成都某停車場邊坡治理綜合技術(shù)與穩(wěn)定性分析

張毅

（同濟大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092）

引言

由于山地與平原高差太大，河流出山口之后，于山麓地帶形成大大小小的扇狀地形，成都河流沖積平原實為聯(lián)合扇狀平原。

成都東郊龍泉驛片區(qū)原主要為坡地場地，地形起伏較大，原建筑物（構(gòu)筑物）主要集中于較為平坦地區(qū)。隨著成都市城市發(fā)展，東擴進程的推進，大量山區(qū)土地得到使用，但因地形起伏大，建筑場地使用過程中不可避免的涉及到場地大挖大填工作，建（構(gòu)）筑物建造前需對場地邊坡進行穩(wěn)定性評價及相應(yīng)的治理設(shè)計。邊坡問題作為擬建物地基基礎(chǔ)設(shè)計前的主要問題擺在了工程勘察設(shè)計人員面前。

大多數(shù)堆積體與下伏基巖接觸面往往是邊坡堆積體的第一不連續(xù)面。由于地下水及其他因素的長期作用，此不連續(xù)面與堆積體間的力學(xué)強度指標(biāo)通常較低，再加上地下水所產(chǎn)生的孔隙水壓力和滲透力共同作用，對厚度不大的堆積層斜坡，斜坡失穩(wěn)的滑移面通常是此面。因此，以該面為斜坡穩(wěn)定性分析基礎(chǔ)常常很有效。但對很多實際滑坡，特別是大型堆積體斜坡的失穩(wěn)，常產(chǎn)生多級滑移或解體現(xiàn)象，有的斜坡還產(chǎn)生雙層平行滑移或多層滑移。因此，賀可強等提出堆積體斜坡失穩(wěn)的多層滑移模式[1]，并根據(jù)極限平衡條件建立第二滑移面的臨界深度計算公式和剪出口形成條件。Y.Sasaki.、A.Fujii.和K.Asai[2]對日本Tsukuba山北坡堆積體調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)有兩種斜坡失穩(wěn)模式：表層失穩(wěn)、內(nèi)部失穩(wěn)；根據(jù)長期監(jiān)測研究表明，土的蠕滑在斜坡失穩(wěn)過程中發(fā)揮了重要作用，決定了堆積層斜坡失穩(wěn)模式、失穩(wěn)規(guī)模、失穩(wěn)頻率。后來黃潤秋等通過大量的野外調(diào)查和數(shù)值模擬研究，又提出了堆積體斜坡變形破壞的層次性。

1 工程概況

成都市醫(yī)療廢物處置中心項目停車場邊坡工程位于四川省成都市龍泉驛區(qū)洛帶鎮(zhèn)獅子山村6組（長安垃圾場內(nèi)）。根據(jù)擬建停車場總體方案，場地邊坡位于成都市醫(yī)療廢物處置中心擴建工程西側(cè)，坡腳標(biāo)高約614.0m，坡頂標(biāo)高約665.0m，總體高度約51m，現(xiàn)階段邊坡處于自然穩(wěn)定狀態(tài)，該處邊坡自上而下擬修建大停車、小停車場兩個停車場，大停車場平臺設(shè)計標(biāo)高為634.0m，小停車場平臺設(shè)計標(biāo)高為627.0m，場地內(nèi)會形成高差7m（P1邊坡）、13m（P2邊坡）兩級邊坡。

2 邊坡滑動方式及危害程度

從現(xiàn)場變形跡象來看：后緣以連續(xù)拉張裂縫、錯落坎等變形跡象為主，局部出現(xiàn)坍滑現(xiàn)象，該工程邊坡后緣風(fēng)化巖體剝離，主要受優(yōu)勢節(jié)理裂隙影響，目前整體邊坡無大變形跡象。

根據(jù)成都市醫(yī)療廢物處置中心項目二期廠房及擬建停車場規(guī)劃方案，修建二期廠房后邊坡需開挖，受場地用地條件限制，邊坡需采用直立開挖，開挖后形成13m高（P2邊坡）和7m高（P1邊坡）兩個工程邊坡，P1工程邊坡位于P2工程邊坡上方，距離約22～29m。P1工程邊坡開挖巖土體主要含角礫粉質(zhì)粘土及回填土組成，邊坡可能會沿著基覆交界面的含角礫粉質(zhì)粘土中薄層灰白色夾紫紅色粉質(zhì)粘土剪出；P2工程開挖邊坡主要由風(fēng)化基巖組成，邊坡會沿著層間結(jié)構(gòu)面及層間錯動帶等軟弱結(jié)構(gòu)面剪出。

目前開挖邊坡下方主要為二期廠房，邊坡開挖將嚴(yán)重威脅二期廠房人員安全及正常運營及安全。破壞邊坡上方停車場運營及安全，進步一步發(fā)展會破整個坡體，直接經(jīng)濟損失估計不小于9000萬元。

