【摘要】近年来工程建筑业不断发展，然而工程

事故也在不断发生，其中高处坠落事故高居所有事故

中的前几名。造成这一事故的主要原因除了一线操作

人员安全防护意识薄弱，还与防护栏杆立柱的埋深是

否足够相关。本文介绍了在重庆地区杂填土上设置防

护栏杆，通过研究人体失重时的最大倾斜角度，再根

据杂填土地基反力系数，求得最小埋置深度。

【关键词】杂填土；插入式防护栏；埋置深度

doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2021.27.0693

一、杂填土性质

随着我国经济和交通的大力发展，为了加快城

市化进程和满足发展过程中对用地的需求，在重庆地

区，原有的丘陵、山地地形经过大量改造和平整，形

成了原始为沟壑和低洼的混杂土回填区，回填深度

甚至超过百余米 [1]。杂填土的土体成分复杂，块石含

量大是其显著特点，块石含量一般在 20% ～ 40% 之

间，粒径以 20 ～ 1000mm 为主，所以杂填土属于块

石性填土。根据经验，杂填土的重度为 19.5 ～ 21kN/

m3，综合摩擦角 28 ～ 30°，水平抵抗力比例系数

m 值 8 ～ 10MN/m4，土体与锚固体粘结强度标准值

20 ～ 30kPa。

杂填土的回填作业方式多为无序自由抛填，简

单地自高处向低洼处倾倒，在回填区的中下部块石含

量显著增高，局部可达大于百分之五十，且粒径也有

所增大。由于回填材料和抛填方式的影响，重庆地区

杂填土工程性质主要表现为结构松散、均匀性差、空

隙大、软弱而且欠固结以及抗剪强度低。重庆地区杂

填土的固结沉降明显，固结周期特别长往往是数年甚

至数十年。杂填土的固结沉降主要表现为以下三个

方面：

（1）在自重或者外部荷载条件下对填土的压实；

（2）降水和地下水径流作用造成的湿陷性沉降；

（3）填土中砂泥岩岩块含量高，岩块相互倚靠形

成大量空隙，伴随着地下水的风化作用泥岩岩块软化

崩解为土，从而造成填土结构改变而引起填土空隙

压缩。

对于杂填土基坑工程而言，填土强度参数的选取

是设计的重点，更是工程勘察的难点。对于基坑工程

设计所必需的填土抗剪强度，其中报告粘聚力 C 和内

摩擦角 ψ，由于杂填土的离散性和岩土结构的复杂

性，即使同一区域内其数值往往存在很大差异，勘察

设计单位往往难以通过试验给出确定的量值，给出指

导设计参数多为经验值。

二、防护栏杆基本规定

（一）设置原则

（1）防护栏杆整体构造应使防护栏杆任何处，能

经受任何方向的 1kN 的外力而不发生明显变形或断

裂。当栏杆所处位置有发生人群拥挤，车辆冲击或物

体冲击等可能时，应加大横杆截面，加密柱距；

（2）防护栏杆由上下两道横杆及栏杆立柱组成，

上杆离防护面高度不低于 1.2m，下杆离防护面高

度不低于 0.6m，横杆长度大于 2m 时，必须加设栏

杆柱；

（3）坡度大于 1:2.2 的屋面，防护栏杆上杆离防

护面高度不低于 1.5m，并增设一道横杆，满挂安全

立网；

（4）下方有人员通行或交叉施工场所的防护栏

杆，须满挂密目安全网封闭，或在栏杆下设严密牢固

的高度不低于 180mm 的挡脚板。

（二）防护栏杆用材

（1）施工现场作业区、作业平台、人行通道、施

工通道、运输接料平台等施工活动场所，防护栏杆应

采用 φ48-51×3.5mm 的建筑脚手架钢管制成；

（2）提倡采用可重复安装和拆卸的自制工具式定

型栏杆或栏板。自制栏杆、栏板必须由企业自检合

格，并满足防护要求且美观耐用；

（3）窄小的竖向洞口或临边部位不适合采用钢管

作为防护栏杆的，采用 HRB335 钢筋焊接制成防护

栏杆。

（4）装配式工程梁面临时防护，在梁两端焊接或

螺栓固定临时立柱，将 φ10 以上钢丝绳或 φ25 以上

麻绳紧绷于临时立柱上作为安全绳，当梁跨度大于 8

米时，中间应加设临时立柱；

（5）采用其他钢材制作栏杆，必须经过项目技术

负责人核算后采用，禁止使用竹木制作防护栏杆。

（三）防护栏杆的连接与固定

（1）防护栏杆必须采用扣件连接、丝扣连接、螺

栓连接或焊接等可靠的连接方式连接；

（2）防护栏杆必须采取埋设、扣件连接、螺栓连

接或焊接等有效固定方式牢固固定于防护面。

三、插入式防护立柱工作原理

插入式防护立柱是通过将立柱钢管插入到一些

介质中的一定深度，一般常见的介质包括有土体、砂

浆、混凝土等，依靠插入介质部分立柱的锚固作用，

将防护栏上部受到的荷载传递给插入部分的侧向介

质，从而实现有效的安全防护作用。

图 1 插入式防护栏示意图

（一）受力分析

当人体依靠或者撞击在防护栏上时，相当于对防

