復雜場地邊坡穩定性分析與處治

黃待望HUANG Dai-wang；連煜晧LIAN Yu-hao；周奇輝ZHOU Qi-hui

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州 311122）

1 工程概況

擬建工程規劃區場地分布高程833～1065m，南北向長約1000m，東西向寬450～740m，面積約49.20 公頃，地勢西北高、南東低，斜坡原始自然邊坡坡度約20°。規劃區內主要為居住用地、公共設施用地、工業用地、物流倉儲用地、道路廣場用地、綠化用地等。

前期各階段勘察結論基本一致：新集鎮場地穩定性為“穩定性差”場地，場地適宜性為“適宜性差”。經過針對性工程措施處理后，可用于工程建設。根據地勘結論，進行了場地邊坡支擋措施設計并進行施工。在施工過程中，場地C 區QB3-45 擋墻（高程約1000m）開挖后，臨時邊坡出現明顯變形，至十余天后變形區土體已全部散體，在距槽段后方27~35m 處發現5 條拉裂縫。之后，施工單位對該區域變形體進行削坡卸荷至滑動面。施工單位對場地C 區QB1-17（高程877~887m）擋墻基槽進行開挖，擋墻基槽開挖深度1.5～3m。在基槽開挖過程，基槽上部土體有變形跡象，后方高程883～890m 山坡有大量裂縫出現。

為查明原因，通過采用豎井、坑探槽等勘探，結合現場施工的擋墻基槽及沖溝開挖，現場取樣和試驗等手段進行了補充勘察，發現場地大部分基覆界面分布有粉土質礫或含礫黏土等軟弱土層，厚度一般10~60cm 不等，現場取樣試驗表明，軟弱土層物理力學性狀差，對場區局部穩定性起控制作用。引起場區含礫粘土和粉土質礫的分布范圍增大的原因主要有：施工場地為斜坡地形，場地地基條件復雜，場地軟弱土層的成因、分布、性狀變化大，超出了規程規定勘探精度的控制范圍。雖然該場地初步選址、選址、場地詳細勘察各個階段的勘探點間距、勘探孔深度和工程地質評價均滿足規程規范的要求，但場地植被茂密，表部孤石多，前期采用以鉆探為主的勘探方法，鉆探對厚度很薄的軟弱土層適應性較差，取芯容易遺漏含礫黏土、粉土質礫等軟弱夾層，給地質分析判斷造成困難。補充勘察時改進了勘探手段，主要采用挖掘機開挖探井、坑槽來查明軟弱土層的性狀、成層性及分布范圍。

由于場地邊坡穩定條件發生了較大變化，因此，有必要根據查明的地質條件對原設計方案進行穩定性復核，如果場區邊坡穩定性不能滿足規范要求，則要采取新的邊坡處理方案。

2 場地穩定性分析

結合補勘結果，施工場地C 區覆蓋層呈三層結構，上部①碎石混合土，堆積稍密～中密，其下②碎塊石，呈松散～稍密狀，基覆界面大部分有③-2 粉土質礫分布，局部有③-1 含礫粘土分布。基覆界面處分布的③層含礫粘土、粉土質礫力學性狀差，遇水易軟化，且順層面傾向坡外，是控制邊坡整體穩定性的關鍵因素。在施工場地C 區內發育C1-1、C3-1、C3-3 變形體，且三個變形體規模都不大。

2.1 邊坡穩定安全系數選取

邊坡工程設計標準主要根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013），并參考《水電水利工程邊坡設計規范》（DL/T5353-2006）執行。

①根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2013）對于邊坡穩定安全系數規定，本工程屬于永久邊坡，此時宅基地房屋投入使用，邊坡工程安全等級為一級。各工況安全系數見表1。

表1 安全系數表

②參考電力行業標準《水電水利工程邊坡設計規范》（DL/T5353-2006），邊坡穩定計算工況如下：1）持久工況：自重+地下水壓力（常態）+加固力；2）短暫工況：自重+地下水壓力（常態）+加固力＋暴雨；3）偶然工況：自重+地下水壓力（常態）+加固力+地震作用。