3 治理方案

為了保證二期廠房及停車場的正常修建，在勘察的基礎(chǔ)上進行有針對性地開展邊坡治理工作十分必要且非常緊迫，并根據(jù)業(yè)主一致討論，把整個邊坡范圍作為本次治理范圍。

根據(jù)探勘情況，本場地邊坡主要為順層巖質(zhì)邊坡，邊坡開挖后形成順層滑動，受到場地條件限制，邊坡需直立開挖，同時考慮到治理工程的施工環(huán)境、經(jīng)濟合理性與環(huán)境適應(yīng)性，本工程治理方案：主要采用錨拉樁板墻+排水溝措施、場地南側(cè)邊坡較小地段采用擋土墻防護措施，此方案既能保證安全，又能有效解決坡頂使用場地穩(wěn)定性問題。

4 邊坡穩(wěn)定性分析與評價

4.1 邊坡變形形成機制分析

從前期工程邊坡破壞模式分有牽引機制和推移機制，一種為切坡（場平）形成臨空面，前緣抗滑段被清除，堆積體局部沿軟弱帶（面）滑動，推動、擠壓中前部變形滑動，形成牽式引機制的工程滑坡。另一種為在邊坡中后緣進行堆載產(chǎn)生滑動，堆積體局部沿軟弱帶（結(jié)構(gòu)面）滑動，形成推移式機制工程滑坡。

根據(jù)成都市醫(yī)療廢物處置中心項目二期廠房及擬修建停車場項目總體規(guī)劃方案，工程邊坡為切坡（場平）形成臨空面，前緣抗滑段被清除，根據(jù)場平要求，P1邊坡需大部分地段進行回填，邊坡中后緣為荷載區(qū)（停車區(qū)），堆積體局部沿軟弱帶（面）滑動，推動、擠壓中前部變形滑動，形成推移機制的工程滑坡；P2邊坡主要沿順層結(jié)構(gòu)（層間錯動帶）滑動，形成推牽引機制的工程滑坡。

4.2 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

影響邊坡穩(wěn)定性因素包括內(nèi)在因素和外在誘發(fā)因素。其中內(nèi)在因素包括邊坡區(qū)地形條件、地層巖性，外在因素包括人類工程活動、降雨入滲、地震力的作用?，F(xiàn)階段影響邊坡因素主要為地形條件、地層巖性和人類工程活動，隨著雨季來臨，降雨入滲將為對邊坡穩(wěn)定起做重要影響因素。

4.2.1 影響邊坡穩(wěn)定性內(nèi)在因素

（1）地形條件

工作區(qū)位于龍泉驛區(qū)東部，地貌上屬于構(gòu)造侵蝕臺狀低山地貌區(qū)，海拔一般530～700m，相對高差150～200m左右?？傮w山勢較緩，山谷較寬，坡度較小，中度切割，山體總體上呈近南北向展布。本工程位于整個邊坡的中上部，場地西高東低，邊坡整體坡度約為10～20°，邊坡在高程614～671m之間，邊坡下部為二期廠房及滲濾液處理區(qū)。本邊坡整體地勢西高東低，呈上陡中緩下陡，邊坡整體坡度為15～20°。邊坡中～后緣坡度較陡，坡度為35～45°，局部為2～3m高陡坎，覆蓋層較薄的，厚度約0.0～0.6m，局部地段基巖出露，植被茂盛；邊坡中～前緣坡度較緩，坡度為8～15°，分布2級緩臺階（單個平臺沿潛在滑動方向平均長約3～5m，平均寬約30～50m），覆蓋層相對較厚的，厚度約1.5～5.0m，現(xiàn)植被被清除；前緣坎高一般8～10m，坡度為 40～45°覆蓋較薄，0.3～1.0m，大部分地段基巖出露，坡腳處設(shè)置有矮條石擋墻?，F(xiàn)狀為基本無變形跡象，從地形看，若工程邊坡開挖后，形成不穩(wěn)定邊坡。

（2）地層巖性

邊坡區(qū)上部為含角礫粉質(zhì)粘土，下部為基巖層。上部土體為含角礫粉質(zhì)粘土底部局部地段分布有一層厚度為0.1～0.2m灰白色夾紫紅色粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土夾少量角礫，分布在邊坡的中前緣地段，該層遇水極易軟化，并易形成貫通性潛在滑動面，空隙較大，地下水易富集在此，因此在暴雨季節(jié)，地表水滲入形成局部孔隙水水壓急劇增高，隨著水自上向下排泄流經(jīng)，再加上土體力學(xué)參數(shù)降低，為邊坡變形破壞形成提供有利條件。下部基巖為順層砂質(zhì)泥巖邊坡，巖層層面局部呈閉合～張開0.1～0.3cm，裂隙面粗糙，充填少量的粘性土，巖層中層間錯動帶較為發(fā)育，薄層泥巖地段最為發(fā)育，為工程邊坡潛在滑動面（順層結(jié)構(gòu)面）。

