某內河港口陸域后方邊坡滑坡治理措施探討

虞 霏 鄧方明 徐超炎

（1.四川江源工程咨詢有限公司；2.四川岷江港航電開發有限責任公司）

1 工程概況

本項目為四川省的一座規模較大的內河港口，碼頭前沿采用框架直立式結構，其后為貨物堆場、倉庫等設施，其高程與碼頭前沿一致。港區后方為一條長約1km 的進港道路，標準路幅寬度為40m，定位為城市主干道，設計速度為60km/h。根據地勘揭示，本工程屬于典型的“紅層”地區，巖體多為泥巖，道路左側邊坡為順層邊坡，砂巖與粉砂質泥巖交界處存在連通的巖塊巖屑型軟弱夾層，其抗剪參數見表1。

表1 巖塊巖屑型抗剪參數建議值表

原施工圖設計時，對砂、泥巖交界面的巖質邊坡采用預應力錨索支護，普通巖質邊坡采用格構錨桿支護、土質邊坡采用格構三維網支護。主要支護形式見圖1。

圖1 原設計邊坡支護

2 邊坡滑坡、變形成因分析

本項目開工3 個月后，施工現場進入雨季，部分邊坡上部范圍開挖土坡坡面出現裂縫，直至開工第4 個月某日雨后發生滑坡，部分邊坡第5 級土坡坡面出現開裂、第4 級馬道向外側發生水平位移、變形等情況（見圖2、圖3）。

圖2 滑坡、變形圖示

圖3 滑坡照片

根據現場查勘分析，滑坡及變形原因首先是由于順層向破碎帶及泥化軟弱夾層巖體較破碎，強度極低，在強烈日照和降雨反復作用下，快速風化，形成軟弱結構面。其次是施工區降雨頻繁，且持續時間長，雨水下滲進入下部基巖內，導致巖體內部裂縫、泥化夾層、軟弱結構面飽水，抗剪強度指標降低，從而引起邊坡滑坡、變形。

3 支護治理措施

3.1 邊坡計算方法選擇

工程邊坡典型計算斷面如下圖所示。

圖4 邊坡典型計算斷面

分析邊坡穩定性時，要求同時進行定性的地質評價和定量（半定量）的分析。定性的地質分析能對邊坡穩定性直接做出評價。邊坡滑坡成因屬于定性分析，本工程巖體內存在泥化夾層、軟弱結構面等軟弱層面，且邊坡為順向坡（傾角16 度），穩定性較差，易發生順層滑動，因此考慮坡體中可能出現的軟弱結構面進行穩定性分析。

通常情況下，邊坡滑面是根據巖層傾角確定滑面，以開挖坡腳為前緣剪出口，后緣拉張裂縫為滑面與坡頂地面線的交線。而本工程邊坡按傾角確定的滑面與地面線無交線，選取以坡口線為起點，開挖坡高的2.5 倍為半徑與地面線的交點為后緣計算邊界。

在定性分析的同時，也采用定量分析方法。根據規范，邊坡穩定計算采用極限平衡法，定性分析已得出了潛在滑體的滑動面等邊界條件，確定潛在滑體的體型，確定滑動面天然及飽和情況下的粘聚力c 及內摩擦角? 值、巖體容重及潛在滑動體幾何形態參數等，通過計算得出各斷面剩余下滑力和穩定系數，以根據下滑力確定所采取的支護措施型式及規模。

采用《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）中平面滑動計算公式：

圖5 計算示意圖

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）允許的安全系數見表3。

表3 邊坡穩定安全系數

3.2 治理方案的確定

錨索所能承擔的下滑力取決于鋼絞線根數、錨固長度、錨索間距等因素，僅能在一定限度內發揮作用，由于下滑體較大，僅依靠錨索無法承受整個坡體下滑力，擬采取錨索加抗滑樁的組合型式。原則是逐級計算、分級支擋，也就是給定每一級邊坡錨索所能承受的下滑力，剩余下滑力由坡腳抗滑樁承擔。

根據邊坡滑坡情況，初步擬定兩個方案進行比較，方案一是現有邊坡規模的基礎上直接進行錨索加抗滑樁措施；方案二是在邊坡頂部進行削坡減載后采用錨索加抗滑樁的措施。

方案一：

本方案邊坡開挖與原設計方案相同，邊坡穩定計算簡圖如下。

圖6 方案一計算簡圖

選取天然、暴雨、地震三種工況，經過計算得出的相應斷面的安全系數見下表。

表4 各斷面穩定下滑力計算成果表（方案一）

方案二：

本方案與方案一不同之處為下部邊坡頂部覆蓋層按3%坡率削坡。邊坡頂部外側山體則進行順層（1:3.5）削坡處理，以減少滑體體積，減小剩余下滑力。

圖7 方案二計算簡圖

同樣選取天然、暴雨、地震三種工況，經過計算得出的相應斷面的安全系數見下表。

表5 各斷面穩定下滑力計算成果表（方案二）

方案一、二區別是是否進行削坡減載及由此帶來的下滑力的不同，方案一邊坡下滑力最大值5361kN/m，方案二下滑力最大值為4102.5kN/m，根據下滑力的不同所采用的錨索規模也不同。顯然方案二通過削坡提高了安全系數，并且相對方案一能減少投資，所以采用方案二是相對經濟合理的。

