公路路塹邊坡滑坡穩(wěn)定分析及治理工程設(shè)計(jì)

陳耀華 李瑩 朱亞萍

摘 要：滑坡是山區(qū)高速公路的主要病害之一，文章以西南地區(qū)某高速公路滑坡為例，從滑坡形成的不良地質(zhì)環(huán)境、施工活動(dòng)及降雨等方面，對(duì)滑坡的成因及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，介紹了采用錨索樁板墻與抗滑擋墻相結(jié)合的綜合治理措施及滑坡監(jiān)測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：滑坡穩(wěn)定；治理；錨索樁板墻；抗滑樁

滑坡是山區(qū)高速公路的主要病害之一，本文以西南地區(qū)某在建高速公路一挖方邊坡發(fā)生滑坡為例，通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查和工程地質(zhì)勘察，從地質(zhì)概況、現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)及降雨等方面對(duì)滑坡的成因進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，在此基礎(chǔ)上提出錨索樁板墻與抗滑擋墻相結(jié)合的綜合治理措施。

1 概述

西南某在建高速公路煤炭埡隧道出口段（K126+845～K127+070）路基原為挖方路基，受多次連續(xù)強(qiáng)降雨的影響，左側(cè)邊坡坡體出現(xiàn)裂縫及下沉現(xiàn)象（滑坡），形成不穩(wěn)定斜坡體。該段路基從一堆積體中下部通過，原設(shè)計(jì)中樁最大挖方高度12米左右，邊坡最大高度19米。左側(cè)挖方采用2級(jí)邊坡，第一級(jí)邊坡分級(jí)高度10米，坡率1：0.75，第二級(jí)邊坡坡率1：1，防護(hù)形式均為噴播植草。

滑坡發(fā)生時(shí)，部分左幅路基段K126+850～K126+900已開挖7米深左右，離路床頂還有5米左右尚未開挖；部分路基段K126+900～K127+070段路基目前基本已開挖到路面頂部高程?，F(xiàn)挖方邊坡后緣已形成多道的拉裂縫，裂縫寬度5～30cm不等，同時(shí)不穩(wěn)定斜坡體上部分房屋已開裂，斜坡體上方有處縣級(jí)文物，暫未受影響。

通過工程地質(zhì)踏勘分析認(rèn)為本段坡體所發(fā)生的局部開裂現(xiàn)象系因連續(xù)強(qiáng)降雨天氣加上前緣開挖坡腳產(chǎn)生臨空面，導(dǎo)致該段局部地層工程性能變差所引發(fā)，屬牽引式滑坡。在滑坡體主滑段位于挖方路基左側(cè)，由于目前ZK126+850～ZK126+900段路基標(biāo)高還未到達(dá)設(shè)計(jì)高度，隨著開挖深度的增加，若受暴雨影響，滑坡體還將繼續(xù)擴(kuò)大、破壞，很可能發(fā)生更大的滑移，原設(shè)計(jì)的放緩坡率+植草防護(hù)已難以支擋，為了確保滑坡體下方高速公路的安全，急需進(jìn)行加固整治。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)位于測(cè)設(shè)里程K126+840- K127+070左側(cè)。該段地形東高西低，該段地貌單元屬緩坡，原地形坡度較緩，約15°左右，現(xiàn)因施工開挖，坡腳地段出現(xiàn)高陡臨空面（詳見圖1、2）。

2.2 地層巖性

據(jù)1：2000工程地質(zhì)調(diào)繪、坑探、鉆探和室內(nèi)巖土測(cè)試，該段山坡內(nèi)地層巖性主要由Q4c+dl崩坡積形成的粉質(zhì)粘土、混碎石粉質(zhì)粘土、粘土及Q4al沖積形成的粘土構(gòu)成，下伏基巖為J2S泥巖，局部地段為Q4me人工填土構(gòu)成。按成因時(shí)代自新到老分別敘述如下：

2.2.1 Q4me人工填土

①Q(mào)4me人工填土：雜色，主要為修筑在建公路路基的填筑物。

2.2.2 Q4c+dl崩積、坡積物

②Q4c+dl粉質(zhì)粘土：黃褐色，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)較密，混10%左右碎石和角礫，局部可見砂巖塊石，濕，硬塑-可塑。該層廣泛分布在坡體近地表地段。揭露厚度介于2.20-10.50米。

③Q4c+dl混碎石粉質(zhì)粘土：灰黃色，土質(zhì)不均，混30%-40%左右碎石，局部碎石富集成層，濕，可塑。該層分布在ZK5、TK1、TK2、TK3、TK4、TK5孔附近地段，揭露厚度介于2.80-5.30米。

