某工程邊坡綜合治理措施及動態調整設計的探討

楊曉花

（湖南省核工業地質局三0三大隊，湖南 長沙 410119）

1 工程概況

當前，隨著經濟規模的迅速擴大與工業化進程的快速發展，工程用地需求與日俱增。在工程用地相對緊缺的前提下，工程活動開始逐步向山林地帶發展。山林地區地形、地質條件復雜，特別是在沿海地帶，臺風、暴雨等極端天氣頻頻出現，直接導致自然災害頻發，給人民的生命、財產安全造成巨大損失。因此，這些復雜地區邊坡治理工程需引起足夠的重視。本文所述邊坡所處場地原為丘陵，后因場地進行工程開發建設，對自然山體進行開挖后形成現有邊坡。邊坡支護最大高度約25m，現狀自然坡度65°～85°，坡面巖土體基本裸露[1-3]。坡頂為自然山坡，植被茂盛，坡下為待建的住宅小區。根據主體設計資料，邊坡治理區域中所形成的基地深度為12.5m，施工現狀場所測量的整體工程高度為20.0m；場地開挖至設計標高后，將會形成最高約25.0m高的邊坡，為保證后期坡腳待建的區域下居民的生命安全，需按照施工場地設計標高對現狀邊坡采取必要支護措施進行支護治理。本文以該工程邊坡作為分析案例，從邊坡穩定性分析入手，對邊坡綜合治理方式進行探討，為今后具體工程實踐提供相關理論依據及技術參考[4]。

2 工程地質條件

2.1 場地地形地貌

本邊坡位于尖峰村北側坡腳緩坡地帶，屬丘陵地貌。場區內地勢較平坦，現狀地面標高5.0m～6.0m；其中北側、東側、西側為尖峰村居民區，地勢較低，南側為尖峰山，尖峰山標高為6.0m～186.83m，最大高差達180m，高差較大，最高點為尖峰山頂，距離勘察區直線距離約450m，地形坡度20°～30°，緩坡地帶地形坡度5°～15°，植被發育。場區由于前期人工開挖，形成60°～80°邊坡。

2.2 地質地層概況

根據勘察資料，場內地層巖性按照成因類型劃分，自上而下分布的巖（土）層分別為：第四系坡積層砂巖碎石土（Qdl）、殘積層砂質粘性土（Qel）及燕山期花崗巖（γ52-3），場址區巖土層及其工程地質特征如下：

（1）坡積層(Qdl)：成分為砂巖碎石土。呈淺黃褐色，主要由石英砂巖風化土以及碎塊石組成，碎塊石粒徑一般在0.1m～0.3m，欠壓實狀、稍濕～飽和，層厚0m～3.3m。

（2）殘積層（Qel）：該層在勘察區內中東段被坡積層砂巖碎石土覆蓋，在勘察區西段直接分布于地表。成分為砂質粘土巖，呈淺黃褐色，組分以石英、長石顆粒以及粘土物質為主。表層含較多植物根系及腐殖質，偶見碎塊石，呈散土狀，干燥-稍濕，硬塑，土體性質一般不均勻，結構較松散，層厚0m～4.7m。

（3）全風化花崗巖（γ52）：該層廣泛分布于勘察區內，巖石呈黃褐色，風化強烈，原巖組織結構大部分被破壞，巖石礦物除石英外，大部分風化成土狀，手捏易碎，浸水軟化，質地較軟。層厚1.8m～7.5m。

（4）強風化花崗巖（γ52）：該層被全風化花崗巖層覆蓋，坡頂出露不明顯，僅在坡面中下部可見，巖石呈淺紅褐色，風化程度一般，原巖結構已大部分破壞，局部結構尚可辨認，中粒花崗結構，塊狀構造[5]。礦物成分由長石、石英、云母等組成，巖芯呈碎塊狀，手可折斷。該層巖石堅硬程度為軟～較軟巖，巖體較破碎，巖體類型為Ⅳ類。

