魏小佳

(四川志德巖土工程有限責任公司，四川 成都 610094)

0 引言

我國幅員遼闊，全國70%面積均為山區(qū)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的進行，城市建設(shè)逐漸向山區(qū)擴張。山區(qū)因自然改造形成較多的自然災(zāi)害，此外人類工程活動也將產(chǎn)生較多的工程滑坡、邊坡等[1]。尤其是四川地區(qū)，除成都平原和川西山區(qū)以外，大多城市都位于紅層地區(qū)的丘陵地帶，高低起伏的地形嚴重制約著城市建設(shè)的開展。丘陵地區(qū)進行工程建設(shè)，避免不了較大規(guī)模的開挖和回填，從而形成較高的邊坡工程。邊坡工程治理以“繞避、排水、支擋、減重、反壓”等[2-3]措施為指導(dǎo)方針，加固應(yīng)考慮邊坡的順應(yīng)性和協(xié)調(diào)性，充分利用大自然的自穩(wěn)性去改造非自穩(wěn)的自然條件，充分發(fā)揮圍巖的自動調(diào)節(jié)能力使之處于新的力學平衡穩(wěn)定狀態(tài)[4-6]。邊坡加固其實質(zhì)是改變邊坡的原有力學平衡條件，減小邊坡的下滑力和增大邊坡的抗滑力來實現(xiàn)坡體平衡[7]。

川南紅層地區(qū)，受地質(zhì)構(gòu)造影響，巖層傾角較大，開挖后不可避免出現(xiàn)順層邊坡。當前順層巖質(zhì)邊坡的治理方案有直接加固法和間接加固法。直接加固法主要有常見的擋墻、抗滑樁、錨索等，間接加固法主要有清坡、注漿加固、防排水工程及放緩邊坡等。通常在工程的加固設(shè)計中會采取兩種或多種加固方法以保證邊坡正常運營[8-9]。

清坡能很好的減少邊坡的下滑力，增大其穩(wěn)定性，施工快捷，經(jīng)濟性較好。當用地條件受限的情況下，放坡不能完全保證邊坡的安全，此種情況下，為滿足規(guī)劃及總平面要求，盡量利用可用地范圍，需要采用組合支護形式進行治理。本文以具體工程實例為依托，在有限的條件下，充分利用用地情況，優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)組合形態(tài)，力求方案經(jīng)濟可行。

1 工程概況

1.1 地形地貌

本項目位于川南長江沿岸，地貌單元屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌?？偯娣e約2×105m2，其中商業(yè)用地1.4×105m2，公共綠地60 000 m2，南臨長江，風景秀麗，交通便利。

1.2 自然地理氣候

川南東靠長江，西接大小涼山，南接云南，北連川中腹地，素為川南形勝，自古以來，就是川南、滇東北一帶重要的物資集散地和交通要沖。

項目所在區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風氣候，低丘、河谷地帶有南亞熱帶的氣候?qū)傩?。具有氣候溫和、熱量豐足、雨量充沛、光照適宜、無霜期長、冬暖春早、四季分明的特點。年平均氣溫18℃左右，年平均降水量1 050 mm～1 618 mm，5月～10月為雨季，降水量占全年的81.7%，主汛期為7月～9月，降雨量更集中，占全年總降雨量的51%。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域大地構(gòu)造位置處于揚子準地臺的四川臺坳南緣，地質(zhì)構(gòu)造受川東平行褶皺帶的影響，形成由東北向西南延伸的平行小背斜、小向斜，形成不規(guī)則的帶狀、塊狀。一個是東北起自金坪向西伸到翠屏山的觀斗山背斜，一個是東北自志城鄉(xiāng)的羔羊村西南到南廣鎮(zhèn)至弓背田的七星山背斜。兩個背斜之間有與之平行、東北起高店鄉(xiāng)五村、西南到白沙場的龍頭山向斜。觀斗山背斜西為與之平行的蟠龍向斜和鄧關(guān)背斜。場地所處位置為觀斗山背斜的南東翼。

總體來說，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造和地震活動微弱，歷史上從未發(fā)生過強烈地震。

2008年汶川8.0級強震，該場區(qū)均未遭受破壞性地震危害。從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造來看，該場地屬于相對穩(wěn)定場地。

1.4 地震效應(yīng)

根據(jù)GB 18306—2015中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖和GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)有關(guān)規(guī)定，擬建場地設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計特征周期0.40 s，設(shè)計地震分組為第二組，抗震設(shè)防烈度為7度，場地類別為Ⅱ類場地。

1.5 水文地質(zhì)條件

1)地表水。擬建場地無地表水分布。

2)地下水埋藏條件。場地在地貌單元上系剝蝕型淺丘地貌，場地內(nèi)的地下水主要為賦存于地勢低洼地帶的上層滯水，少量為賦存于場地內(nèi)填土層的上層滯水和基巖裂隙水。受季節(jié)影響非常明顯，旱季地下水貧乏，水文地質(zhì)條件簡單，水量較小，無統(tǒng)一水位。

