順向巖質邊坡加固治理設計實踐

張黔飛

1.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081

2.中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院巖土工程有限公司，貴州 貴陽 550081

工程邊坡按照巖土組成可分為土質邊坡、巖質邊坡、巖土混合邊坡[1]，其中，巖質邊坡相對土質邊坡較為穩定，邊坡失穩多發生于土質邊坡，但巖質邊坡中有一種邊坡較為特殊，那就是順向巖質邊坡，該類邊坡一旦失穩，其破壞力將遠大于同等規模的土質邊坡。

大多數順向邊坡均是工程開挖形成臨空坡面，其坡頂為仍為自然邊坡，采用錨索或錨桿進行錨固一般都有一定的射入角，以錨索或錨桿的抗拔力來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平開挖形成臨空面，從而形成一級臺階形式的工程邊坡，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滑動面，同時為方便施工，錨桿采用豎直打入，運用錨桿抗剪力來抵消邊坡滑體的剩余下滑力，相當于錨筋樁，施工以輕型機械為主，施工方便快捷，并且對場地條件要求低，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，為某倉庫（以下簡稱一號倉庫）建設用地場平開挖形成的工程邊坡，因其北側的一號倉庫場地±0.00m標高與南側的二號倉庫場地±0.00m標高不同，兩地塊場地開挖便形成一個臺階，即該案例邊坡。邊坡長290m，坡高10～15m。邊坡巖體由薄層狀泥質灰巖組成，節理裂隙及軟弱結構面發育，巖體較破碎，完整性較差，邊坡巖體類型為Ⅳ類，實測巖層產狀175°∠18°，邊坡坡向166°，為順層巖質邊坡[3]，邊坡為永久性邊坡。邊坡坡腳為二號倉庫場地，邊坡坡頂為一號倉庫場地，邊坡若被破壞，將會危及一號倉庫及二號倉庫場地內建構筑物和場內人員的生命財產安全，造成嚴重后果。根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013），結合邊坡高度及破壞后果的嚴重性，判斷該邊坡安全等級為二級[4]。根據業主要求，在有限的放坡條件下采取支護措施，邊坡支護暫不考慮一號倉庫建筑規劃布置，屆時坡頂建筑布置、基礎形式及埋深考慮案例邊坡條件確保安全。

1.2 邊坡主要技術難點

由于巖層傾向和坡向基本一致，兩場地場平開挖后，巖層層面、層間軟弱夾層均已臨空出露，順向邊坡穩定問題突出。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滑動面，同時場地限制導致斜向錨桿不易施工，因此該案例邊坡創新性地采用國內外均鮮有使用的豎向錨桿方式進行支護處理，可供參考的工程實例較少。

2 工程地質條件

2.1 基本地質條件

邊坡位于一號倉庫建設場地南側，二號倉庫后側（北側），現狀邊坡坡腳起于二號倉庫征地紅線，坡腳高程為1280.0～1285.9m，坡頂為一號倉庫場地，場平高程為1295.5m。邊坡相對高差9.6～15.5m。場地主要涉及三疊系下統大冶組（T1d）中風化泥質灰巖，薄層狀結構，軟弱層面及節理裂隙發育，巖體較破碎，厚度很大，未揭露下限。邊坡巖層總體呈單斜產出，產狀175°∠18°，邊坡開挖坡面坡向166°，巖層傾向與坡面傾向呈小角度斜交，為順層巖質邊坡。巖層層面起伏粗糙，充填巖屑并夾泥，層面結合程度很差，相當于軟弱夾層，遇水后易軟化或泥化。場區內無地表水系。根據場區地下水特征，將場區內地下水類型劃分為第四系上層滯水和基巖巖溶裂隙水。

2.2 邊坡巖體與結構面參數

根據室內物理力學試驗及東側某商城場平工程北側順向邊坡滑動反演分析，該案例邊坡巖體物理力學參數指標建議值如表1、表2所示。

表1 巖體物理力學參數建議值表

表2 巖體結構面物理力學參數建議值表

2.3 邊坡巖體結構與可能破壞類型

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

3 邊坡穩定分析

3.1 邊界條件及基本計算參數

（1）滑動邊界組合形式。①底滑面：根據勘察資料表明，邊坡巖體由薄層狀泥質灰巖組成，邊坡巖層層面起伏粗糙，充填巖屑且局部夾泥，層面結合程度很差，遇水浸泡可演變成泥化夾層，可構成邊坡滑動的底滑面。②后緣切割面：邊坡后緣即為邊坡坡頂一號倉庫場地，該場地面積較大，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，臨空面的存在對于邊坡的穩定性極為不利。