2.3 治理前坡體特征

通過現場地質調繪可以發現，現狀坡體裸露，坡度陡峭，坡面受雨水沖刷痕跡明顯，且局部位置發生滑塌。具體如圖1所示。

3 工程治理措施

考慮到本邊坡位于山區，坡頂為高大的尖峰山山體，邊坡開挖深度范圍揭露地層主要為坡、殘積層，以及全風化巖體，且風化不均，現狀坡面發育多組不利軟弱結構面，且地下水豐富。同時，受用地范圍限制，邊坡不具備大放坡開挖條件，且坡腳靠近擬建住宅小區，邊坡一旦失穩，后果很嚴重。因此，必須制定完善的防護加固系統，保證坡體穩定。

圖1 治理前邊坡特

3.1 原設計方案

根據邊坡現狀及周邊用地情況，本次設計采用“錨索排樁擋墻+錨索（桿）格構梁+排水系統+坡面綠化”的綜合治理方案，具體設計方案如下：

（1）預應力錨索（錨桿）格構梁：按現狀坡率適當修坡后（寬度小于0.5m的小沖溝在格構及噴混綠化施工時進行充填即可；寬度小于1.0m的沖溝分層夯填礫質粘性土即可），采用錨索格構進行加固。錨索間距2.5m×2.5m，錨索長度22m～26m，其中錨固段為15m，設計拉力300kN；錨索采用4×7φ5鋼絞線。格構梁為“井”字型格構，格構縱梁及橫梁截面尺寸均為350m×350mm，在坡面上按圖紙設計尺寸進行測量放樣；格構梁采用C30混凝土澆筑，刻槽深度不小于20cm。格構梁澆筑應支模到坡面，保證格構梁與坡面之間不留孔隙。錨桿（索）位于格構梁交點處。

（2）鋼筋砼錨索擋墻：考慮在坡腳垂直開挖，設置鋼筋砼錨索擋墻進行支擋，墻高6.5m～7.0m，設置兩排預應力錨索進行鎖定。

（3）排水系統：邊坡排水系統設置需與整個場地排水系統設置相協調，將整個坡面地表水匯聚至坡腳，排出界外。本次治理設計考慮在距坡頂開口線2m以外位置設置截水溝，尺寸為1000mm×1000mm；第二階邊坡坡腳設置500mm×500mm排水溝；第一階邊坡坡腳設置1000mm×1000mm排水溝；邊坡中部分別設置跌水槽，將坡頂及坡面地表水引至跌水溝后排至場地排水系統。同時，在坡腳部位設置18m長深孔排水管，將坡體內部地下水引排至坡外。

（4）坡面綠化：①邊坡面格構梁間采用三維網植草灌進行綠化；②第一階邊坡坡頂平臺采用種植喬木、灌木進行綠化；其中灌木可采用紅花繼木、爆仗紅、勒杜鵑等，株間距20cm、株高40cm；喬木可采用秋風、臺灣相思等，株間距1.5m、株高100cm；植被必須有6個月強制養護期，期間進行灑水、追肥。

（5）監測工程設計：設計要求邊坡工程應采用動態設計法進行治理設計，這主要體現在邊坡施工治理過程中應掌握施工現場的地質狀況、施工情況和邊坡的變形情況，根據邊坡的監測反饋信息以便必要時對原設計做出校核、修改和補充。因此邊坡治理中邊坡監測是一項重要的工作。

本邊坡監測設計主要采取地表位移監測（包括：水平位移監測、垂直位移監測、地表裂縫監測），以坡體變形數據來修正設計，指導施工，以確保施工安全，并且檢驗工程效果。

3.2 動態調整設計

第二級邊坡開挖后，現場揭露坡體發育軟弱夾層及不利結構面，且山體地下水豐富。同時，2019年4月～7月邊坡支護施工期間，正值珠海市多次遭受特大臺風暴雨影響，該邊坡在局部軟弱夾層特別發育部位發生小型崩塌，導致施工受阻（如圖2所示）。

