基于復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及加固方法研究

王海峰

（廣東省工程勘察院土木工程，廣東 廣州 510000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的總體的飛速發(fā)展，工程項(xiàng)目建設(shè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，工程施工數(shù)量也在逐年增加，隨之安全事故也在頻發(fā)，其關(guān)鍵因素是在工程設(shè)計(jì)建設(shè)中，沒(méi)有對(duì)施工安全進(jìn)行全面考量和重視，沒(méi)有真正把地質(zhì)環(huán)境的影響因素列入設(shè)計(jì)方案當(dāng)中，尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件下施工區(qū)域高邊坡的安全隱患問(wèn)題沒(méi)有得到重視。本文介紹的是西北某地區(qū)施工項(xiàng)目邊坡開(kāi)挖工程，從而深入研究工程的邊坡安全防護(hù)措施以及對(duì)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方式，提出了復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及加固措施，以供以后類似施工的借鑒和參考，本文將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)邊坡滑坡災(zāi)害破壞范圍預(yù)測(cè)

針對(duì)坡體滑坡現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致的距離滑動(dòng)的根本原因表現(xiàn)在幾個(gè)方面：初始速凍對(duì)坡體滑出的影響；坡體的坡度影響；墊滑層摩擦系數(shù)的影響；墊滑層高差的影響等。滑動(dòng)位移使用的計(jì)算器公式為：

其中：

上面公式中，vmas表示滑坡體最大滑速，m/s；最大距離的滑坡體運(yùn)移用Lmas表示，m；H表示為墊滑層高差，m；重力加速設(shè)定為g，m/s2；L為設(shè)定的滑墊層的水平距離，m；而f表示的是墊滑層的動(dòng)摩擦系數(shù)；滑動(dòng)最大方向與墊滑層的夾角設(shè)定為a，度；剪出的滑坡體的初始速度設(shè)定為v0，m/s；進(jìn)行滑動(dòng)后，堆積物前緣到重心的距離設(shè)定為d，m；墊滑層的坡度設(shè)定為θ，度；滑坡體滑動(dòng)距離可以利用上述公式求得，而且可以對(duì)影響危的的寬度和范圍進(jìn)行有效確。

2 滑坡原因剖析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 分析滑坡的原因

在本文研究的工程案例中，粉質(zhì)黏土是該研究區(qū)域滑坡體的地質(zhì)類型，其中夾雜著一些碎石塊，而下層的滑坡塊的地質(zhì)類型為中度風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂質(zhì)和破碎的砂巖，滑坡體就是該物質(zhì)的兩種類型。泥粉質(zhì)砂巖和砂巖是該施工項(xiàng)目的滑坡區(qū)域的地質(zhì)層構(gòu)造，表現(xiàn)傾向一致的基巖和坡體坡向。在發(fā)生邊坡的滑動(dòng)狀況后，對(duì)坡腳清理作業(yè)缺乏應(yīng)有的加固措施，山體邊坡容易產(chǎn)生前緣臨空狀態(tài)，更加重了滑坡的滑動(dòng)程度。

2.2 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

本文的工程施工為西北走向?yàn)橹鳎浞轿粸?8度。為了準(zhǔn)確地計(jì)算和檢測(cè)該滑坡的穩(wěn)定性狀況，利用折線法進(jìn)行反算滑坡體滑動(dòng)的位移c.φ值，然后復(fù)核針對(duì)暴雨引發(fā)的滑坡體滑動(dòng)位移的影響程度，利用下面的公式計(jì)算：

下面的圖1為計(jì)算分塊圖，按照正常作業(yè)的情況下，實(shí)施模擬計(jì)算，c=21kpa，φ=16.85。如果發(fā)生暴雨降臨，巨大的積聚的雨水通過(guò)邊坡滑坡的縫隙流進(jìn)巖石的土層中，對(duì)巖石土層的重度造成影響，同時(shí)巖土體中c值和φ值也相應(yīng)降低。當(dāng)真正發(fā)生暴雨的情況下，利用對(duì)該地區(qū)滑坡體的完全穩(wěn)定系數(shù)實(shí)施計(jì)算得出Ks=0.89。如果暴雨長(zhǎng)時(shí)間肆虐，還可以導(dǎo)致地表水流進(jìn)滑坡內(nèi)部，顯著影響滑坡體自身的重量，也通過(guò)會(huì)降低巖體的C值和φ值，更加劇了滑坡體的滑動(dòng)程度。