④Q4c+dl粘土：紅褐色，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)致密，混10%左右碎石，濕，可塑。該層分布在ZK2孔附近地段，揭露厚度3.60米。

2.2.3 Q4al沖積物

⑤Q4al粘土：灰褐色，土質(zhì)較均，結(jié)構(gòu)致密，含粉砂顆粒，局部夾青色砂巖顆粒，粘性大，濕，可塑。該層分布在ZK2、ZK4、TK6孔附近地段，揭露厚度介于3.60-4.8米。

2.2.4 J2S基巖

⑥J2S強(qiáng)風(fēng)化泥巖：紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，多呈碎塊狀及餅狀。該層各鉆孔均有揭露，揭露厚度介于0.50-4.6米。

⑦J2S中風(fēng)化泥巖：紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈柱狀，局部呈塊狀及餅狀。該層各鉆孔均有揭露，最大揭露厚度7.0米，未揭穿。

2.3 氣象與水文

場(chǎng)地屬亞熱帶季風(fēng)氣候。主要特征是：四季分明，冬暖、春早、夏熱、秋雨、多云霧，雨熱同季，光照同步；無霜期長(zhǎng)，光照適宜，雨量充沛，氣候溫和，適宜于農(nóng)、林、牧、漁業(yè)的發(fā)展。年均溫15.8℃～-17.8℃，一月均溫5℃～-6.9℃，七月均溫26℃～28℃，霜雪少見，年均降水量在980～1150mm。

場(chǎng)地地表水主要以沖溝內(nèi)溪流及大氣降水形成的暫時(shí)性面流和股流為主（詳見圖3、4）。沖溝內(nèi)溪流具有季節(jié)性，平時(shí)水量較小，暴雨后水量較大。大氣降水形成的暫時(shí)性面流和股流原主要匯聚于沖溝內(nèi)，現(xiàn)因施工開挖改變?cè)孛苍斐纱髿饨邓植繀R聚于坡腳地段。

2.4 地下水

該坡體內(nèi)地下水主要為第四系松散堆積物孔隙水，賦存在場(chǎng)地②Q4c+dl粉質(zhì)粘土、③Q4c+dl混碎石粉質(zhì)粘土地層中，水位埋深1.2-9.1m，主要接受大氣降水和沖溝內(nèi)溪流的下滲補(bǔ)給，通過蒸發(fā)及向下部基巖滲透的方式排泄。

2.5 地震烈度

場(chǎng)區(qū)地震少而弱，震級(jí)一般3～5級(jí)，烈度一般多在6度以下。據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）滑坡體區(qū)設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.25s，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，屬第一組。

3 滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1 滑坡體形態(tài)及規(guī)模

在建高速公路從滑坡體下部通過，線路里程K126+845～K127+100，路段長(zhǎng)260m。據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、坑探及鉆探成果，該滑坡可分為兩個(gè)區(qū)域——滑坡1區(qū)、滑坡2區(qū)。滑坡類型為牽引式淺表覆蓋層滑坡，滑動(dòng)方向?yàn)?49°，滑動(dòng)地層為：②粉質(zhì)粘土、③混碎石粉質(zhì)粘土，滑床地層為⑥強(qiáng)風(fēng)化泥巖?；?區(qū)滑體長(zhǎng)約85m，前緣寬約100m，厚5.4-11.8m，面積約8750m2，滑體規(guī)模約78700方，屬中型滑坡；滑坡2區(qū)滑體長(zhǎng)約44m，前緣寬約56m， 厚8.9m，面積約2450m2，滑體規(guī)模約21800方，屬中型滑坡。滑坡1區(qū)和滑坡2區(qū)滑動(dòng)地層主要為第四系為崩坡積粉質(zhì)粘土、混碎石粉質(zhì)粘土及沖積粘土層，滑床基本以強(qiáng)風(fēng)化泥巖層為主。

3.2 滑坡體成因機(jī)制分析

據(jù)鉆探成果揭示，該滑坡所處地段地層主要由崩坡積形成的：②粉質(zhì)粘土、③混碎石粉質(zhì)粘土、④粘土及沖積形成的⑤粘土、⑥強(qiáng)風(fēng)化泥巖和⑦中風(fēng)化泥巖所構(gòu)成。其中近地表處分布的②粉質(zhì)粘土、③混碎石粉質(zhì)粘土地層因孔隙發(fā)育或結(jié)構(gòu)疏松易于地表水體下滲，其下發(fā)育的泥巖層，為上部地層下滲水的良好隔水層。

