順向巖質(zhì)邊坡加固治理設(shè)計(jì)實(shí)踐

張黔飛

1.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081

2.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院巖土工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081

工程邊坡按照巖土組成可分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡、巖土混合邊坡[1]，其中，巖質(zhì)邊坡相對(duì)土質(zhì)邊坡較為穩(wěn)定，邊坡失穩(wěn)多發(fā)生于土質(zhì)邊坡，但巖質(zhì)邊坡中有一種邊坡較為特殊，那就是順向巖質(zhì)邊坡，該類(lèi)邊坡一旦失穩(wěn)，其破壞力將遠(yuǎn)大于同等規(guī)模的土質(zhì)邊坡。

大多數(shù)順向邊坡均是工程開(kāi)挖形成臨空坡面，其坡頂為仍為自然邊坡，采用錨索或錨桿進(jìn)行錨固一般都有一定的射入角，以錨索或錨桿的抗拔力來(lái)抵消潛在滑體的剩余下滑力，因此較少采用豎向錨固的形式。該案例邊坡坡腳與坡頂均由于場(chǎng)平開(kāi)挖形成臨空面，從而形成一級(jí)臺(tái)階形式的工程邊坡，由于巖層傾角較緩，錨桿斜向上打入不能很好地鎖住潛在最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，同時(shí)為方便施工，錨桿采用豎直打入，運(yùn)用錨桿抗剪力來(lái)抵消邊坡滑體的剩余下滑力，相當(dāng)于錨筋樁，施工以輕型機(jī)械為主，施工方便快捷，并且對(duì)場(chǎng)地條件要求低，施工周期短[2]。

1 工程概況

1.1 邊坡工程概況

該案例邊坡位于觀山湖區(qū)，為某倉(cāng)庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)一號(hào)倉(cāng)庫(kù)）建設(shè)用地場(chǎng)平開(kāi)挖形成的工程邊坡，因其北側(cè)的一號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地±0.00m標(biāo)高與南側(cè)的二號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地±0.00m標(biāo)高不同，兩地塊場(chǎng)地開(kāi)挖便形成一個(gè)臺(tái)階，即該案例邊坡。邊坡長(zhǎng)290m，坡高10～15m。邊坡巖體由薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r組成，節(jié)理裂隙及軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，邊坡巖體類(lèi)型為Ⅳ類(lèi)，實(shí)測(cè)巖層產(chǎn)狀175°∠18°，邊坡坡向166°，為順層巖質(zhì)邊坡[3]，邊坡為永久性邊坡。邊坡坡腳為二號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地，邊坡坡頂為一號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地，邊坡若被破壞，將會(huì)危及一號(hào)倉(cāng)庫(kù)及二號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地內(nèi)建構(gòu)筑物和場(chǎng)內(nèi)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成嚴(yán)重后果。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013），結(jié)合邊坡高度及破壞后果的嚴(yán)重性，判斷該邊坡安全等級(jí)為二級(jí)[4]。根據(jù)業(yè)主要求，在有限的放坡條件下采取支護(hù)措施，邊坡支護(hù)暫不考慮一號(hào)倉(cāng)庫(kù)建筑規(guī)劃布置，屆時(shí)坡頂建筑布置、基礎(chǔ)形式及埋深考慮案例邊坡條件確保安全。

1.2 邊坡主要技術(shù)難點(diǎn)

由于巖層傾向和坡向基本一致，兩場(chǎng)地場(chǎng)平開(kāi)挖后，巖層層面、層間軟弱夾層均已臨空出露，順向邊坡穩(wěn)定問(wèn)題突出。巖層傾角較緩，邊坡坡頂臨空，錨桿斜向上打入不能很好地鎖住潛在最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，同時(shí)場(chǎng)地限制導(dǎo)致斜向錨桿不易施工，因此該案例邊坡創(chuàng)新性地采用國(guó)內(nèi)外均鮮有使用的豎向錨桿方式進(jìn)行支護(hù)處理，可供參考的工程實(shí)例較少。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 基本地質(zhì)條件

邊坡位于一號(hào)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)場(chǎng)地南側(cè)，二號(hào)倉(cāng)庫(kù)后側(cè)（北側(cè)），現(xiàn)狀邊坡坡腳起于二號(hào)倉(cāng)庫(kù)征地紅線(xiàn)，坡腳高程為1280.0～1285.9m，坡頂為一號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地，場(chǎng)平高程為1295.5m。邊坡相對(duì)高差9.6～15.5m。場(chǎng)地主要涉及三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r，薄層狀結(jié)構(gòu)，軟弱層面及節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，厚度很大，未揭露下限。邊坡巖層總體呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀175°∠18°，邊坡開(kāi)挖坡面坡向166°，巖層傾向與坡面傾向呈小角度斜交，為順層巖質(zhì)邊坡。巖層層面起伏粗糙，充填巖屑并夾泥，層面結(jié)合程度很差，相當(dāng)于軟弱夾層，遇水后易軟化或泥化。場(chǎng)區(qū)內(nèi)無(wú)地表水系。根據(jù)場(chǎng)區(qū)地下水特征，將場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水類(lèi)型劃分為第四系上層滯水和基巖巖溶裂隙水。

