边坡工程设计计算书

目录

1.设计原则------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 -

2.设计依据------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 -

3.设计参数------------------------------------------------------------------------------------------------------- - 1 -

4.边坡稳定性分析---------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 - 4.1计算模型 ------------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 - 4.2计算工况 ------------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 - 4.3破坏模式分析 ------------------------------------------------------------------------------------------- - 2 -

4.4边坡稳定性计算 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 2 -

5.侧向岩石压力计算 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 3 -

6.设计采用的防护方案 --------------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

7.边坡锚杆挡墙设计 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 4 - 7.1边坡Ⅰ段锚杆挡墙设计------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

7.1.1 边坡锚杆设计 ----------------------------------------------------------------------------------- - 4 -

7.1.2边坡挡墙肋柱设计------------------------------------------------------------------------------ - 6 -

7.2.3边坡挡墙面板设计------------------------------------------------------------------------------ - 9 - 7.2边坡Ⅱ段锚杆挡墙设计----------------------------------------------------------------------------- - 10 -

7.2.1 边坡锚杆设计 --------------------------------------------------------------------------------- - 10 -

7.2.2边坡挡墙肋柱设计---------------------------------------------------------------------------- - 11 -

7.2.3边坡挡墙面板设计---------------------------------------------------------------------------- - 15 -

8.边坡排水沟设计-------------------------------------------------------------------------------------------- - 16 -

9.边坡裂缝注浆----------------------------------------------------------------------------------------------- - 16 -

10.边坡支挡结构泄水孔和变形缝 ----------------------------------------------------------------------- - 16 -

边坡工程设计计算书

1.设计原则

遵循“技术可行、安全可靠、经济合理”的原则编制本次施工图设计，确保边坡支护工程措施经济合理，保证支护工程在使用年限内稳定可靠。本边坡治理工程设计采用动态设计方法，根据施工反馈的信息进行适当合理修改和完善。2.设计依据

本施工图设计报告编制的主要依据如下：

（1）《三峡库区高切坡防护工程重庆市巫山标二段大昌镇地税所至派出所高切坡工程地质勘察报告》（重庆市地质矿产勘查开发局107地质队 2005.6）；

（2）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）；

（3）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

（4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；

（5）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

（6）《砌体结构设计规范》（GB 50003-2001）；

（7) 《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001（2006年版））；

（8）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）；

（9）《地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029-2004)；

3.设计参数

参数选择依据工程地质勘查报告、相关规范、工程类比和地区经验综合确定。

（1）岩土物理力学参数详见表1

力学参数岩性岩体重度γ

（kN/m3）

抗剪强度等效内摩擦角ψ

e（°）

备注

c（kPa）φ（°）

人工填土20 15 10

强风化灰岩25 25 20 35

中等风化灰岩26 30 25 40

（2）安全等级一级，安全系数1.35，设计使用期限50年

（3）灰岩岩体破裂角51°。岩体内聚力为0.25MPa，内摩擦角为32°，岩体结构面内聚力取35kpa，内摩擦角取15°

（4）边坡岩体类别为Ⅱ类，岩体等效内摩擦角40° （5）灰岩岩天然抗压强度标准值为4.3MPa

4.边坡稳定性分析

4.1计算模型

计算模型中边坡剖面的地形线从场地地形图上量取，滑移线按破裂角取外倾结构面倾角和2

450φ

+两者中的较小值，岩土层依据工程地质勘查提供资料确

定，地下水分布按最不利考虑。

4.2计算工况

自重+长时间暴雨+附加荷载（饱和状态），计算参数详见表2

参数名称

取值 备注 岩体的重度γ（kN/m 3

） 26 经验值 结构面的粘聚力C （kPa ） 24 经验值 结构面的内摩擦角φ（°） 17 经验值 岩体破裂角（°）

50～53.5

实测结合经验

4.3破坏模式分析

根据勘察报告，岩质边坡拟采用支护段存在硬性外倾结构面，坡顶岩、土体在卸荷裂隙作用下容易沿裂隙面或破裂面产生平面滑移破坏，故边坡破坏模式为可能沿外倾结构面产生滑动破坏，因此按平面滑动法的计算公式进行稳定性。