（2）滑動范圍的確定。案例邊坡滑動邊界組合形式較為簡單，選擇以坡腳最底部層面作為底滑面的滑坡體的范圍，相當于邊坡坡體整體失穩滑動，并以此為依據進行邊坡穩定性分析計算。

（3）計算參數的選取。由前述可知，計算模型中的邊坡滑動主要為層面控制，主要選取表2中的飽和工況下的層面參數，該參數通過同地層巖性、同產狀構造的東側某商城場平工程滑坡案例反演得出，按照泥化夾層進行設計，并為保險起見，在坡頂考慮50kPa均布荷載。

3.2 剛體極限平衡計算

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

（2）計算公式的確定。據《建筑邊坡工程技術規程》（GB 50330—2013）附錄A.0.2，以及現場邊坡的構成條件，選用平面直線滑動計算公式對典型剖面穩定性系數進行計算，其計算公式如下：

式中：FS為邊坡穩定系數；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，方向指向下方時取正值，指向上方時取正值；θ為滑面傾角，°；Q為滑體單位寬度水平荷載，kN/m，方向指向坡外時取正值，指向坡內時取負值；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為滑面的內摩擦角，°；C為滑面的黏聚力，kPa；L為滑面長度，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）計算結果及穩定性評價。由于邊坡排水條件良好，此次計算不考慮水壓力，即V=0，U=0。在坡頂考慮50kPa×25.0m附加豎向應力Gb，水平荷載Q為0。根據計算，案例邊坡穩定系數為0.98，邊坡處于不穩定狀態（臨界穩定），需要進行加固治理。

4 邊坡設計

4.1 邊坡治理思路與原則

根據邊坡穩定計算結果及業主要求，采用經濟的、易于施工的支護措施，滿足設計要求的同時兼顧環境美觀和諧，邊坡設計安全系數Fst取1.30。

4.2 設計方案

根據前文分析，邊坡坡體按照1∶1.25坡比進一步削坡，并采用錨桿+格構梁系統的錨固巖體。錨桿采用豎直打入，運用錨桿抗剪抵消剩余下滑力，將邊坡整體穩定性系數提高至1.30以上。治理工程的坡腳起于貴陽市二號倉庫場地邊線，坡腳處高程為1280.0～1286.0m，坡頂為場平高程1295.5m，最后出于環境美觀考慮，在柵格內噴播植草覆蓋。

4.3 治理后邊坡穩定計算

（1）削坡后剩余下滑力計算。根據計算，削坡后邊坡穩定系數Fs=1.04，可算出設計安全系數Fst=1.30時的剩余下滑力T滑＝428.53kN/m，因此需要進一步采用錨桿固定來抵消剩余下滑力。經計算，該巖質邊坡不存在側向巖壓力，采用邊坡巖體剩余下滑力作為支護結構的設計荷載[6]。

（2）錨桿支護后邊坡穩定性驗算。根據相關規范及構造要求，設計錨桿長度分別為6m、9m，為全長黏結型錨桿，坡面間隔布置（水平和豎向間距分別為2.5m、1.8m），選用規格為3Φ28mm的HRB400三級鋼筋，截面積為（3×615.44）mm2，抗剪強度設計值為205N/mm2。

由于邊坡排水條件良好，此次計算不考慮水壓力，即V=0，U=0，仍在坡頂考慮取1250kN/m附加豎向應力Gb，水平荷載Q為0。經計算，在錨桿支護后，邊坡穩定系數達到2.59，滿足二級永久邊坡穩定安全系數1.30的要求。邊坡典型治理斷面及穩定性驗算斷面如圖1所示。

圖1 邊坡典型治理斷面及穩定性驗算斷面

5 結論

（1）案例邊坡開挖高度為10～15m，長度為290m，其規模并不算大，但該邊坡有著順向邊坡、薄層狀、軟弱夾層等特征，為邊坡的支護設計帶來一定挑戰，同時在案例邊坡東側某商城場地發生大規模順層巖質邊坡滑坡的情況下，該案例邊坡的治理設計更具有挑戰性。但該案例邊坡經過加固處理后，近幾年在各種暴雨工況影響下，邊坡依舊穩定，坡體未發現明顯變形及異?，F象，邊坡的加固處理設計無疑是成功的。

（2）該案例邊坡采取以放坡+豎向錨桿+格構梁為主，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內外均較少見，取得了順層邊坡理論分析計算和加固處理技術上的創新性突破，可以為今后類似工程邊坡提供參考。