根據工程設計等級，本工程設計級別應為Ⅰ級防治工程，屬于B 類水庫邊坡，各工況安全系數見表2。

表2 安全系數表

綜上所述，本工程各工況的安全系數如表3 所示。

表3 安全系數表

2.2 計算方法與計算參數

2.2.1 計算方法

本次采用加拿大公司開發的Rocscience 系統軟件中的Slide 模塊，進行穩定性分析計算。穩定計算方法采用摩根斯坦（Morgenstern-Price，簡稱M-P）法。摩根斯坦法（MP）法則考慮了條塊間的剪應力和正應力，同時滿足力矩平衡和力的平衡條件，是一種隱式解法。對于折線滑動面，建筑邊坡、水利水電邊坡規范均推薦此種算法。

2.2.2 計算參數

①土層參數。考慮到本工程的地下水位埋深與現場施工揭露情況，一般工況中的基覆界面軟弱土層采用飽和參數，上部其它土層采用天然參數。計算土層物理力學參數取值參考地質建議值，如表4 和表5 所示。②地震參數。本地區地震動峰值加速度為0.20g，相當于地震基本烈度為Ⅷ度。③計算荷載。道路荷載20kPa，房屋荷載15kPa/層，房屋按建筑總布置圖示意的建筑層數取值，移民住宅場地原則上一般住宅按地面3 層控制，帶底商住宅按地面4 層考慮。

表4 土層物理力學參數取值表

由于邊坡穩定主要受基覆界面軟弱土層控制，一般工況時，該軟弱土層已采用飽和物理力學參數，則暴雨工況時邊坡穩定安全系數與一般工況差別較小，不起控制作用。因此，僅分析一般工況和地震工況。

2.3 原設計方案穩定性分析

對采取原設計方案的施工場地C 區邊坡進行穩定性分析，對比在原地勘結論和補勘結論下邊坡穩定性安全系數。取幾個地質條件較差的剖面進行檢算，結果發現，在原地勘結論下，剖面12 在一般工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.616；在地震工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.462，均滿足規范要求。而基于補勘結論，剖面12 在一般工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.208；在地震工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.048，不能滿足規范要求。

剖面12 基覆界面軟弱土為③-1 含礫粘土層，覆蓋層分布有②混合土塊石、①碎石混合土、②碎塊石層，下伏基巖為強風化及弱風化玄武巖。該剖面后緣，在高程約1020m 以上在隱晶質玄武巖頂面和底面分別分布有③-1含礫粘土和C8 層間錯動帶共兩層相對軟弱層。

對剖面12 進行計算，結果如圖1 和圖2 所示。

圖1 剖面12 穩定性計算結果（一般工況）

圖2 剖面12 穩定性計算結果（地震工況）

由計算結果：一般工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.028（后緣）/1.255/1.218（前緣）；地震工況下，邊坡穩定安全系數最小為0.897（后緣）/1.116/1.093（前緣）。

安全系數小于規范要求的滑動面剪出口有3 處，其高程分別為：1011m（4#商業街后緣）、900m（政府、行政服務中心后緣）、870m（855 宅基地后緣邊坡）。

3 治理方案

基于補勘結論，場地C 區原設計方案的邊坡穩定安全系數無法滿足規范要求，需要進行設計變更。針對本工程場地的實際情況，可行的治理思路一般有：①抗滑支擋；②卸土或換土回填。

采取設計變更時，工程場地C 區的擋墻已建成約70%，且根據移民安置安排，C 區大部分場地要先行移交村民建設房屋。若對C 區采用卸土方案，則需要拆除較多已建擋墻，且難以滿足移民安置計劃。因此，從經濟和移民安置進度方面考慮，C 區不宜采用卸土或換土回填方案。因此，需選擇抗滑支擋的治理方案：基本維持原規劃設計不變，根據邊坡穩定性分析結果以及現場施工實際情況，采取抗滑樁或巖基擋墻進行支擋，局部有條件的區域進行卸土減載。