4.2.2 影響邊坡穩(wěn)定性外在因素

近期影響邊坡穩(wěn)定性因素主要為地震和人類工程活動，隨著將來雨季來臨，降雨也將成為邊坡穩(wěn)定性重要因素。

（1）地震力的作用

由于邊坡區(qū)地處斜坡地帶，屬抗震不利地段，在地震力的影響下，有誘發(fā)滑坡發(fā)生的可能性。加之地震作用的影響，使得坡體裂隙逐漸加寬、加深，為地表水的入滲提供更好的條件。同時促進陡坡前部形成卸菏裂隙，不利用斜坡的穩(wěn)定。

（2）人類工程活動

由于人工開挖邊坡，P1工程邊坡前緣土體變少，場地平整及停車后，增加坡體荷載，產(chǎn)生推移滑動；P2工程邊坡前緣巖土體卸載，易沿層面產(chǎn)生順層牽引失滑動，人工活動為以后邊坡失穩(wěn)發(fā)生留下隱患。

（3）降雨入滲

雖然目前邊坡區(qū)降雨稀少，但隨著雨季來臨，降雨將是影響邊坡穩(wěn)定性主要因素，一方面降雨入滲使土體飽水，增加了滑體的重量，更重要的另一方面是降雨的入滲，使滑帶土飽水軟化，抗剪強度降低，力學(xué)性狀聚變，從而促進了滑坡的發(fā)生。

綜上分析，邊坡穩(wěn)定性影響的主控因素是人類工程活動、降雨，誘發(fā)因素為地形條件和地震。以上因素綜合作用，促進滑坡的形成、發(fā)展與發(fā)生。

5 邊坡治理后穩(wěn)定性數(shù)值模型計算分析

5.1 邊坡數(shù)值模型構(gòu)建

由于FLAC 3D在模型在建模方面存在其自身的不足，因此，整個建模過程中，前期建模數(shù)據(jù)均借助Auto CAD和Sufer等軟件來獲取，中期幾何模型的建立和網(wǎng)格的劃分均由ANSYS來完成，最后借助ANSYSFLAC 3D接口生成FLAC 3D可讀入模型。

根據(jù)野外調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)資料得到醫(yī)療廢物處置中心項目停車場邊坡的空間展布特征，由邊坡空間展布建立三維模型。具體為：模型最高點（Z軸方向）海拔為3000m，最低點海拔為2800m，順坡方向（X軸方向）長為640m，垂直于坡向（Y軸方向）寬為660m；邊坡表層為人工填土層及第四系全新統(tǒng)殘坡積層，模型巖性為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）中段砂質(zhì)泥巖。

在FLAC3D中帶入由ANSYS-FLAC3D接口生成的FLAC3D可讀入文件后，生成FLAC3D模型。整個模型由四面體和六面體單元組成，共34841節(jié)點，171737個單元，模型如圖1所示。

圖1 邊坡開挖前后ANSYS模型

5.2 邊界條件

計算模型除坡面設(shè)為自由邊界外，模型底部（z=2800）設(shè)為固定約束邊界，模型四周設(shè)為單向邊界。在初始條件中，不考慮構(gòu)造應(yīng)力，僅考慮自重應(yīng)力產(chǎn)生的初始應(yīng)力場。

計算過程中巖土體的物理力學(xué)參數(shù)主要根據(jù)室內(nèi)試驗、中國地大參數(shù)，并綜合考慮現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果、參考類似工程等等選取。計算過程中涉及到的巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 計算模型中巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值表

5.3 計算結(jié)果分析

從各剖面的X方向的位移云圖可以看出，邊坡在開挖后采用抗滑樁和錨索聯(lián)合支護效果較好，位移最大值出現(xiàn)在樁頂附近，量值在20～30mm之間，隨距樁頂距離的增加，位移量值逐漸減小。

圖2 支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力位移圖

5.4 治理效果評價

本工程于2016年7月20日進行第一次變形觀測，于2017年7月17日進行最后一次變形觀測，觀測結(jié)果顯示，支護樁水平位移量及變形速率均滿足規(guī)范要求。

本工程現(xiàn)已運行1年多的時間，運行過程中，尚未發(fā)現(xiàn)地表隆起、樁的變形，周邊地基土變形等現(xiàn)象，目前使用正常，表明本方案的合理性。

6 結(jié)論

依托成都市醫(yī)療廢物處理中心項目停車場邊坡工程項目，綜合計算結(jié)果、理論和經(jīng)驗對邊坡穩(wěn)定性進行評價，最后在合理評價的基礎(chǔ)上，設(shè)計了合理的支護方式，大大提高了場地的利用率。依托邊坡工程治理設(shè)計綜合采用了防滑樁、擋土板以及截水溝等進行聯(lián)合支護，并采用ANSYS-FLAC 3D聯(lián)合仿真對支護結(jié)構(gòu)防滑坡效果進行了模擬，結(jié)果表明本文采用的聯(lián)合支護方式效果較好；后期檢測數(shù)據(jù)尚未發(fā)現(xiàn)地表隆起、樁的變形，周邊地基土變形等現(xiàn)象，目前使用正常，表明了設(shè)計方案合理有效。