态。
在这种假设下求解第二破裂面。
图5.1库伦土压力计算图示
图中：
α
——
挡土墙土楔体的第二破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；
θ
——
挡土墙土楔体的第一破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；
R
——
上墙土楔体对下墙计算土楔体的作用力（kN）；
G
——
下墙计算土楔体的自重重力（kN）；
R1
——
下墙计算土楔体的第一破裂面的反力（kN）；
Ea
——
作用挡土墙上的主动土压力的反力（kN）。
4.2荷载组合
荷载组合按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）进行组合，具体为：
组合1：
挡墙结构重力、墙顶有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久荷载组合；
组合2：
组合1与基本可变荷载相组合。
5方案介绍
方案一中沟渠左侧采用上部放坡，并用锚杆框架或截水骨架护坡，下部采用竖直锚杆挡墙进行支挡，挡墙露出地面4米高。
局部区段放坡条件受限及填方较高，采用桩板式挡墙进行处理。
较矮填方区采用重力式挡墙；沟渠右侧挖方区采用锚杆挡墙填方区采用重力式挡墙进行支护，上部局部为道路边坡，采用悬臂式或重力式挡墙进行支护。
方案二中沟渠左侧采用上部放坡，并用锚杆框架或截水骨架护坡，下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度一般为4.0米，局部区段放坡条件受限，桩悬臂段长度分别加高为6.0米和9.0米；沟渠右侧上部采用加筋挡墙或重力式挡墙或锚杆挡墙，下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米。
以下分AB、BC和CD段按剖面进行比较。
5.1AB段
5.1.1剖面1-1
图5.1剖面1-1（方案一）
图5.2剖面1-1（方案二）
方案一左侧桩露出底面以上6m，嵌入底面以下不少于4.5米。
上部放坡采用第一级坡率1:
1.75，第二级坡率1:
1.5。
右侧采用衡重式挡墙，墙底采用扩大基础，扩大基础露出地面6米，嵌入中风化岩层1米。
方案二左侧边坡与方案一一致；沟渠右侧下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米，上部采用加筋挡墙。
5.1.2剖面3-3
2-2剖面和3-3剖面类似，选用3-3剖面分析。
图5.3剖面3-3（方案一）
图5.4剖面3-3（方案二）
方案一左侧上部放坡采用第一级坡率1:
1.75，第二级坡率1:
1.5；下部采用竖直锚杆挡墙进行支挡，挡墙露出地面4米高。
右侧采用衡重式挡墙，墙底采用扩大基础，扩大基础露出地面6米，嵌入中风化岩层1米。
方案二左侧边坡上部与方案一一致，下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米；沟渠右侧下部与左侧一致，上部采用加筋挡墙。
5.2BC段
5.2.1剖面4-4
图5.5剖面4-4（方案一）
图5.6剖面4-4（方案二）
方案一左侧上部放坡采用第一级坡率1:
1.75，第二级坡率1:
0.75的锚杆框架护坡；下部采用竖直锚杆挡墙进行支挡，挡墙露出地面4米高。
右侧采用锚杆挡墙，由于有桥台置于此岩质边坡上，桥台位置的锚杆挡墙取消，左右两侧锚杆挡墙应做至桥台处。
方案二左侧边坡上部与方案一一致，下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米；沟渠右侧下部与左侧一致，上部采用锚杆挡墙，桥台处的处理方式与方案一一致。
5.2.2剖面5-5
图5.7剖面5-5（方案一）
图5.8剖面5-5（方案二）
方案一左侧桩露出底面以上9m，嵌入底面以下不少于7.5米。
上部放坡采用坡率1:
0.75的锚杆框架护坡。
