危害公共安全的復(fù)雜邊坡治理工程研究
——以云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院山體道路和建筑群為例

楊 濤

(云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650504)

1 公共基礎(chǔ)設(shè)施與邊坡地形分析

云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院公共建筑群與高大邊坡同處于山體狹窄地帶。高邊坡與公共建筑群距離分別為南向 9.24 m、西向 3.26 m、北向 8 m。邊坡平均高度為 16.83 m，邊坡暴露面為 186.7 m，與周邊建筑和道路的情況為：邊坡上方已建道路，最近距離 5.5 m 高邊坡為建筑群所包圍；東向?yàn)橐呀ǔ傻钠嚲C合教學(xué)樓；南向?yàn)閮?nèi)部道路，緊臨學(xué)生宿舍、后勤綜合樓、食堂；西向?yàn)橹械聵牵槐毕驗(yàn)橐呀ǔ鞘械缆?致遠(yuǎn)路)(圖1)。邊坡承擔(dān)著路堤和路基的功能而又被建筑體群所包圍，邊坡處治中最容易受到土體影響的是南向道路和建筑群。邊坡坡頂即道路硬路肩，距道路中心線 9 m(路寬 8.5 m)；距后勤綜合樓南樓檐角處 18.2 m。

圖1 云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑群與邊坡示意Fig.1 Architectural complex and slop of Yunnan communications vocational and technical college

2 治理方案的比選

2.1 常用的邊坡治理方案

邊坡治理常用削坡減載防護(hù)、重力式擋土墻防護(hù)、抗滑樁防護(hù)、應(yīng)力錨索防護(hù)、邊坡排水工程防護(hù)、綠化防護(hù)等方法。

1) 削坡減載防護(hù)。該方法無(wú)需對(duì)邊坡進(jìn)行整體加固，而是通過(guò)控制邊坡的高度和坡度，使邊坡達(dá)到自身穩(wěn)定。在本案例中，坡高<20 m，按照理想土質(zhì)條件，按1∶0.3的放坡比例削坡，將會(huì)占用原有硬路肩，坡頂侵入路肩 1.3 m。但受地形限制，本案例沒(méi)有更多的土地可以用于放坡設(shè)計(jì)，此方案不可行。

2)重力式擋土墻防護(hù)。重力式擋土墻采用石砌或混凝土澆筑擋土墻作為支擋防護(hù)工程。石材和混凝土擋土墻自重穩(wěn)定，利用內(nèi)側(cè)斜坡傾角和邊坡推力垂直重力方向的壓力傳遞，防護(hù)更為穩(wěn)定。這種方法對(duì)低矮邊坡進(jìn)行防護(hù)較為經(jīng)濟(jì)可行，但需要開(kāi)挖原有內(nèi)部道路后砌筑擋土墻體，而后回填土，施工設(shè)計(jì)要求斷路并重建原有道路，而目前此段道路是校園內(nèi)部的重要主干道，承擔(dān)著交通車輛和師生教學(xué)生活通行的繁重任務(wù)，不允許交通封閉。

3)抗滑樁防護(hù)?？够瑯抖嗖捎猛诳坠嘧叮且环N大截面?zhèn)认蚴芎奢d力的樁體設(shè)計(jì)，樁身穿過(guò)滑體錨入滑床中一定深度，其中滑動(dòng)面以上部分受側(cè)向荷載力，滑動(dòng)面以下部分錨固較為可靠。此設(shè)計(jì)對(duì)抗水平位移的滑體有一定的優(yōu)勢(shì)，可以借鑒考慮。

4)預(yù)應(yīng)力錨索防護(hù)。預(yù)應(yīng)力錨索是一種可承受拉力的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它的一端被固定在穩(wěn)定地層或結(jié)構(gòu)中，另一端與被加固物緊密結(jié)合，形成一種新的結(jié)構(gòu)復(fù)合體。其核心受拉體是高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋(預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線等)，安裝后可立即向被加固物體主動(dòng)施加壓應(yīng)力，限制其發(fā)生有害的變形和位移。預(yù)應(yīng)力錨索是一種高效經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工程技術(shù)，在邊坡治理中得到了廣泛重視和應(yīng)用，可以借鑒考慮。