據(jù)該滑坡發(fā)展趨勢(shì)來看，在建公路邊坡開挖產(chǎn)生臨空面后，因位于邊坡坡腳地段的地層遇水軟化后工程性能變差，引發(fā)坡口上方局部發(fā)生開裂和坍塌，隨連續(xù)降雨滑坡體逐級(jí)向坡體上方發(fā)展，最終產(chǎn)生牽引式滑坡。

綜上所述，該滑坡形成的主要因素為：在建公路邊坡開挖產(chǎn)生臨空面。邊坡坡腳地段的地層匯水軟化，使坡口上方局部發(fā)生開裂和坍塌。連續(xù)降雨和上部地層下滲水體的疊加不僅使位于邊坡坡腳地段地層加速軟化，而且使坡口上方局部發(fā)生開裂和坍塌地段的土體荷重增大，加速向臨空面處滑坡?；麦w逐級(jí)產(chǎn)生臨空面逐步向坡體上方發(fā)展，產(chǎn)生牽引式滑坡。

4 滑坡治理工程設(shè)計(jì)

通過對(duì)本滑坡穩(wěn)定性的詳細(xì)調(diào)查，根據(jù)滑坡體地質(zhì)條件，在對(duì)其形成機(jī)制分析的基礎(chǔ)上，在滿足滑坡的穩(wěn)定性和工程安全性的前提下，綜合考慮地質(zhì)、安全、造價(jià)等因素，提出設(shè)計(jì)方案如下：推力較大路段的采用下部錨索樁+樁前清方（距路基邊溝上方約8m左右的位置設(shè)抗滑樁），推力較小路段采用抗滑擋土墻。

采用抗滑樁作為永久性工程安全性較高，且本段不穩(wěn)定斜坡體存在多級(jí)潛在滑面，在前緣設(shè)置樁板墻，可防止不穩(wěn)定斜坡體越過樁頂滑動(dòng)。

4.1 設(shè)計(jì)工況及參數(shù)

4.1.1 現(xiàn)滑面設(shè)計(jì)參數(shù)

本次穩(wěn)定性計(jì)算中，滑動(dòng)面的設(shè)計(jì)參數(shù)主要依據(jù)地勘資料，同時(shí)，對(duì)現(xiàn)滑面進(jìn)行反演，即對(duì)原開挖后的坡體線進(jìn)行了恢復(fù)，根據(jù)實(shí)際情況，在路塹邊坡開挖后坡體產(chǎn)生了滑動(dòng)，也就是說開挖后的坡體穩(wěn)定性系數(shù)是小于1.0的，據(jù)此，按極限平衡法對(duì)坡體的穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行了反算后（反演K取0.99），最終綜合選取滑動(dòng)面的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）滑坡1區(qū)（1-1斷面）：

a.滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)：飽和粘聚力C=12.5KPa，飽和內(nèi)摩擦角？椎=11.5°。滑體的飽和容重取21.5kN/m3。

b.滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)C=14KPa，滑動(dòng)面的天然內(nèi)摩擦角？椎=12.5°?；w的天然容重取21kN/m3。

（2）滑坡1區(qū)（2-2斷面）：

a.滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)：飽和粘聚力C=12.5KPa，飽和內(nèi)摩擦角？椎=10.5°?；w的飽和容重取21.5kN/m3。

b.滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)C=14KPa，滑動(dòng)面的天然內(nèi)摩擦角？椎=12.5°。滑體的天然容重取21kN/m3。

（3）滑坡2區(qū)：

a.滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)：飽和粘聚力C=12.5KPa，飽和內(nèi)摩擦角？椎=11°。滑體的飽和容重取21.5kN/m3。

b.滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)C=14KPa，滑動(dòng)面的天然內(nèi)摩擦角？椎=12°。滑體的天然容重取21kN/m3。

4.1.2 設(shè)計(jì)工況、設(shè)計(jì)推力計(jì)算

設(shè)計(jì)工況1：暴雨。按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.15；設(shè)計(jì)工況2：天然。按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)安全系數(shù)：K=1.2。

采用《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2004）和《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）中推薦的傳遞系數(shù)法計(jì)算滑體推力，計(jì)算剖面采用主滑剖面，計(jì)算結(jié)果見下表1所示。綜合兩種設(shè)計(jì)工況，均取其不利推力作為本次設(shè)計(jì)推力。