护栏施加了一个推力荷载。防护栏将推力荷载传递给

地表以下的防护栏周边介质时，防护栏的锚固段前后

介质受力后发生变形，并由此产生地基反力。防护栏

在荷载作用下产生位移，防护栏的水平位移及转角使

栏杆挤压侧边介质，导致栏杆侧边介质对防护栏产生

一个横向抗力，这个抗力起到抵抗外力和稳定防护栏

杆的作用，最终达到平衡。平衡后防护栏杆产生一个

转角 α，当 α 到达某一个极限值时，人体将失去平

衡，可以通过确定 α 的最大值作为判断防护栏是否

失效。

可通过人体正常站立时的最大倾斜角来考虑一定

的安全系数，从而确定最大的转角。如图，假设人正

常站立时的身高为 a，则其重心的高度在身高的一半

即为 a/2，假设双脚间距 b。当人体重心偏离到双脚

之外时，则将失去平衡。则人体能够保持平衡的最大

倾斜角度为：

图 2 人体平衡分析

为充分保证人身安全，防止高坠的事故发生，应

在人体失稳的最大倾斜角度上取安全系数 k=4[2]。因

此可以得到防护栏所允许的最大倾斜角为：

插入式防护栏与抗滑桩的工作原理相似，都是通

过埋入土体部分起到锚固作用，因此可参考抗滑桩的

来分析防护栏合理的埋置深度。依靠 m 法对防护栏

进行内力和位移计算（计算模型如图所示），依据抗

滑桩的变形分析，由于防护栏埋深比较浅，可将防护

栏看作刚性桩来分析。设地面以下为同一 m 值，桩

底自由，地面处地基反力系数为 0。

图 3 防护栏杆计算模型

根据 m 法可得 [3]：

桩的转角

转动轴心距地面的距离

确定允许防护栏最大转角 αmax 后，由上式变

换可得：

其中：

F—施加在单根防护栏上的有效外力荷载，根据

《公路工程施工安全技术规范》（JTGF90 － 2015）5.7.5

规定 [4]，高处作业场所临边应设置安全防护栏杆，

并规定：安全防护栏杆应能承受 F=1KN=0.001MN

的荷载

x0—为下部桩段转动轴心距地面的距离，单位 m

α—旋转角，单位 rad

αmax—允许的最大旋转角，单位 rad

l0—推力荷载至地面的距离，取 1.2m

l1—防护栏设置埋深，单位 m

m—地基的比例系数，单位 MN/m4

通过解上式方程即可得到防护栏合理的埋置

深度。

四、重庆杂填土插入式防护栏深度计算

根据《中国居民营养与慢性病状况报告（2015

年）》发布 [5]，全民男性平均身高为 167.1cm，女性

平均身高为 155.8cm，其中重庆市男性平均身高为

167.16cm，女性平均身高为 159.71cm，为方便计算取

身高为 1.7m，双脚间距取 0.25m。则人体能够保持平

衡的最大倾斜角度为：

即，当荷载使防护栏变形，且变形角超过 2.091°

时，可认为防护栏失效。

已知重庆市杂填土水平抵抗力比例系数 m 值

8 ～ 10MN/m4，此处取 8 MN/m4，将参数代入到

即：

可得，防护栏埋置深度

由此可得在重庆市杂填土防护栏杆的最小埋置深

度是 0.653m。

五、结论

本文通过介绍了重庆市地区杂填土性质，其

中 根 据 经 验， 得 到 杂 填 土 的 重 度 为 19.5 ～ 21kN/

m3，综合摩擦角 28 ～ 30°，水平抵抗力比例系数

m 值 8 ～ 10MN/m4，土体与锚固体粘结强度标准值

20 ～ 30kPa。同时介绍了防护栏杆的设计原则以及用

材，其中防护栏杆必须采用扣件连接、丝扣连接、螺

栓连接或焊接等可靠的连接方式连接；并且防护栏杆

必须采取埋设、扣件连接、螺栓连接或焊接等有效固

定方式牢固固定于防护面。研究人体失重时的最大倾

斜角度，从而依靠一种基于 M 法的临边防护栏立柱

的埋深计算公式，根据重庆市杂填土的地基反力系

数，求得其最小埋置深度为 0.653m。

参考文献：

[1] 彭辉，邹光炯，陈柏全，等 . 重庆地区杂填土

深基坑支护技术应用研究 [J]. 国防交通工程与技术，

2016（6）.

[2] 伍贤涵，陈磊，黄筱路 . 黏土条件下临边防

护栏设置深度研究 [J]. 公路交通科技（应用技术版），

2020（8）.

[3] 黄筱路，杨弘卿，陈磊 . 固定荷载作用下临

边防护栏立柱埋深模型 [J]. 公路交通科技（应用技术

版），2020（8）.

[4]《公路工程施工安全技术规范》（JTGF90 －

2015）

[5] 林晓斐 .《中国居民营养与慢性病状况报告

（2015 年）》发布 [J]. 中医药管理杂志，2015（13）：

89-89.

作者简介：朱毅（1985—），男，汉族，四川邻

水人，工学学士，重庆交大交通安全科技研究院有限

公司，公路工程施工技术及安