3)地下水腐蝕性評價。場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

2 邊坡基本特征

2.1 邊坡概況

擬建治理邊坡分布于地塊西側(cè)，整體成南北向展布，坡向正東，開挖后將形成長約320.0 m，高度約2.0 m～40.0 m的巖質(zhì)邊坡。原始地形整體坡度20°～35°，局部可達40°，在邊坡范圍內(nèi)，基巖埋深較淺，覆蓋層厚度約7.0 m～10.0 m，主要為素填土、粉質(zhì)黏土及含碎石粉質(zhì)黏土，基巖為砂質(zhì)泥巖和泥巖互層。

巖層傾向130°，傾角約40°～60°，巖層傾向與坡向小角度相交，為順層邊坡。開挖后，巖土體沿層面滑移-拉裂，順層整體滑動，直接威脅坡腳建筑物安全，因此需對該邊坡及時進行治理。邊坡典型剖面圖見圖1。

2.2 邊坡巖土工程地質(zhì)特征

①-1雜填土：雜色，松散，稍濕。主要以回填的風化泥巖夾碎石、磚塊、近期拆遷遺留的建筑垃圾及原建筑基礎(chǔ)和地坪殘跡為主。

①-2素填土：褐灰、灰黃色，稍濕，稍密，多為風化泥巖為主，局部以黏性土為主，含少量卵石。

②-1粉質(zhì)黏土：黃褐色、灰黃色、褐灰色，可塑，局部呈硬塑狀，稍有光澤反應(yīng)，無搖振反應(yīng)，干強度中等，韌性中等，主要由黏粒組成，含少量粉粒，手搓捻略有砂感。

②-2粉質(zhì)黏土：褐灰色，軟塑，稍有光澤反應(yīng)，無搖振反應(yīng)，干強度低，韌性低，主要由黏粒組成，含少量粉粒，手搓捻略有砂感。

③含碎石粉質(zhì)黏土：褐黃、褐灰色，松散～稍密，由風化巖層堆積而成，成分以粉質(zhì)黏土、泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，一般粒徑2 cm～8 cm，個別夾塊石、卵石，最大粒徑達15 cm。

3)侏羅紀中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)。

基巖以中風化砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，局部偶夾強風化層，巖層產(chǎn)狀130°～140°∠40°～∠60°。

④-1強風化砂質(zhì)泥巖：灰色、暗紫色，粉砂質(zhì)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。主要由石英、長石及巖屑組成，裂隙發(fā)育，裂隙充填方解石脈，巖芯多呈碎塊狀，巖質(zhì)較軟。

④-2中風化砂質(zhì)泥巖：紅褐色～紫紅色，粉砂質(zhì)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層～中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖芯多呈長柱狀，少量短柱狀，錘擊易斷。巖體較完整，天然單軸抗壓強度標準值frc=9.39 MPa，為較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

⑤-1全風化泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由黏土礦物組成，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，裂隙發(fā)育，巖芯多呈土狀。

⑤-2強風化泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由黏土礦物組成，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀，巖質(zhì)軟。

⑤-3中等風化泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由黏土礦物組成，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，巖芯多呈短柱狀、柱狀，巖體較完整，天然單軸抗壓強度標準值frc=4.77 MPa，為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

⑥中風化砂巖：細?！辛＝Y(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)，巨厚層狀構(gòu)造，風化裂隙較發(fā)育，巖芯多呈長柱狀，少量短柱狀，巖質(zhì)較硬，錘擊聲脆，飽和單軸抗壓強度標準值frc=28.80 MPa，巖石為較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。

2.3 巖土工程特性指標

2.3.1 各巖土層的工程特性指標

根據(jù)鉆探情況，綜合各項測試，各巖土層的工程特性指標值見表1。

2.3.2 結(jié)構(gòu)面性狀

巖體主要由侏羅紀中統(tǒng)上沙溪廟組薄～中厚層狀砂巖夾薄～巨厚層泥巖組成，巖體較完整，發(fā)育有兩組節(jié)理裂隙：

節(jié)理①：60°∠81°，節(jié)理②：312°∠80°，巖層層面：135°∠55°。

斜坡整體為順層巖質(zhì)斜坡，兩組節(jié)理將巖體切割成不規(guī)則大塊塊體。巖層層面起伏較粗糙，手搓有砂感，張開度1 mm～3 mm，層面泥質(zhì)浸染，但無明顯夾泥現(xiàn)象，為硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面，整體結(jié)合性差[10]。

結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標標準值如表2所示。層面狀態(tài)如圖2所示。

表1 巖土工程特性指標匯總表

表2 結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標標準值

2.4 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡開挖坡向90°，坡向與層面傾向夾角約45°，視傾角45°，屬順層邊坡，且坡角大于層面傾角，邊坡不穩(wěn)定。開挖坡向與節(jié)理②傾向夾角約138°，屬斜坡向節(jié)理，邊坡穩(wěn)定性較好；開挖坡向與節(jié)理①傾向夾角約30°，屬順坡向節(jié)理，邊坡不穩(wěn)定；但節(jié)理延伸度較短，邊坡破壞模式主要以順層滑動破壞為主。局部坡頂存在約7.0 m～10.0 m覆蓋層，存在次級圓弧滑動破壞，因此邊坡治理既要保證整體順層滑動穩(wěn)定，也要保證覆蓋層的圓弧滑動穩(wěn)定。