2.2 邊坡巖體與結(jié)構(gòu)面參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)及東側(cè)某商城場(chǎng)平工程北側(cè)順向邊坡滑動(dòng)反演分析，該案例邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)建議值如表1、表2所示。

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)建議值表

表2 巖體結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)建議值表

2.3 邊坡巖體結(jié)構(gòu)與可能破壞類(lèi)型

案例邊坡為層狀邊坡，邊坡層面傾向坡外，構(gòu)成順層巖質(zhì)邊坡，同時(shí)層間發(fā)育軟弱夾層，軟弱夾層是控制邊坡穩(wěn)定的最重要的結(jié)構(gòu)面[5]，案例邊坡巖層層面起伏粗糙，充填巖屑且局部夾泥，層面結(jié)合程度很差，遇水浸泡易軟化，甚至演變成泥化夾層，可構(gòu)成邊坡滑動(dòng)的底滑面，因此案例邊坡可能的破壞類(lèi)型為順層滑動(dòng)。

3 邊坡穩(wěn)定分析

3.1 邊界條件及基本計(jì)算參數(shù)

（1）滑動(dòng)邊界組合形式。①底滑面：根據(jù)勘察資料表明，邊坡巖體由薄層狀泥質(zhì)灰?guī)r組成，邊坡巖層層面起伏粗糙，充填巖屑且局部夾泥，層面結(jié)合程度很差，遇水浸泡可演變成泥化夾層，可構(gòu)成邊坡滑動(dòng)的底滑面。②后緣切割面：邊坡后緣即為邊坡坡頂一號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地，該場(chǎng)地面積較大，層面在坡頂均有出露。③臨空面：在邊坡前緣即邊坡坡面，由于巖層傾角緩于地形坡度，巖層層面（含軟弱夾層）在邊坡前緣臨空，臨空面的存在對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性極為不利。

（2）滑動(dòng)范圍的確定。案例邊坡滑動(dòng)邊界組合形式較為簡(jiǎn)單，選擇以坡腳最底部層面作為底滑面的滑坡體的范圍，相當(dāng)于邊坡坡體整體失穩(wěn)滑動(dòng)，并以此為依據(jù)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算。

（3）計(jì)算參數(shù)的選取。由前述可知，計(jì)算模型中的邊坡滑動(dòng)主要為層面控制，主要選取表2中的飽和工況下的層面參數(shù)，該參數(shù)通過(guò)同地層巖性、同產(chǎn)狀構(gòu)造的東側(cè)某商城場(chǎng)平工程滑坡案例反演得出，按照泥化夾層進(jìn)行設(shè)計(jì)，并為保險(xiǎn)起見(jiàn)，在坡頂考慮50kPa均布荷載。

3.2 剛體極限平衡計(jì)算

（1）計(jì)算剖面的選取及滑動(dòng)面的確定。選擇邊坡坡高最大，滑動(dòng)、垮塌條件良好的剖面為典型計(jì)算剖面，滑動(dòng)面選取邊坡整體滑動(dòng)的層面作為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，沿坡腳底部剪出，為順層巖質(zhì)邊坡平面直線(xiàn)滑動(dòng)。

（2）計(jì)算公式的確定。據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)程》（GB 50330—2013）附錄A.0.2，以及現(xiàn)場(chǎng)邊坡的構(gòu)成條件，選用平面直線(xiàn)滑動(dòng)計(jì)算公式對(duì)典型剖面穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下：

式中：FS為邊坡穩(wěn)定系數(shù)；R為滑體單位寬度重力及其他引起的抗滑力，kN/m；T為滑體單位寬度重力及其他因素引起的下滑力，kN/m。

式中：R為滑體單位寬度重力及其他引起的抗滑力，kN/m；G為滑體單位寬度自重，kN/m；Gb為滑體單位寬度豎向附加荷載，kN/m，方向指向下方時(shí)取正值，指向上方時(shí)取正值；θ為滑面傾角，°；Q為滑體單位寬度水平荷載，kN/m，方向指向坡外時(shí)取正值，指向坡內(nèi)時(shí)取負(fù)值；V為后緣陡傾裂隙面上的單位寬度總水壓力，kN/m；U為滑面單位寬度總水壓力，kN/m；φ為滑面的內(nèi)摩擦角，°；C為滑面的黏聚力，kPa；L為滑面長(zhǎng)度，m。