5)邊坡排水工程防護(hù)。邊坡排水的目的是排除邊坡的水體，以減輕邊坡內(nèi)部土體的含水量。排水是一項(xiàng)重要的措施，排水工程對(duì)于邊坡穩(wěn)定至關(guān)重要。邊坡排水應(yīng)統(tǒng)籌考慮坡面水、地下水和坡體滲透水。

6)綠化防護(hù)。采取工程措施與植物種植相結(jié)合的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，可以減少因土質(zhì)風(fēng)化、老化和水土流失造成的邊坡破壞。邊坡植物的根系較為發(fā)達(dá)，對(duì)邊坡表層土質(zhì)起到穩(wěn)固作用，能減輕坡面不穩(wěn)定和侵蝕方面的影響，使邊坡與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)統(tǒng)一，達(dá)到工程治理與環(huán)境美化雙贏的效果。

3 密布抗滑樁加預(yù)應(yīng)力錨索治理方案

3.1 實(shí)例分析

1)土質(zhì)分析。該邊坡所在位置地質(zhì)具有喀斯特地貌的特征，土質(zhì)鉆心取樣自上而下為：表層1～3 m 之間為坡積層，以松散土、覆蓋土為主；3～9 m 為殘積層，主要是風(fēng)化巖石，沙礫、粘土等；9 m 以下為風(fēng)化基巖層，由破碎風(fēng)化基巖組成，略伴隨小型溶洞，直徑0～150 cm。如表1所示，①層為素填土，土質(zhì)顏色：紅褐夾黃色，以粘性土為主，含少量礫石及建筑填土，形成時(shí)間短，欠固結(jié)，松散。②層為粘土，土質(zhì)顏色：褐紅，紅夾黃及褐夾灰色，濕潤(rùn)，硬塑狀態(tài)，中壓縮性，局部高壓縮性，切面有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，含少量全碎強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、泥巖及灰?guī)r質(zhì)礫石，局部風(fēng)化程度較低，見(jiàn)球狀風(fēng)化核。③層為粘土，土質(zhì)顏色：淺灰色、灰色，局部深灰色，濕， 硬塑狀態(tài)，中壓縮性，切面稍有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性中等。④層為粉質(zhì)粘土，土質(zhì)顏色：褐黃、褐黃夾紅及褐黃夾灰色，局部淺黃夾灰色，濕，硬塑狀態(tài)，中壓縮性，切面稍有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性中等，含少量強(qiáng)風(fēng)化玄武巖、泥巖及灰?guī)r礫石。

表1邊坡土質(zhì)分析Tab.1 Analysis of slope soil quality

2)綜合方案。邊坡治理分為2個(gè)部分——建筑物部分：基坑支護(hù)高度為7.5～12.6 m；道路路堤部分：基坑施工完成回填后形成0.5～6.0 m 永久邊坡。抗滑樁與基坑支護(hù)樁為同一道工序，支護(hù)樁同一位置為同一棵樁。該項(xiàng)目中基坑支護(hù)起路堤加固一并考慮受力作用，基坑計(jì)算時(shí)選用固結(jié)快剪指標(biāo)，計(jì)算條件為一般工況。邊坡工程計(jì)算時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)已施工完成，僅采用浸水快剪指標(biāo)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)及錨索設(shè)計(jì)在±0～10 m 范圍內(nèi)運(yùn)作驗(yàn)算。由于抗滑樁是路基組成部分，雙向受力，本研究擬采用“密布“形式，密布抗滑樁阻止滑動(dòng)面產(chǎn)生的水平推力，切斷滑動(dòng)面，樁與樁之間采用隔板墻工藝加固，形成“結(jié)板效應(yīng)”(圖2)。