表1 滑體設(shè)計(jì)推力計(jì)算結(jié)果

4.2 設(shè)計(jì)方案

由于路基開挖后不同路段所產(chǎn)生的滑面及推力均不同，為保證路基的穩(wěn)定性，本次設(shè)計(jì)分4個(gè)區(qū)間樁號(hào)分別對(duì)塌方邊坡進(jìn)行針對(duì)性的加固整治。

4.2.1 K126+836～K126+921段路基左側(cè)（代表性斷面圖1-1）：采用錨索樁處治方案

設(shè)計(jì)基本參數(shù)：矩形截面抗滑樁編號(hào)為B型樁板墻，布置于路塹邊溝外邊緣8m處。樁長(zhǎng)h=28m；受荷段h1=16m；錨固段總長(zhǎng)h2=12m。樁截面：2.2×3.2m，樁心間距5m。地基系數(shù)K=0.15×106Kpa/m。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C30。

樁身內(nèi)力計(jì)算：采用抗滑樁計(jì)算程序進(jìn)行樁身內(nèi)力計(jì)算，結(jié)果如下：最大剪力=7825kN，最大彎矩=60840kN·m，最大側(cè)應(yīng)力σmax=1127。

第1道錨索水平拉力=470kN，距離樁頂0.5m；第2道錨索水平拉力=450kN，距離樁頂2.5m；第3道錨索水平拉力=430kN，距離樁頂4.5m。

錨固段深度判斷：取巖石裂隙、風(fēng)化及軟化程度的折減系數(shù)C=0.3，巖層產(chǎn)狀折減系數(shù)K1=0.5，據(jù)工程地質(zhì)詳勘報(bào)告：泥巖強(qiáng)風(fēng)化飽和極限抗壓強(qiáng)度取R=σc=8.8MPa，則K1×C×R=1320kPa>σmax=1127，錨固段滿足深度要求。

坡面防護(hù)：抗滑樁樁頂邊坡坡率采用1：2.5，坡面采用菱形網(wǎng)格護(hù)坡植草防護(hù)，K126+836～K126+856段采用A型抗滑樁。

圖5 代表性斷面圖1-1設(shè)計(jì)圖

4.2.2 K126+925～K126+978段路基左側(cè)（代表性斷面圖2-2'）：采用錨索樁處治方案

設(shè)計(jì)基本參數(shù)：矩形截面抗滑樁編號(hào)為C型樁板墻，布置于路塹邊溝外邊緣8m處。樁長(zhǎng)h=24m；受荷段h1=13m；錨固段總長(zhǎng)h2=11m。樁截面：1.7×2.3m，樁心間距5m。地基系數(shù)K=0.15×106Kpa/m。樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)：C30。

樁身內(nèi)力計(jì)算：采用抗滑樁計(jì)算程序進(jìn)行樁身內(nèi)力計(jì)算，結(jié)果如下：最大剪力=4350kN，最大彎矩=31171kN·m，最大側(cè)應(yīng)力σmax=722。

第1道錨索水平拉力=450kN，距離樁頂0.5m；第2道錨索水平拉力=430kN，距離樁頂2.5m。

錨固段深度判斷：取巖石裂隙、風(fēng)化及軟化程度的折減系數(shù)C=0.3，巖層產(chǎn)狀折減系數(shù)K1=0.5，據(jù)工程地質(zhì)詳勘報(bào)告：泥巖強(qiáng)風(fēng)化飽和極限抗壓強(qiáng)度R=σc=8.8MPa， 則K1×C×R=1320kPa>σmax=722，錨固段滿足深度要求。

圖6 代表性斷面圖2-2設(shè)計(jì)圖

4.2.3 K126+978～K127+038段路基左側(cè)（代表性斷面圖（3-3'）：采用抗滑擋墻處治方案

設(shè)計(jì)基本參數(shù)：抗滑擋墻采用現(xiàn)澆C15片石砼。圬工砌體容重：24KN/m3，擋土墻穩(wěn)定系數(shù)：抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)KC≥1.3，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko≥1.5；基底摩擦系數(shù)=0.40，地基土摩擦系數(shù)=0.5。

經(jīng)驗(yàn)算：地基土層水平向：滑移驗(yàn)算滿足：Kc =1.354> 1.3，傾覆驗(yàn)算滿足：K0=3.363>1.5，地基承載力驗(yàn)算滿足：最大壓應(yīng)力=280<= 400kPa，均滿足要求。