圖1 計(jì)算分塊圖

3 滑坡治理方案

詳細(xì)情況見(jiàn)圖2。本文研究的工程項(xiàng)目施工中，邊坡滑坡現(xiàn)象的發(fā)生和施工中的開(kāi)挖工作有直接的關(guān)系，因?yàn)橥诰驅(qū)е缕麦w上部因?yàn)闋恳l(fā)生張拉的裂縫，被大量的雨水浸潤(rùn)后滑坡體發(fā)生活動(dòng)，這樣的問(wèn)題類型為牽引型順層滑坡。在此基礎(chǔ)上實(shí)施模擬計(jì)算，如果降雨長(zhǎng)期進(jìn)行，滑坡安全穩(wěn)定系數(shù)設(shè)定為0.89，條例規(guī)范的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25~1.35，不難看出，本文介紹的邊坡滑坡的穩(wěn)定安全系數(shù)明顯低于工程施工監(jiān)理方所規(guī)定的安全系數(shù)，這足以表明該階段的邊坡不穩(wěn)定性很高，滑動(dòng)的程度還會(huì)繼續(xù)加劇，務(wù)必根據(jù)情況進(jìn)行必要的加固措施。另外，在進(jìn)行對(duì)邊坡開(kāi)挖的時(shí)候，如果對(duì)邊坡的防護(hù)加固措施實(shí)施不及時(shí)或者沒(méi)有實(shí)施，都會(huì)增加坡體滑動(dòng)的可能性。應(yīng)該設(shè)立有效地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控滑坡體的狀況，根據(jù)具體情況進(jìn)行必要的防護(hù)加固措施，同時(shí)要重視排水工作。

圖2 邊坡的整治設(shè)計(jì)圖

3.1 坡體減載措施

按照坡體整治的設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行挖除地質(zhì)層的第四系殘積黏土后，邊坡率的四個(gè)等級(jí)就自上而下地自然形成了。四個(gè)等級(jí)為 ：1：1、1 ：1、1：1和1：25。

3.2 支擋加固措施

支擋加固的關(guān)鍵步驟，必須安裝設(shè)置第一級(jí)平臺(tái)上的預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁。錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)和形體為截面形式的矩形樁，規(guī)格為2.1m×3m，中心距離為6.1m，其長(zhǎng)度為17.5m，錨索以三角形的形式進(jìn)行布置，錨固的角度為245、275，錨固的深度為7.3m，錨固段長(zhǎng)度是10.2m，錨索的拉力設(shè)計(jì)為723kN；第二級(jí)邊坡的規(guī)劃設(shè)計(jì)為三排預(yù)應(yīng)力錨索架，錨索的拉力為703kN，錨固長(zhǎng)度為10.2m，橫向間距為3.03m，自由端總長(zhǎng)為26m。按照設(shè)計(jì)規(guī)劃，第一級(jí)和第三級(jí)的設(shè)置均為三排非預(yù)應(yīng)力錨桿框架，大大提升了滑坡體局部的穩(wěn)定性。

3.3 截排水措施

區(qū)域地質(zhì)邊坡的截排水治理措施設(shè)定為三種方式：第一，利用黏土修補(bǔ)滑坡體的裂縫和坡體周圍的裂縫，在邊坡上部修建一個(gè)截水的天溝，而且每一級(jí)的頂部都要構(gòu)建同樣的天溝，有效阻絕水溝的形成；第二，在坡腳的位置安裝平孔排水設(shè)施，借助這樣裝置把大量的雨水排出坡體；第三，在坡面的范圍內(nèi)修建不同的排水溝和排水孔。

3.4 模擬滑坡治理效果的數(shù)值

3.4.1 計(jì)算模型設(shè)計(jì)

計(jì)算模型在確定之前，首先要考慮一些相關(guān)的條件，主要包括幾個(gè)方面：處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)候，山體才可以開(kāi)挖；滑面位置確定必須借助于現(xiàn)場(chǎng)的鉆孔和地質(zhì)勘測(cè)的優(yōu)勢(shì)，然后按照山體天然的原始坡面計(jì)算原始應(yīng)力場(chǎng)；設(shè)定均質(zhì)體中包含地質(zhì)層中的泥質(zhì)粉砂巖，且內(nèi)含一個(gè)滑面。邊坡進(jìn)行挖掘后，研究分析的關(guān)鍵是開(kāi)挖造成的坡體破壞模式和坡體位移情況。該計(jì)算模型高度為60.2m，長(zhǎng)度為160.3m，簡(jiǎn)化路面標(biāo)注要取路面標(biāo)高以下10m，根據(jù)山坡自然邊坡的狀況進(jìn)行。考慮到其他負(fù)荷無(wú)法影響到該巖土，影響坡體滑動(dòng)的只是自身重應(yīng)力，邊坡離散元模型劃分為2240個(gè)單元，按照最后模型試驗(yàn)結(jié)果顯示，可以確定的滑面強(qiáng)度的參數(shù)為：c=15kPa，φ=15。