圖2 邊坡綜合治理方案Fig.2 Comprehensive treatmet scheme of slope

3.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

邊坡治理下部，將直徑為 1 m 的抗滑樁錨入地下穩(wěn)定基巖內(nèi)，樁與樁之間用配筋板作為連接，形成整體。機(jī)理：錨索進(jìn)入相應(yīng)的山體之后，與端頭進(jìn)行有效的連接，這樣一來(lái)，在整個(gè)邊坡的內(nèi)外就形成了一定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。錨索施工工藝非常關(guān)鍵，是力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)，為坡體穩(wěn)定樁柱受力提供保障，因此在錨索錨桿鉆孔時(shí)，要將孔底擴(kuò)孔和索孔道吹孔的松散土清理干凈；將錨索打入索孔中時(shí)，要用高壓混凝土對(duì)孔底錨頭噴吹，混凝土凝固后與周圍的巖石土體融合穩(wěn)固，穿梭注漿；錨索鎖定后 48 h 內(nèi)若發(fā)現(xiàn)有明顯的應(yīng)力松弛，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉，然后加以鎖定，并對(duì)錨頭用混凝土進(jìn)行封堵，組合之后的土體就會(huì)形成一個(gè)整體，最終達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

3.3 設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

截取擋土墻中部，較不利位置6-6′剖面作為分析對(duì)象。

圖3 高邊坡最不利剖面土質(zhì)分布Fig.2 Soil quality distribution in the most unfavorable profile of high slope

1)土體內(nèi)力計(jì)算(圖3、表2)。

采用規(guī)范:建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范(50330—2013)。

計(jì)算目標(biāo):剩余下滑力計(jì)算。

地震烈度: 8度。

水平地震系數(shù): 0.200。

地震作用綜合系數(shù): 0.250。

地震作用重要性系數(shù): 1.000。

地震力作用位置: 質(zhì)心處。

水平加速度分布類型：矩形。

表2 土體內(nèi)力計(jì)算分析Tab.2 Caculation and analysis of internal force of soil

圖4 樁錨示意Fig.4 Schematic of pile anchor

計(jì)算剩余下滑力，抗剪強(qiáng)度(R/K模型)，安全系數(shù)取值: 1.050；水平推力為：171.7×cos18.6°=162.7 kN。

2)樁身內(nèi)力設(shè)計(jì)(圖4、表3)。

計(jì)算方法: m法。

背側(cè)為擋土側(cè)；面?zhèn)葹榉菗跬羵?cè)。

背側(cè)最大彎矩=379.939(kN/m)離樁頂 8.697 m。

面?zhèn)茸畲髲澗?4.690(kN/m)離樁頂 19.103 m。

最大剪力=132.134 kN 距離樁頂 5.000 m。

最大位移=19 mm。

第1道錨索水平拉力=123.350(kN)， 距離樁頂2.000 m。

第2道錨索水平拉力=144.462(kN)，距離樁頂5.000 m。

3)錨索設(shè)計(jì)

表3 錨索設(shè)計(jì)驗(yàn)算Tab.3 Cheching caculation of anchor cable desigh

4 治理效果后評(píng)估

圖5 邊坡治理與樁基工程綜合施工Fig.5 Comprehensive construction of slope treatment and pile foundation engineer

通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索密布抗滑樁(間距 80 cm)固基，樁間連接板墻和坡頂綠化護(hù)坡，綜合治理方案實(shí)施，工程經(jīng)歷2個(gè)雨季和1次3.2級(jí)，距離 189 km，震源深度13 km的地震，目前邊坡下部收集排水管暢通，出水量不大，上部截水溝(道路邊溝)排水正常，坡體穩(wěn)定，沉降和平行位移均在工程允許控制范圍內(nèi)(最大沉降值≤4.9 mm和最大平行位移值≤27.75 mm)。綜合治理后的土體為上部原有道路鞏固路床和路基基礎(chǔ)，為新建建筑 17.6 m 基坑支護(hù)防范坍塌起到了安全保障作用，復(fù)雜邊坡綜合治理效果較為理想并達(dá)到預(yù)期(圖5)。

5 結(jié) 語(yǔ)

復(fù)雜坡治理工程，是土木工程領(lǐng)域，特別是道路橋梁和建筑、土木工程建設(shè)中必須面對(duì)的棘手問(wèn)題。邊坡治理涉及到地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、力學(xué)，環(huán)境等諸多因素，治理方案需要因時(shí)而變，因勢(shì)而導(dǎo)，具體問(wèn)題具體分析，不能死搬照抄，需要認(rèn)真思考嚴(yán)謹(jǐn)分析。單一形式的治理方法，效果并不明顯，綜合治理方可收到良好的效果。本項(xiàng)目為狹窄地形內(nèi)復(fù)雜邊坡治理提供一個(gè)成功案例。