坡面防護(hù)：防護(hù)措施施工完畢后，墻頂?shù)倪吰伦髠?cè)邊坡采用錨桿框架。

圖7 代表性斷面圖3-3設(shè)計(jì)圖

4.2.4 K127+038～K127+100段路基左側(cè)（代表性斷面圖（4-4'）：采用抗滑擋墻處治方案

設(shè)計(jì)基本參數(shù)：抗滑擋墻采用現(xiàn)澆C15片石砼。圬工砌體容重：24KN/m3，擋土墻穩(wěn)定系數(shù)：抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)KC≥1.3，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko≥1.5；基底摩擦系數(shù)=0.40，地基土摩擦系數(shù)=0.5。

經(jīng)驗(yàn)算：地基土層水平向：滑移驗(yàn)算滿足：Kc=2.14>1.3，傾覆驗(yàn)算滿足：K0=4.754>1.5，地基承載力驗(yàn)算滿足：最大壓應(yīng)力=200<= 400kPa，均滿足要求。

坡面防護(hù)：防護(hù)措施施工完畢后，墻頂?shù)倪吰伦髠?cè)邊坡采用菱形骨架防護(hù)。

圖8 代表性斷面圖4-4設(shè)計(jì)圖

5 滑坡監(jiān)測(cè)工程設(shè)計(jì)

為了取得滑坡滑面確切位置、滑坡滑動(dòng)參數(shù)、保證滑坡治理工程施工中的安全及為治理工程施工提供滑坡穩(wěn)定狀態(tài)或變形特征的信息，指導(dǎo)安全施工，同時(shí)掌握治理工程實(shí)施后的效果，需進(jìn)行滑坡的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。主要監(jiān)測(cè)任務(wù)包括：地面裂縫觀測(cè)、滑體變形觀測(cè)、實(shí)施工程的變形觀測(cè)。

設(shè)置深孔位移監(jiān)測(cè)，從而為準(zhǔn)確判斷滑面、地下水、滑坡位移及治理后的工程效果提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

為進(jìn)一步測(cè)控坡體變形情況，需在至少5個(gè)斷面上設(shè)置觀測(cè)樁，在施工過程中監(jiān)測(cè)剪出口、滑體中部、后部；鋼管樁系梁施工完畢后分別在其頂設(shè)置觀測(cè)樁，定期觀察不得少于2個(gè)雨季；每個(gè)斷面上布設(shè)的觀測(cè)樁應(yīng)該兼顧觀測(cè)前緣、中部和滑體后部（最遠(yuǎn)裂縫位置外側(cè)），記錄坡體變化情況，及時(shí)溝通變化情況，以便根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況加強(qiáng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

5.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

滑坡裂縫：對(duì)滑坡裂縫上布置4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行施工期間的裂縫監(jiān)測(cè)。

施工中以及施工后滑坡位移監(jiān)測(cè)：在主滑斷面上布設(shè)5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行地表位移監(jiān)測(cè)。

施工后在每排樁各選取6根樁，在樁頂設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.2 觀測(cè)頻率與周期

施工前及期間：對(duì)裂縫安排專人每天定時(shí)觀測(cè)、記錄。遇有降雨時(shí)，每天早晚各觀測(cè)一次；對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每星期觀測(cè)一次，遇有降雨時(shí)，在每次雨后應(yīng)及時(shí)觀測(cè)。

工后觀測(cè)：滑體位移變形半年內(nèi)每15天觀測(cè)一次；半年后，每月觀測(cè)一次。在有連續(xù)降雨或暴雨時(shí)，雨后24小時(shí)內(nèi)加密觀測(cè)一次。

觀測(cè)完成后，觀測(cè)人員應(yīng)當(dāng)天及時(shí)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，及時(shí)向設(shè)計(jì)人員提供，以便使設(shè)計(jì)人員對(duì)滑坡的穩(wěn)定狀況、結(jié)構(gòu)受力狀況有全面了解，達(dá)到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的目的。

6 結(jié)束語(yǔ)

滑坡的形成原因是多因素造成的，雨水是誘發(fā)滑坡的主要外因，人類工程活動(dòng)是誘發(fā)滑坡的重要原因?；抡问紫纫治龌碌男再|(zhì)和形成原因，結(jié)合具體地質(zhì)情況，以排水、清方減載和抗滑支擋相結(jié)合進(jìn)行綜合治理。滑坡監(jiān)測(cè)為可靠度提供重要的依據(jù)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)分析，為今后滑坡性質(zhì)的分析和工程治理提供經(jīng)驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介：陳耀華（1981-），男，福建莆田人，2005年取得長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通土建工程專業(yè)本科專業(yè)，工程師，中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，從事路基路面設(shè)計(jì)。