圖2 坡體發生局部沿結構面崩塌破壞

考慮到現狀邊坡不良地質條件影響下，按照原設計采用錨索擋墻支護，需垂直開挖坡體，然后施做錨索擋墻支擋，施工過程容易誘發坡體沿結構面崩塌等地質災害，甚至誘發整體失穩破壞[6]。為了保證邊坡施工過程中的穩定，2019年8月10日，四方代表對實地進行現場踏勘，經過充分討論，決定對邊坡支護形式實施動態調整，具體如下：

第二級坡面維持原設計，采用錨索格構梁（已實施）加固，坡面采用三維網植草綠化。

第一級邊坡調整為排樁錨索擋墻：邊坡開挖加固至+19.0m標高位置，并設置寬平臺，平臺位置施做錨索抗滑樁，樁間土體采用掛網錨噴防護。

4 邊坡穩定性分析與評價

為了驗證支護結構的合理性及有效性，需對邊坡穩定性進行分析評價。

4.1 邊坡破壞模式分析

該邊坡為類土質邊坡，潛在破壞模式主要有以下兩種：其一：邊坡整體類似于黏性土近圓弧滑動失穩；其二：沿不利結構面，崩塌式破壞。

4.2 邊坡失穩影響因素分析

根據邊坡特征分析，邊坡失穩的影響因素主要有：

4.2.1 水的作用

包括地表水的入滲以及地下水的運動。地表水滲入坡體增加了邊坡巖土體的重量，減低了巖土體和結構面的抗剪強度，增大了潛在不穩定塊體的下滑力、減小了抗滑力；地下水在坡體中的運動，形成的動水壓力與靜水壓力，增加了邊坡巖土體的下滑力[7,8]。

4.2.2 結構面的影響

邊坡受外傾結構面控制，塊體受裂隙切割形成楔形體，沿著巖塊下部風化軟弱面滑移，進而產生滑移。

4.3 穩定性計算結果

圖3 邊坡穩定性計算結果

選取典型計算斷面（其余斷面按照工程類比法判斷），對邊坡在加固前工況和加固后自然工況下的穩定性進行計算，計算結果見圖3。

根據《建筑邊坡工程技術規范（GB50330-2013）中邊坡穩定性評價有關規定，結合上述計算結果可得出如下結論：①自然工況未加固工況下，邊坡安全系數均小于1.35，處于不穩定狀態；根據現場調查，這與邊坡多處發生溜塌及滑移破壞相符合；②采用錨索(桿)格構梁、錨索排樁擋墻加固后的自然工況邊坡安全系數大于1.35，邊坡整體處于穩定狀態，滿足規范要求。以上計算結果進一步表明采用該治理設計方案是可行的。

5 治理效果

經過6個月的建設期，本邊坡于2019年12月順利通過了竣工驗收（竣工后效果圖如圖4所示）。竣工后，本邊坡經受了2020年度珠海市臺風暴雨天氣的考驗，監測數據揭示坡體處于安全穩定狀態，再次驗證了本次治理設計方案的合理性。

圖4 治理后邊坡概貌

6 結論

本文基于具體工程實例，提出一系列山林地區工程邊坡防護加固設計的措施及設計方法，可以得出如下結論：

（1）邊坡治理是一項系統工程，涉及結構加固、排水、監測、綠化等方面。因此，設計及施工必須進行綜合考慮，方能取得良好治理效果。

（2）巖土工程往往包含難以估計的復雜因素，實際的地層結構和土質條件與設計圖紙可能存在一定的誤差，若施工中發現地質條件與設計資料存在差異性，應根據監測和施工中所獲信息及時進行動態調整和變更，貫徹信息化設計施工原則。

（3）本工程實例綜合治理方案能為今后的工程實踐提供相關理論依據及技術參考。