邊坡節(jié)理赤平投影圖見圖3。

3 邊坡支護方案設(shè)計

3.1 重難點分析

本邊坡為順向巖質(zhì)邊坡，整體穩(wěn)定性較差，巖體容易沿層面發(fā)生順向滑移，威脅坡腳建筑物安全；此外，切坡后應(yīng)力重新分布，易產(chǎn)生新的次生裂隙，進而造成邊坡失穩(wěn)。

本工程主要難點如下：

1)邊坡最大支護高度約40.0 m，且為順層巖質(zhì)邊坡，坡腳即為待建重要建筑物，安全等級較高，支護難度較大。

2)由于用地紅線限制，放坡空間僅約30.0 m，放坡坡度受限，不能通過放緩坡來減少順層滑動力，因此只能通過較強的支護措施來抵抗順層滑動力，無疑給支護設(shè)計帶來了較大的挑戰(zhàn)。

3)地層變化較大：本邊坡雖為順層巖質(zhì)邊坡，但在中段坡頂存在7.0 m～10.0 m厚的粉質(zhì)黏土層，存在次級滑動，且土層錨索受力性能較差，因此次級滑動穩(wěn)定也是本支護工程的重點。坡頂覆蓋層開挖情況見圖4。

4)本工程切坡高度較大，開挖卸荷導(dǎo)致應(yīng)力釋放，卸荷后將加劇巖體裂隙發(fā)育，從而形成滲水通道，對邊坡穩(wěn)定造成較大影響。

3.2 治理方案選型

根據(jù)景觀要求，為便于后期景觀打造，各級馬道寬度不小于2.5 m。由于坡頂存在7.0 m～10.0 m厚粉質(zhì)黏土層，存在次級圓弧滑動，鑒于土層錨索受力性能較差，且后期預(yù)應(yīng)力損失嚴重，因此頂部土層采取坡率法進行支護，坡比1∶1.0，坡表格構(gòu)+錨桿防護。

上部土體放坡后，下部約25 m～30 m順層整體滑動區(qū)段，平面可利用空間僅15 m左右，因此放坡條件極為受限，不同分級高度剩余下滑力對比情況如表3所示。

表3 剩余下滑力對比

基于以上情況，設(shè)計采用方案一進行，一方面下滑力低約10%，另一方面可最大限度利用錨索的拉力，來抵抗強大的剩余下滑力。根據(jù)錨索錨固段應(yīng)力分布特性，錨固段長度控制在8 m～10 m，單根錨索軸力約500 kN～600 kN；通過驗算，設(shè)計關(guān)鍵參數(shù)如下：

1)覆蓋層：1∶1.0分級放坡，分級高度8.0 m，坡表錨桿+格構(gòu)護坡，間距2.0 m(豎向)×3.0 m(水平)。

2)巖質(zhì)部分：1∶0.5分級放坡，分級高度8.0 m，錨索+格構(gòu)支護，間距2.0 m(豎向)×3.0 m(水平)，單根錨索長度15 m～20 m，軸力560 kN；為便于施工，抗滑樁采用機械成孔灌注樁，直徑1.5 m，間距3.0 m(見圖5，圖6)。

坡腳通過布設(shè)較強的抗滑樁，能很好的預(yù)防坡腳剪應(yīng)力集中導(dǎo)致的潰屈破壞。

3.3 監(jiān)測效果分析

項目從開挖到竣工后兩年，均進行了邊坡位移和錨索軸力等監(jiān)測。選取了坡頂7個典型位移監(jiān)測點進行分析，可見邊坡開挖后最大累計變形約14.7 mm，小于規(guī)范要求的1/500或20 mm的限制要求。最大位移主要在開挖階段的6個月內(nèi)，該階段累計位移約12 mm，最大變形速率約0.8 mm/d～1.0 mm/d，小于規(guī)范允許的最大變形速率2 mm/d～3 mm/d的要求。運營階段累計變形量約2 mm，變形已趨于穩(wěn)定(見圖7)。

整個邊坡從開挖到運營變形速率和累計變形量均嚴格控制在規(guī)范允許變形范圍內(nèi)，很好的保證了邊坡及建筑物的安全，該組合支護體系具有較好的安全性。

4 結(jié)語

本項目以實例工程為依托，為滿足景觀需求，在有限用地條件下，為滿足景觀需求，通過調(diào)整支護方案的組合形態(tài)，同時考慮錨索預(yù)應(yīng)力損失及耐久性，通過對比，采用了放坡+格構(gòu)錨索(錨桿)+抗滑樁的組合支擋體系，并通過調(diào)整抗滑樁和錨索下滑力分配，實現(xiàn)最優(yōu)組合。

邊坡從開挖到運營，最大累計變形約14.7 mm，最大變形速率約0.8 mm/d～1.0 mm/d，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，有效的保證了邊坡及建筑物安全，贏得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，該組合支護體系為順層邊坡治理提供了借鑒。