3.4.2 模擬開(kāi)挖結(jié)果研究

本文案例工程開(kāi)挖邊坡的坡度是1：1，開(kāi)挖后該滑坡體有所滑動(dòng)，參照現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和鉆孔的資料，對(duì)滑坡體滑動(dòng)的滑面實(shí)施確定，滑移最大值在滑面前端，數(shù)值為3.62m。當(dāng)坡體滑動(dòng)最嚴(yán)重的那一面從邊坡上部向下滑動(dòng)位移80厘米，拉裂縫就已經(jīng)明顯在表面出現(xiàn)，進(jìn)行勘察的實(shí)際結(jié)果為：位置總體符合，模型模擬運(yùn)算的結(jié)果與實(shí)際勘察滑坡體的結(jié)果基本相同。

3.4.3 比較分析模擬支護(hù)結(jié)果

本文研究的工程模擬滑坡現(xiàn)象造成的邊坡后續(xù)結(jié)果以及相關(guān)的加固辦法，采用錨索抗滑樁進(jìn)行滑坡固定是最有效的手段，還可以利用清坡和減緩破等措施。更要依照具體狀況實(shí)施結(jié)構(gòu)單元模型的設(shè)計(jì)，與此同時(shí)，該項(xiàng)目的山體滑坡所造成的最大位移數(shù)據(jù)也可以利用該模型的模擬計(jì)算得出，具體數(shù)值為2.0cm，這個(gè)數(shù)據(jù)足以說(shuō)明該工程的坡體還是比較穩(wěn)定的。針對(duì)不穩(wěn)定的滑體情況，利用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁對(duì)滑面很大的滑坡進(jìn)行綜合治理，已經(jīng)取得了顯著的治理效果。在本文研究的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，比選兩種支護(hù)方案，即懸臂樁和預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁的比選，經(jīng)過(guò)比選和試算，確定錨桿樁的形狀為截面形式的矩形樁，規(guī)格為2.2m×3m，錨固的深度為7m，錨樁長(zhǎng)度是17m，中心間距6.1m。在本文研究的工程中，最大正數(shù)的錨拉樁的彎矩值為25905 kN·m，懾大剪力值為13802kN；懸臂樁最大正彎矩值為35045kN·m，最大剪力值為16753 kN·m，試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，對(duì)最大剪力值進(jìn)行比較，懸臂樁比錨拉樁大16.3%，從最大彎矩值比較，懸臂樁比錨拉樁小25%。這樣的數(shù)據(jù)表明，樁身截面和錨固深度通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索樁得到了明顯的縮減，同時(shí)樁身的內(nèi)力得以降低，是目前最佳的支護(hù)措施。

4 結(jié)論

本文研究的課題是基于復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及加固方法研究，采用的是西北某地區(qū)項(xiàng)目的挖方邊坡工程，對(duì)該工程中邊坡的安全穩(wěn)定相關(guān)評(píng)價(jià)實(shí)施研究，提出了最適合國(guó)內(nèi)復(fù)雜地形工程項(xiàng)目邊坡挖方的安全防護(hù)措施以及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系，推理出的幾點(diǎn)結(jié)論表現(xiàn)在三方面：

（1）針對(duì)邊界超過(guò)狀況和土質(zhì)不良的邊坡，在進(jìn)行挖掘設(shè)計(jì)的時(shí)候務(wù)必對(duì)開(kāi)挖后的邊坡進(jìn)行及時(shí)的支護(hù)；同時(shí)在邊坡挖掘的時(shí)候，時(shí)間的選擇也是極其重要的，盡量避開(kāi)雨季大量雨水引發(fā)的滑坡，針對(duì)該問(wèn)題解決的措施是優(yōu)化排水工程。

（2）本文研究工程的綜合治理手段，最核心的是根據(jù)具體的情況設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)單元模型，而且利用模型的計(jì)算得出本研究工程邊坡滑坡最大位移數(shù)值為2厘米，足以反映坡體的穩(wěn)定性。

（3）針對(duì)不穩(wěn)定的滑坡體，效果顯著的整治措施是利用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁進(jìn)行滑坡治理。該方案可以明顯減少錨固的深度和樁身的截面，降低了樁身的內(nèi)力。同時(shí)也大大節(jié)約了原料，降低了工程造價(jià)，減少了地下工作量，抗滑坡效果顯著提升。