4.4边坡稳定性计算

α

?αsin tan )cos (''W F c U W K +-=

公式中：

K -----稳定性系数

W -----垂直荷载，包括岩土自重和其上部的建筑荷载

U -----作用于滑面上的孔隙水压力

表3 大昌镇地税所至派出所高切坡（WS0212）稳定性验算表

剖面编号 滑面倾角a （°） 块体体积V

（m 3

）

容重γ

(kN/m 3

)

垂直荷载W

粘聚力C (kPa) 内摩擦角φ（°） 稳定系数K

条块自重（kN ）

建筑荷载（kN ）

1-1′ 50 3868.04 26 100569 8850 24 17 1.36 2-2′ 53.5 3926.37 26 102085.6 7350 24 17 1.29 3-3′

52

4668.03

26

121368.8

7650

24

17

1.34

根据《勘查报告》计算结果(详见表3)，该高切坡1-1′剖面稳定系数1.36，整体稳定； 2-2′剖面稳定系数1.29，基本稳定；3-3′剖面稳定系数1.34，欠稳定，说明该高切坡稳定性较差，按照《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）5.3.1的相关规定，该高切坡稳定系数小于1.35，应对高切坡采取有效防护措施进行治理。

5.侧向岩石压力计算

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）中6.3.4条规定，有外倾硬性结构面时，边坡支护结构上的侧向岩压力以岩体等效内摩擦角按侧向土压力方法和以外倾结构面的参数按6.3.2条的方法计算，取二者之间的较大值。 1）以岩体等效内摩擦角按侧向土压力计算方法计算的岩石侧压力

[]??

?

?

?

?

??

?

?????????????

????++?-????+-?+?---+?*?+-?++-?+--+?+=))()(())()((2)(2)()()()()()(22?ηδ?δ?ηβ?βδ?β?ηβ?δ?δβδ?ββCos Sina Sin a Sin Kq Cos Sina Sin a Sin Kq a Cos Cos Sina Sin Sin a Sin a Sin Kq a Sin a Sin a Sin Ka 式中：a -----墙背与水平面的夹角（?）；

β-----填土表面与水平面之间的夹角（?）； δ-----墙背与填土之间的摩擦角（?）； φ-----岩(土)内摩擦角（?）； c -----岩(土)粘聚力(Kpa)； γ-----岩(土)体重度(KN/m 3)； h -----挡土墙高度(m ； q -----坡顶超载(KN/m 2；

h

C

γη2=

—系数

)

(21ββγ+??+

=a Sin Cos Sina h q Kq —超载影响系数 2）按外倾硬性结构面计算侧向岩压力

[]

?η?θθβθ?θδβSin Sina Sin a Sin K Sin a Sin a Sin a Sin Ka q ??--?+??-?-+-?+=

)()()

()()

(2

根据边坡勘察的地质信息，分别对1、2、3剖面进行侧向岩石压力计算（详

细计算过程见附录Ⅰ）

6.设计采用的防护方案

采用锚杆+肋柱挡土墙+排水沟+裂缝注浆封填,为经济合理的对边坡加固防护，按边坡高度5～15m 和15～22m(分别定义为边坡Ⅰ段、Ⅱ段)分别进行防护设计

边坡Ⅰ段侧向岩压力 12max(,)ak ak ak E E E ==327.7 (kN) 边坡Ⅱ段侧向岩压力

12max(,)ak ak ak E E E ==681.7 (kN)

边坡侧向岩压力受岩体按外倾结构面计算的侧向岩压力控制。

7.边坡锚杆挡墙设计

7.1边坡Ⅰ段锚杆挡墙设计

7.1.1 边坡锚杆设计 1）锚杆布置和选型

按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）对锚杆进行初步拟定 锚杆的水平间距： x S =3.0 m