抗滑支擋結構可以采用巖基抗滑擋墻或抗滑樁。考慮到巖基擋墻施工期的穩定性，對部分巖基擋墻在開挖前需要在其上方打設圍護樁，因此，共有3 種支擋方案進行比選，分別為：①巖基擋墻+圍護樁；②抗滑樁；③巖基擋墻+抗滑樁。設置抗滑支擋結構的基本思路如下：根據計算的剪出口位置，確定需要設置抗滑支擋結構的位置；在這些位置或附近，布置抗滑支擋結構，并通過調整高程、卸土減載等措施來對其進行優化；若為巖基抗滑擋墻，則對其開挖過程臨時邊坡進行穩定分析，若無法滿足設計要求，則增設圍護樁。

經技術、經濟比較，同時綜合考慮施工難易程度和施工工期，本工程選擇抗滑樁的方案，相比巖基擋墻+圍護樁、巖基擋墻+抗滑樁方案來說，其優點主要有：①抗滑樁施工對場地的擾動小，有利于場地施工期的穩定；②部分斷面較小的抗滑樁采用鉆孔灌注樁，對場地內其它項目施工的影響較小，工期相對較短。

3.1 抗滑樁設置

根據剖面12 計算的剪出口位置，4#商業街開挖后在1010~1030m 存在剪出風險，由于此處覆蓋層較深（約18m）且地形較陡，因此在該范圍設置一排抗滑樁；在政府、行政服務中心后緣890～910m 存在剪出風險，設置一排抗滑樁。采用的抗滑樁尺寸根據相應剖面計算得出，各抗滑支擋結構的位置及尺寸見表6。

表6 抗滑樁方案抗滑支擋結構列表

3.2 新設計方案穩定性分析

對采取新設計方案的施工場地C 區的12 剖面進行檢算，采用和2.2 節同樣的計算方法，分析邊坡穩定性安全系數。場地內基覆界面存在含礫粘土，需采用折線法計算沿該軟弱土層滑動的邊坡穩定安全系數。由計算結果：一般工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.355；暴雨工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.354；地震工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.198。對于土體邊坡，還需要驗算在覆蓋層內圓弧滑動的可能，故采用圓弧滑動法計算邊坡安全系數。由計算結果：一般工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.870；暴雨工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.650；地震工況下，邊坡穩定安全系數最小為1.684。

由以上結果可知，采用新的治理方案后，無論在何種工況，邊坡穩定安全系數均滿足規范要求。

4 結論

對于在復雜場地依據前期勘察結論進行邊坡處治設計，出現了施工開挖后局部邊坡開裂變形等現象，后進行補勘發現場區含礫粘土和粉土質礫的分布范圍增大的問題，需要對原設計方案進行穩定性復核，再提出相應的處治措施。本文對復雜場地邊坡進行穩定性分析與處治，得到以下結論：①根據補勘結論，取幾個地質條件較差的剖面進行檢算，發現工程范圍內的邊坡整體穩定性好，但場地C 區剖面12 在一般工況和地震工況下，邊坡穩定安全系數均不滿足規范要求，均有可能發生變形破壞。因此對于場地C 區內邊坡，應該進行工程治理。②綜合工程技術、經濟成本比較，抗滑樁施工對場地的擾動小，有利于場地施工期的穩定，且部分斷面較小的抗滑樁采用鉆孔灌注樁，對場地內其它項目施工的影響較小，工期相對較短，因此本工程邊坡宜采取抗滑樁支擋措施。③采用抗滑樁支擋后，建設場地邊坡的穩定性得到大幅提高，邊坡穩定系數在一般工況、地震工況以及暴雨工況下，均滿足設計標準要求。可知經過采用適當的工程處理措施后，場地是穩定的，滿足鎮區建設用地的要求。