某山體滑坡穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計

張 坤 （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站，安徽 合肥 230031）

1 引言

山體常因暴雨、降雨等自然因素而發(fā)生滑動，引發(fā)既有建筑的損傷，甚至引起工程事故發(fā)生[1]。山體邊坡穩(wěn)定性的分析方法已有很多的理論方法，主要有極限平衡法、極限分析法及以有限元為代表的各種數(shù)值方法。在國內(nèi)外工程領(lǐng)域，幾乎所有的工程規(guī)范都是首選與必選極限平衡法。極限平衡法原理簡單、計算方便，可以給出非常直觀的邊坡穩(wěn)定性指標(biāo)——安全系數(shù)，有利于工程技術(shù)人員應(yīng)用；近百年的國內(nèi)外工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)積累，為極限平衡法繼續(xù)應(yīng)用提供了極為豐富的參照。因此對于目前及將來的工程實(shí)踐，極限平衡法仍是主流的邊坡工程計算與設(shè)計的理論基礎(chǔ)[2]。在所有條分法中，Morgenstern-Price（M-P）法[3]和嚴(yán)格Janbu法[4]是廣泛采用的嚴(yán)格條分法，也是最為著名的基于一般形狀滑動面的穩(wěn)定性計算方法。

眾多學(xué)者也對山體滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析與加固設(shè)計，并取得了一定的研究和實(shí)踐成果。如吳洋和蔣雯[5]采用GEO5軟件對南京市具體工程山體滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，建立了預(yù)警系統(tǒng)，提出了相應(yīng)的治理措施；朱慧[6]基于全新剪應(yīng)力本構(gòu)模型對黃堰塘滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，并提出具體治理措施；吳曄和吳柳東[7]基于可靠度理論對巴東縣學(xué)堂坪滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析；梁利紅[8]利用Janbu條分法對中層大型土質(zhì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，揭示了該滑坡的成因；李曉等[9]分析了雞尾山滑坡的發(fā)生機(jī)制。本文針對具體的工程案例，首先對既有擋土墻進(jìn)行抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，后采用朱大勇學(xué)者所提出的臨界滑動場的M-P法[2]對危險滑坡的三個最危險斷面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并根據(jù)擋土墻驗(yàn)算結(jié)果和穩(wěn)定性分析結(jié)果對滑坡進(jìn)行加固設(shè)計并提出具體的加固措施，為該山體滑坡安全穩(wěn)定提供技術(shù)方案和理論指導(dǎo)。

2 工程概況

某山體位于浙江省某知名寺廟的東、南及北側(cè)（圖1），呈環(huán)狀，坡度整體大于30°，山體坡面高程33m～55m；據(jù)勘察資料和現(xiàn)場踏勘，邊坡地層主要為粉質(zhì)黏土加碎石、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r和中風(fēng)化凝灰?guī)r；根據(jù)室內(nèi)巖石試驗(yàn)和已有勘察資料，巖土體的物理力學(xué)參數(shù)見表1所示。

圖1 邊坡地形圖

物理力學(xué)參數(shù)表 表1

寺廟初建時已設(shè)置砌塊重力式擋土墻（兼護(hù)坡）（圖2），形成環(huán)形屏蔽，有效地解決了巖體風(fēng)化、地層滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。該山體于2007年因暴雨其東北側(cè)發(fā)生表層土層滑坡，但未造成經(jīng)濟(jì)損失；隨后在發(fā)生滑坡區(qū)域設(shè)置匯水溝和排水溝，擋土墻頂部附近設(shè)置截洪溝，截洪溝接入城市排水管網(wǎng)，形成地表排水的排水管網(wǎng)[10]。根據(jù)近10年的使用情況，表面巖土體未發(fā)生二次滑坡，處理效果良好。但由于擋土墻年代久遠(yuǎn)以及已有加固措施已無法滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，需對該山體邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析和加固設(shè)計。

圖2 重力式擋土墻實(shí)照

3 穩(wěn)定性分析

3.1 擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及原始記錄，該重力式擋土墻平均墻高10m，頂寬約1m，底寬為4m，墻后巖土體重度取19.5kN/m3，巖土體與擋墻墻背摩擦角取17.5°，擋墻底面傾角取8°，擋墻底與地基巖體摩擦系數(shù)取0.65，擋墻填充材料為毛石，重度取24kN/m3。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）[11]相關(guān)規(guī)定，對該擋墻進(jìn)行抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，分別按下式計算：