式中：T為滑體單位寬度重力及其他因素引起的下滑力，kN/m。

式中：V為后緣陡傾裂隙面上的單位寬度總水壓力，kN/m；γw為水重度，取10kN/m3；hw為后緣陡傾裂隙充水高度，m，根據(jù)裂隙情況及匯水條件決定。

式中：U為滑面單位寬度總水壓力，kN/m。

（3）計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。由于邊坡排水條件良好，此次計(jì)算不考慮水壓力，即V=0，U=0。在坡頂考慮50kPa×25.0m附加豎向應(yīng)力Gb，水平荷載Q為0。根據(jù)計(jì)算，案例邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.98，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)（臨界穩(wěn)定），需要進(jìn)行加固治理。

4 邊坡設(shè)計(jì)

4.1 邊坡治理思路與原則

根據(jù)邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果及業(yè)主要求，采用經(jīng)濟(jì)的、易于施工的支護(hù)措施，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)兼顧環(huán)境美觀和諧，邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)Fst取1.30。

4.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)前文分析，邊坡坡體按照1∶1.25坡比進(jìn)一步削坡，并采用錨桿+格構(gòu)梁系統(tǒng)的錨固巖體。錨桿采用豎直打入，運(yùn)用錨桿抗剪抵消剩余下滑力，將邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)提高至1.30以上。治理工程的坡腳起于貴陽(yáng)市二號(hào)倉(cāng)庫(kù)場(chǎng)地邊線(xiàn)，坡腳處高程為1280.0～1286.0m，坡頂為場(chǎng)平高程1295.5m，最后出于環(huán)境美觀考慮，在柵格內(nèi)噴播植草覆蓋。

4.3 治理后邊坡穩(wěn)定計(jì)算

（1）削坡后剩余下滑力計(jì)算。根據(jù)計(jì)算，削坡后邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.04，可算出設(shè)計(jì)安全系數(shù)Fst=1.30時(shí)的剩余下滑力T滑＝428.53kN/m，因此需要進(jìn)一步采用錨桿固定來(lái)抵消剩余下滑力。經(jīng)計(jì)算，該巖質(zhì)邊坡不存在側(cè)向巖壓力，采用邊坡巖體剩余下滑力作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載[6]。

（2）錨桿支護(hù)后邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及構(gòu)造要求，設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度分別為6m、9m，為全長(zhǎng)黏結(jié)型錨桿，坡面間隔布置（水平和豎向間距分別為2.5m、1.8m），選用規(guī)格為3Φ28mm的HRB400三級(jí)鋼筋，截面積為（3×615.44）mm2，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為205N/mm2。

由于邊坡排水條件良好，此次計(jì)算不考慮水壓力，即V=0，U=0，仍在坡頂考慮取1250kN/m附加豎向應(yīng)力Gb，水平荷載Q為0。經(jīng)計(jì)算，在錨桿支護(hù)后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到2.59，滿(mǎn)足二級(jí)永久邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.30的要求。邊坡典型治理斷面及穩(wěn)定性驗(yàn)算斷面如圖1所示。

圖1 邊坡典型治理斷面及穩(wěn)定性驗(yàn)算斷面

5 結(jié)論

（1）案例邊坡開(kāi)挖高度為10～15m，長(zhǎng)度為290m，其規(guī)模并不算大，但該邊坡有著順向邊坡、薄層狀、軟弱夾層等特征，為邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定挑戰(zhàn)，同時(shí)在案例邊坡東側(cè)某商城場(chǎng)地發(fā)生大規(guī)模順層巖質(zhì)邊坡滑坡的情況下，該案例邊坡的治理設(shè)計(jì)更具有挑戰(zhàn)性。但該案例邊坡經(jīng)過(guò)加固處理后，近幾年在各種暴雨工況影響下，邊坡依舊穩(wěn)定，坡體未發(fā)現(xiàn)明顯變形及異常現(xiàn)象，邊坡的加固處理設(shè)計(jì)無(wú)疑是成功的。

（2）該案例邊坡采取以放坡+豎向錨桿+格構(gòu)梁為主，再加上坡體表面排水的綜合處理措施，取得了良好的處理效果。其中，利用豎向錨桿抗剪抵消剩余下滑力治理順層邊坡的方法在國(guó)內(nèi)外均較少見(jiàn)，取得了順層邊坡理論分析計(jì)算和加固處理技術(shù)上的創(chuàng)新性突破，可以為今后類(lèi)似工程邊坡提供參考。