锚杆的垂直间距： y S =2.5 m

锚杆倾角： α=15°

锚杆类别：

永久性全粘结型锚杆 普通钢筋种类： 335HRB 水泥砂浆注浆： M30

锚固体直径： D=110mm

2）锚杆设计参数

普通钢筋抗拉强度设计值： Mpa f y 300= 地层与锚固体粘结强度特征值： kpa f rb 380=

钢筋和锚固砂浆粘间结强度设计值： kpa f b 2400= 锚固体与地层粘结工作条件系数： 11=ξ 锚筋工作条件系数： 69.02=ξ 钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数： 6.03=ξ 3）锚杆轴向拉力标准值

锚杆轴向拉力设计值按连续梁进行计算，计算过程详见有限元软件结构内力图，肋柱各节点（锚固位置点）支座反力最大值进行锚固设计，取

=tk H 181.85KN

锚杆的轴向拉力标准值：

85.181==ak ak H N

锚杆的轴向拉力设计值：

a Q ak N N γ==KN 41.23685.1813.1=?

4）锚杆结构计算 ①锚杆钢筋截面面积：

o γ=1.1，2ξ=0.69

2o a

s y

N A f γξ≥

=1256.292m m 选用为2Φ28 A S =12322m m ②锚杆锚固体与岩石的锚固长度：

11=ξ kpa f rb 380= 锚固体直径D=110mm

锚固长度：

m Df N l rb

a

a 80.111=≥

πξ

③锚杆与锚固体砂浆间的锚固长度：

6.03=ξ ；mm d 28= ；kpa f b 2400= ； 2=n ； 两根钢筋折减系

数:0.7；边坡重要性系数1.10=γ 锚固长度： m df n N l b

a

a 03.1302=≥

πξγ

④锚杆的锚固长度:

理论设计锚固长度 m l l l a a a 80.1),m ax (21==

设计锚固段长度

a

l m l >=3

符合锚固长度构造要求 7.1.2边坡挡墙肋柱设计 1）肋柱布置和选型

按《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）对肋柱进行初步拟定 肋柱沿着坡面竖向布置

肋柱的截面尺寸： mm mm b h 300400?=? 肋柱的间距： m S 3= 2）肋柱的内力计算

肋柱视为上端悬臂、底端简支的连续梁，如图7所示，利用有限元软件

2000Sap ，求得肋柱各点的弯矩和剪力，绘制弯矩图和剪力图，计算结果见

表。

侧向岩石压力修正值：

m KN E E ak ak /7.3270.17.3272'

=?==β 侧向岩土压力水平分力标准值：

2'/27.2415

9.07.3279.0m KN H E e ak hk

=?== 垂直肋柱的侧向岩石压力标准值：

2

/45.2375sin m KN e e hk k ==

垂直肋柱的梯形分布岩石侧压力荷载标准值： m KN e S q hk /34.7045.233=?=?=

利用有限元软件Sap2000计算得到肋柱的截面内力和支座反力（数据详见附录中），将剪力和弯矩绘制成图形，如图4

肋柱结构弯矩图

-50

-40-30-20-100102030

024681012141618

肋柱长度

弯矩值

3）肋柱的配筋计算

①材料：

C30混凝土：轴心抗压强度设计值2/3.14mm N f c = HRB335钢筋：抗拉强度设计值2/300mm N f y = HPB300钢筋：抗拉强度设计值2/270mm N f y = ②肋柱的截面尺寸：mm mm b h 300400?=?

肋柱需要配纵向受力钢筋以抵消弯矩，配置箍筋以抵抗剪力。肋柱结构设 计按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），肋柱按最大正弯矩值

m KN M /93.20max = ，最大负弯矩值m KN M /03.39max -=，KN V 73.92max =

4）正截面受弯计算

永久作用分项系数： 3.1=G γ 结构重要性系数： 0.10=γ 则：

m KN M M G ?=??==74.5003.390.13.1max 0γγ

肋柱结构剪力图

-150

-100-5005010015002

4

6

8

10

12

14

16

18

肋柱长度

剪力值