右侧采用锚杆挡墙，由于有试车线桥墩与下部4米高锚杆挡墙位置冲突，应绕桥墩做锚杆挡墙。
示意图如下。
图5.9锚杆挡墙做法示意图
方案二左侧边坡与方案一一致；沟渠右侧下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米，桥墩与桩板挡墙位置冲突，桥墩位置的桩应取消，绕桥墩做板，并在角点处增设桩。
5.2.3剖面6-6
图5.10剖面6-6（方案一）
图5.11剖面6-6（方案二）
方案一左侧桩露出底面以上9m，嵌入底面以下不少于7.5米。
上部放坡采用坡率1:
0.75的锚杆框架护坡。
右侧采用锚杆挡墙，由于有试车线桥墩与下部4米高锚杆挡墙的锚杆及上部锚杆挡墙位置冲突，桥墩为2.267米方形墩，下部4米高锚杆挡墙的锚杆间距为2.5米，采用斜角或者局部拉大间距或加密即可避开桥墩。
桥墩与上部锚杆挡墙位置冲突区域应绕桥墩做锚杆挡墙。
方案二左侧边坡与方案一一致；沟渠右侧下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米，桥墩与上部锚杆挡墙位置冲突区域应绕桥墩做锚杆挡墙。
5.3CD段
5.3.1剖面7-7
图5.12剖面7-7（方案一）
图5.13剖面7-7（方案二）
方案一左侧桩露出底面以上9m，嵌入底面以下不少于7.5米。
上部放坡采用坡率1:
1.5的截水骨架护坡。
右侧采用衡重式挡墙，墙底采用扩大基础，扩大基础露出地面6米，嵌入中风化岩层1米。
由于桥墩位置与衡重式挡墙局部冲突，应先做桩再在桩周围搭模板浇筑混凝土挡墙。
方案二左侧边坡与方案一一致；沟渠右侧下部采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米，桥墩与加筋挡墙冲突区域剪断加筋挡墙。
如下为剖面6-6和剖面7-7中间的桥墩位置，此时桥墩位置与衡重式挡墙完全冲突。
处理方式与7-7相同。
图5.14剖面6-6至7-7（方案一）
图5.15剖面6-6至7-7（方案二）
5.3.2剖面9-9
8-8剖面和9-9剖面类似，选用9-9剖面分析。
图5.16剖面9-9（方案一）
图5.17剖面9-9（方案二）
方案一左侧下部为5米高重力式挡墙，上部1:
1.5草皮护坡。
右侧采用衡重式挡墙，墙底采用扩大基础，扩大基础露出地面6米，嵌入中风化岩层1米。
沟渠左侧采用桩板挡墙进行支挡，桩悬臂段长度为4.0米；沟渠右侧下部与左侧一致，上部采用加筋挡墙，桥墩与加筋挡墙冲突区域剪断加筋挡墙。
5.4右侧D端
沟渠右侧D端高约23米，采用分级放坡处理，8米一级，分别按1:
1.5、1:
1.75和1:
2放坡，每级间设置2米宽马道。
6计算结果
6.1AB段
6.1.1剖面1-1
方案一计算结果见附1.2和附3.2。
方案二计算结果见附1.2、附1.3和附4.1。
6.1.2剖面3-3
方案一计算结果见附2.1和附3.2。
方案二计算结果见附1.3和附4.1。
6.2BC段
6.2.1剖面4-4
方案一计算结果见附2.1和附2.2。
方案二计算结果见附2.2和附1.3。
6.2.2剖面5-5
方案一计算结果见附1.1、附2.2和《挡土墙》（04J008）20页YJB型。
方案二计算结果见附1.1、附1.3和附2.2。
6.2.3剖面6-6
方案一计算结果见附1.1、附2.2和《挡土墙》（04J008）83页XJB型。
方案二计算结果见附1.1、附1.3、附2.2和附4.1。
6.3CD段
6.3.1剖面7-7
方案一计算结果见附1.1、附3.1和《挡土墙》（04J008）83页XJB型。
方案二计算结果见附1.1、附1.3和附4.1。
6.3.2剖面9-9
方案一计算结果见附3.1、《挡土墙》（04J008）重力式29页YT5和83页XJB型。
方案二计算结果见附1.3和附4.1。
6.4右侧D端
边坡稳定性计算结果见附5.2。
7挡墙监测方案
监测项目：
水平位移、竖向位移；
监测仪器：
全站仪；
监测频率：
施工期间每天一次，施工结束后每周一次，连续监测两年；
测点布置：