式中，F(xiàn)s為抗滑移穩(wěn)定系數(shù)，Ea為每延米主動土壓力，μ為擋墻底與地基巖土體的摩擦系數(shù)，G為自重，其余符號詳見《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）[4]。

式中，F(xiàn)t為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，b為擋墻地面水平投影系數(shù)，x0為擋墻中心到墻趾的水平距離，Z為巖土壓力作用點(diǎn)到墻踵的豎直距離，其余符號詳見《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）[4]。

計算結(jié)果詳見表2所示。

穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果 表2

由表2可見，該擋墻的抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)分別為3.7649和1.9359，均滿足規(guī)范要求；但因年代久遠(yuǎn)，擋墻表面的毛石縫隙之間出現(xiàn)孔隙、部分區(qū)域出現(xiàn)微裂紋等損傷（圖2），因此需對其進(jìn)行加固處理，具體詳見第四節(jié)。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析

選取該山體三個最危險斷面，主要采用LB系列邊坡穩(wěn)定性分析軟件中的臨界滑動場M-P法進(jìn)行穩(wěn)定性分析計算[2]，LB系列巖土軟件是由寧波六波巖土環(huán)境科技有限公司研發(fā)的面向土木、交通、水利、市政工程等領(lǐng)域開發(fā)的專業(yè)分析軟件（在此感謝寧波六波巖土環(huán)境科技有限公司提供的LB系列邊坡穩(wěn)定性分析軟件和朱大勇學(xué)者科研團(tuán)隊(duì)給予本文的支持和幫助）。

采用臨界滑動場的M-P法，分別考慮地下水和無地下水兩種工況，對三個最危險斷面（編號斷面1、斷面2和斷面3）其進(jìn)行穩(wěn)定性分析，計算結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3 斷面1的計算結(jié)果

圖4 斷面2的計算結(jié)果

圖5 斷面3的計算結(jié)果

由圖3～圖5可見，不考慮地下水工況下，斷面1、斷面2和斷面3的安全系數(shù)分別為1.187，1.267和1.519；考慮地下水工況下，其安全系數(shù)分別為1.007、1.102和1.037；可見，不考慮地下水工況下，斷面1的安全系數(shù)小于1.25，斷面2和斷面3的安全系數(shù)均大于1.25；但考慮地下水作用，該山體邊坡的三個斷面穩(wěn)定性系數(shù)均小于1.25，則處于不穩(wěn)定狀態(tài)。考慮到寺廟所處地理位置位于我國南方地區(qū)，地下水豐富且每年均經(jīng)歷多次臺風(fēng)暴雨，因此需對該滑坡進(jìn)行相應(yīng)的加固設(shè)計，以確?；碌姆€(wěn)定性和安全性。

4 加固設(shè)計及措施

該山體呈環(huán)狀且整體坡度大于30°，山體表層土在降雨、雨水浸泡等因素的影響下，易于發(fā)生滑坡。山體發(fā)生滑坡的最大誘因是雨水的作用，特別是減少山體表層泥土在雨水浸泡下自重增加發(fā)生泥石流災(zāi)害風(fēng)險。具體做法：防止地表雨水進(jìn)入滑坡區(qū)，可在滑坡邊緣外3～5m范圍處設(shè)置截水溝，并在滑坡區(qū)內(nèi)坡面修筑排水溝；清理已有截水溝和排水溝溝槽，保證排水順暢；另一方面，1999年在建設(shè)期已修建砌塊重力式擋土墻來保證邊坡穩(wěn)定。從使用至今來看，擋土墻上發(fā)現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，需要修補(bǔ)和加固，采用擋墻處錨桿和格構(gòu)梁加固方案。因此，本文結(jié)合工程現(xiàn)狀，主要從2個方面針對性進(jìn)行加固治理：采用邊坡截、排水治理以消除和減輕雨水的危害以及針對現(xiàn)有擋土墻，在擋墻處錨桿格構(gòu)梁加固，以加固現(xiàn)有擋土墻。具體如下。

