高土質(zhì)邊坡支護工程實例分析

(萊蕪市公路勘察設(shè)計院，山東萊蕪 271100)

1 工程概況

某邊坡位于一擬建城鎮(zhèn)生活垃圾填埋場內(nèi)，整個場地西北高東南低，場地中間是填埋區(qū)。地形上呈西北高，東南低，西北側(cè)山頂標高為60.87 m，該段山坡植被發(fā)育，山坡較陡;地形坡度60°～80°。該邊坡因為受雨水及人為因素影響已經(jīng)出現(xiàn)局部坍塌。

邊坡地層從上到下主要為素填土、粉質(zhì)粘土、含砂粉質(zhì)粘土、強風(fēng)化花崗巖和中風(fēng)化花崗巖。①素填土，主要為風(fēng)化砂和粘性土組成，層平均厚度為0.8 m。②粉質(zhì)粘土，可塑～硬塑，分層平均厚度為9.8 m。③含砂粉質(zhì)粘土，硬塑～堅硬，分層平均厚度為0.7 m。④強風(fēng)化花崗巖，密實，巖石的堅硬程度為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，分層平均厚度為4.5 m。⑤中風(fēng)化花崗巖，堅硬，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。層場地均有分布，具體各土層的力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 土層力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

邊坡具體工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示。

邊坡地下水賦存于邊坡粉質(zhì)粘土層中，存在上層滯水，水位變化大，水量貧乏，季節(jié)性強，透水性弱。在風(fēng)化花崗巖地層中，存在潛水，水量較小，季節(jié)性強，以接受大氣降水補給為主，局部接受高位下降泉水補給;以蒸發(fā)排泄為主，少量順坡向徑流，在地形切割處以下降泉形式排出地表，對工程建設(shè)影響不大。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

2 邊坡穩(wěn)定性分析

由于該工程邊坡為環(huán)形狀，因此在分析中取一典型剖面進行穩(wěn)定性分析，典型剖面寬度為100 m，坡高24.91 m、坡長28 m。

由現(xiàn)場勘探以及土層的變化，經(jīng)分析認為高土質(zhì)邊坡中存在兩個潛在的滑動面，第一個是粉質(zhì)粘土層與強風(fēng)化花崗巖的交界處，易在粉質(zhì)粘土層中形成圓弧形滑動面;第二個是強風(fēng)化花崗巖與中風(fēng)化花崗巖的交界處，由于強風(fēng)化花崗巖風(fēng)化嚴重，巖體力學(xué)性質(zhì)較差，易產(chǎn)生圓弧形滑坡。

第一潛在滑動面位于粉質(zhì)粘土層與強風(fēng)化花崗巖層界面之間，基本上呈圓弧形。上部粉質(zhì)粘土層最深厚度為3.6 m。由于該滑動面基本上位于土層中，用簡化的畢肖普法進行計算［3］，如圖2所示。

圖2 滑動面條分法示意圖（一）

由于上層滯水水量較小，不考慮動水壓力和浮脫力，邊坡的穩(wěn)定性采用下式進行計算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)Fs。

其中，mαi為計算系數(shù)，mαi=;W為第 i條i塊的土體自重;ci為第i條塊土體的內(nèi)聚力;li為第i條塊的滑面長度;φi為第i條塊土體的內(nèi)摩擦角;αi為第i條塊所在弧線段滑面的傾角;Fs為穩(wěn)定系數(shù)。

第二潛在滑動面位于強風(fēng)化花崗巖與基巖交界處，呈圓弧形滑動。由于該滑動面大部分位于巖層中，故采用傳遞系數(shù)法進行計算［3］，對土體分條如圖3所示。

圖3 滑動面條分法示意圖（二）

該滑動面的穩(wěn)定性驗算采用傳遞系數(shù)法進行計算，則第i條塊的剩余下滑力(即該部位的滑坡推力)Ei可用下式計算:

其中，Ei為第i塊滑體剩余下滑力;Ei－1為第i－1塊滑體剩余下滑力;Wi為第 i塊滑體重量;ψi為傳遞系數(shù)，ψi=cos(αi－1－αi)－sin(αi－1－αi)tanφi;ci為第 i塊滑體滑面上巖土體的粘聚力;li為第i塊滑體的滑面長度;φi為第i塊滑體滑面上巖土體的內(nèi)摩擦角;αi為第i塊滑體滑面傾角;αi－1為第i－1塊滑體滑面傾角。

采用以上兩種方法進行計算，第一潛在滑動面的穩(wěn)定系數(shù)為0.66，第二潛在滑動面的穩(wěn)定系數(shù)為0.59。因此在坡體支護時，應(yīng)以第二潛在滑動面作為坡體的滑動面。

3 邊坡治理方案

目前邊坡處理方案形式較多，而且都取得了預(yù)期的效果，但未能準確判定邊坡滑動面的位置，往往難于提出有效的處理加固方案。

該邊坡具有高度大，而均為土質(zhì)的特點。根據(jù)邊坡的實際工程特性，對邊坡的成熟支護方法，如擋土墻、抗滑樁、錨噴支護、樁錨支護及格構(gòu)支護等等進行綜合分析，認為各種方案都有其優(yōu)點和局限性，但為確保邊坡加固處理后的安全、穩(wěn)定，同時又最為經(jīng)濟，最終確定采用錨索+格構(gòu)梁的支護方式。

把支護邊坡分為兩級，根據(jù)土力學(xué)理論以及相關(guān)規(guī)范要求，對邊坡的下滑力進行計算，由此確定邊坡的各項支護參數(shù)。邊坡安全系數(shù)在計算中取1.5，各項支護的具體參數(shù)如表2～表4所示。

表2 第一級格構(gòu)梁設(shè)計參數(shù)

表3 第二級格構(gòu)梁設(shè)計參數(shù)

表4 錨索支護設(shè)計參數(shù)

根據(jù)具體的設(shè)計參數(shù)對該土質(zhì)邊坡進行加固處理，處理后，在坡頂埋設(shè)了3個觀測點對坡頂?shù)乃轿灰七M行了長達兩年多的監(jiān)測，坡頂位移時間曲線圖如圖4所示。

圖4 坡頂水平位移監(jiān)測曲線圖

該土質(zhì)邊坡加固后兩年多的時間里，坡頂最大水平位移量為24.63 mm，目前邊坡已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

由該工程實例可知，采用錨索+格構(gòu)梁加固高土質(zhì)邊坡是一種經(jīng)濟可行的邊坡處理方法，相對于抗滑樁，該方法相對要經(jīng)濟，為工程建設(shè)減少了大量的資金投入，同時又能確保邊坡的穩(wěn)定與安全。

［1］趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］.武漢:武漢理工大學(xué)出版社，2006:149-152.

［2］DZ/T 0219-2006，滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］鄭穎人.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2007:82-85.