每50米一个测点，与桥台及桥墩衔接区域加密测点；
位移控制标准：
桩板式挡墙<0.4%H，且小于30mm
8方案比选
8.1风险分析
衡重式挡墙：
1）挡墙高度大，挡墙加扩大基础最大高度达21米；
2）混凝土浇筑体积大；
3）对地基承载力要求高；
4）造价高。
加筋挡墙：
1）挡墙高度大，挡墙最大高度超过22.8米；
2）加筋带的蠕变特性，可能引起后期变形大；
3）填料要求高，要求为级配良好的碎石土；
4）对土工格栅的质量要求高；
5）对施工质量要求高；
6）和桥墩冲突处不宜处理；
7）对于斜坡段容易造成后期路基不均匀沉降。
8.2造价对比
分别计算各挡墙两种方案的工程造价，见下表。
表8-1挡墙造价对比表
方案
造价（万元）
衡重式方案
6609
加筋挡墙方案
2963
9结论
综合分析本沟渠工程地质情况和与周边建筑的相关性，推荐方案一。
附1桩板式挡墙计算文件
附1.1桩板式挡墙
（一）计算文件
如上图，破裂角为60°，仅A区域的岩石可能产生下滑力。
计算表格如下。
稳定系数大于安全系数1.35，岩体自身稳定。
考虑坡顶线在红线范围内及施工安全，采用悬臂端9米的1.5×2米桩，若不做此桩将形成39.2米高的边坡。
面积（m2）
重度（kN/m3）
荷载（kN/m）
单宽滑块重（kN）
滑面长（m）
滑面倾角（度）
结构面内摩擦角（度）
结构面内聚力（kPa）
77.10
24
0
1850
32.715
60
30
80
下滑力（kN/m）
抗滑力（kN/m）
剩余下滑力（kN/m）
稳定系数
1602.50
3151.37
-1548.86
1.9665
附1.2桩板式挡墙
（二）计算文件
原始条件:
墙身尺寸:
桩总长:
10.500（m）
嵌入深度:
4.500（m）
截面形状:
方桩
桩宽:
1.500（m）
桩高:
2.000（m）
桩间距:
4.000（m）
挡土板的类型数:
2
板类型号板厚（m）板宽（m）板块数
10.3000.6008
20.3000.6008
嵌入段土层数:
1
柱底支承条件:
铰接
计算方法:
K法
土层序号土层厚（m）重度（kN/m3）K（MN/m3）
150.00024.000150.000
物理参数:
桩混凝土强度等级:
C30
桩纵筋合力点到外皮距离:
50（mm）
桩纵筋级别:
HRB400
桩箍筋级别:
HRB335
桩箍筋间距:
200（mm）
板混凝土强度等级:
C30
板纵筋合力点到外皮距离:
35（mm）
板纵筋级别:
HRB335
挡土墙类型:
一般挡土墙
墙后填土内摩擦角:
35.000（度）
墙后填土粘聚力:
0.000（kPa）
墙后填土容重:
20.000（kN/m3）
墙背与墙后填土摩擦角:
17.500（度）
土压力计算方法:
库仑
坡线土柱:
坡面线段数:
4
折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数
114.0008.0000
22.0000.0000
38.2505.5000
410.0000.0000
地面横坡角度:
0.000（度）
墙顶标高:
0.000（m）
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6.000（m）处的库仑主动土压力
第1破裂角：
41.380（度）
Ea=150.747（kN）Ex=143.770（kN）Ey=45.330（kN）作用点高度Zy=2.000（m）
（一）桩身内力计算
计算方法:
K法
背侧——为挡土侧；面侧——为非挡土侧。
背侧最大弯矩=1459.688（kN-m）距离桩顶7.071（m）
面侧最大弯矩=0.000（kN-m）距离桩顶0.000（m）
最大剪力=643.923（kN）距离桩顶10.286（m）
桩顶位移=5（mm）
点号距顶距离弯矩剪力位移土反力
（m）（kN-m）（kN）（mm）（kPa）
10.000
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