4.1 邊坡排水設(shè)計

該邊坡發(fā)生滑坡的最大誘因是降水。具體措施：如圖6所示，在易發(fā)生滑坡區(qū)外側(cè)及滑坡中部分別設(shè)置一道C30混凝土截水溝，沿線路方向每隔10m設(shè)伸縮縫一道，縫寬0.02m，縫內(nèi)用瀝青麻筋全斷面填塞；利用東側(cè)擋土墻上已有一條排水溝進(jìn)行改擴(kuò)建為C30混凝土截水溝，形成長期穩(wěn)定的有組織的排水，減少地表自由雨水對擋土墻及邊坡的沖刷，從而有效地減少山體表層泥土層因雨水浸泡引起泥石流、山體滑坡及擋土墻失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖6 截水溝平面布置

對于截排水溝的具體斷面尺寸，需要對其進(jìn)行計算設(shè)計，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇24h最大降雨量不漫溢、不淤設(shè)計；根據(jù)《暴雨強(qiáng)度計算標(biāo)準(zhǔn)》（DNJ/T13）中有關(guān)該寺廟所在地的暴雨設(shè)計公式計算出暴雨強(qiáng)度為2500L/s·hm2；根據(jù)截排水溝平面布置統(tǒng)一為二級截面設(shè)計，截排水溝過水?dāng)嗝嬖O(shè)計流量按匯水流量的1.2倍計：Ⅰ級截面的最大匯水面積6000m2，最大匯水流量為 1.3m3/s；設(shè)計流量1.5m3/s：Ⅱ級截面的最大匯水面積3800m2，最大匯水流量為 0.8m3/s；設(shè)計流量0.96m3/s：截面設(shè)計中截水溝縱坡率統(tǒng)一取0.05，混凝土砌塊底面的粗糙系數(shù)n取值為0.017，安全超高取0.15m。

通過計算得到兩級截、排水溝斷面尺寸為Ⅰ級：底寬0.8m，開口寬1.2m，深0.7m；Ⅱ級：底寬0.65m，開口寬1.0m，深0.6m；其中Ⅰ級截水溝長度為181m；Ⅱ級截水溝長度為232m。

4.2 擋墻錨桿加固

采用錨桿+格構(gòu)梁+深部排水孔綜合措施對既有擋墻進(jìn)行加固，其加固長度總計66m，如圖7所示；其中1-1剖面位置15m區(qū)域布置3排錨桿，2-2剖面33m范圍布置2排錨桿，3-3剖面18m范圍布置3排錨桿。具體如下：

圖7 擋墻加固治理布置圖

①長錨桿桿體采用HRB400級Φ28螺紋鋼筋，開孔直徑不小于90mm，孔深應(yīng)長于錨桿300mm，注漿采用水泥靖江或水泥砂漿；

②設(shè)置縱橫連續(xù)梁，設(shè)計梁截面500×500mm，C30混凝土澆筑，縱橫梁間距與錨桿間距和排距保持一致，縱橫梁節(jié)點(diǎn)即為錨桿的錨頭位置，框架梁布置間距為3×3m；

③深部排水孔采用直徑100mm的PVC管，仰斜6°布置，頭部外伸長度超過坡體表面至排水溝處不小于80mm；插入坡體內(nèi)管體按照50mm排距，每排鉆4個孔徑15mm透水孔，梅花形布設(shè)，管底及透水孔均用土工布包扎。

5 結(jié)論

針對某寺廟東、南和北側(cè)環(huán)形山體，對既有擋土墻進(jìn)行抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，得到其穩(wěn)定性滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；采用臨界滑動場的M-P法對危險滑坡的三個危險斷面進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明，不考慮地下水工況下，三個斷面對應(yīng)的安全系數(shù)分別為1.187，1.267和1.519；考慮地下水工況下，其安全系數(shù)分別為1.007、1.102和1.037，判定穩(wěn)定性不滿足要求；在穩(wěn)定性評價基礎(chǔ)上提出采用錨桿+格構(gòu)梁+深部排水孔綜合措施，保證了該山體的穩(wěn)定性和寺廟的安全性。