通過分析計算結果可知，方案二下滑力最大情況出現在連續降雨下，最大下滑力為3 號斷面的4102.5kN。安全系數大部分不能滿足穩定要求，從實際地質情況看，順層邊坡傾角較大，地層大多為泥巖，雨水易形成滑面，且一旦形成軟弱面則滑移體體量較大，原設計采用格構錨索進行錨固在天然情況下是能夠滿足安全穩定要求的，但由于出現極端降雨情況，加之邊坡施工未完成，排水系統不完善，導致雨水滲入坡體造成局部滑坡，需要采取工程措施。

3.3 治理措施

3.3.1 錨索結構

根據上述分析結合原設計錨索結構，對滑移后坡體錨索進行計算，其步驟是首先給定邊坡下滑力F（由邊坡穩定計算得出）；然后通過F 求得邊坡需要的錨固力T；再根據T 計算出每根錨索的軸向力；從而確定每根錨索需要的鋼絞線根數及單位截面錨索布置的排數和間距；最后計算錨固體等。

錨索典型計算斷面如下圖所示：

圖8 錨索典型計算斷面

（1）錨固力：由剩余下滑力F 計算錨固力T：

每根錨桿拉力設計值Nt=Td/n

圖9 錨索布置示意圖

（2）拉桿：

由于采用大預應力，長錨桿，故拉桿材料選鋼絞線。

鋼絞線根數N=Nt*K/Fm

式中K—錨桿安全系數，永久錨桿為2.2

Nt—錨桿拉力設計值

Fm—整根鋼絞線的最大力，選直徑15.2mm的七絲鋼絞線，取260Kn。

（3）錨固體長度

根據規范，預應力錨桿采用粘結型錨固體時，錨固段長度按下列兩個公式計算：

①La≥KNt/πDqs

②La=KNt/nπdτ

錨固長度取二者中的較大值，經過計算各斷面錨固長度最大值為9.4m，且按規范規定不大于8m，最終取10m。

根據上述各公式，計算得出各個斷面所需的鋼絞線根數及排數如下表所示：

表6 錨索計算成果表

3.3.2 抗滑樁結構

根據上述計算結果，第一級邊坡采用抗滑樁結構，第二、三、四級邊坡采用錨索結構，且按錨索承受的下滑力逐級分配，總下滑力減去錨索承受的力即為抗滑樁所應承擔。

表7 下滑力分配表

抗滑樁的特點是抗滑力大、斷面小、設置位置比較靈活、可單獨使用也可與其他支擋工程配合使用。按樁的埋置深度情況和受力狀態，抗滑樁可分為全埋式樁和懸臂式樁兩種。

抗滑樁的設計步驟如下：①根據滑坡推力、地基土層性質、樁用材料等資料擬定樁的間距、截面形狀與尺寸和埋置深度；②計算作用在抗滑樁上的各力；③確定地基系數，K 法或者m 法；④ 計算樁的變形系數α或β及換算深度α h 或βh；⑤受荷段的內力計算，確定滑面處的彎矩、剪力;⑥錨固段內力計算;⑦校核地基強度;⑧根據計算的最后結果，繪制作用于樁身的彎矩圖和剪力圖。

根據計算抗滑樁采用方樁，截面尺寸2×3m、2.5×3.5m，樁間距5m。樁長23m，有效嵌入深度10.5、10m。樁頂下方2m 設預應力錨索一道，選用8φs15.24mm的七絲鋼絞線，施加800kN 預應力。抗滑樁共布置74 根，與上部預應力格構錨索共同提供支檔力。根據推薦方案剩余下滑力，當剩余下滑力≤1200kN/m，按1200kN/m 計算；當1200kN/m＜剩余下滑力≤1400kN/m，按1400kN/m 計算。

計算采用K 法，K=120MN/m3，樁底支承條件為鉸接。荷載分項系數取1.35，結構重要性系數為1.1。抗滑樁計算簡圖如圖10。計算結果見表8。

圖10 抗滑樁計算簡圖

表8 抗滑樁計算成果表

計算表明，選用的兩種斷面的抗滑樁能夠滿足第一級邊坡抗滑的要求。

由于本工程滑坡原因主要是由于坡體中短時間內雨水滲入，泥巖飽水后，粘聚力和內摩擦角迅速降低造成。故邊坡導排水措施顯得尤其重要，在設置支擋措施的同時，在整個坡體中布設一定傾角的排水孔排出巖體內水，并在坡頂一定距離之外設置截水溝攔截疏導坡頂來水，保證坡體不受降水入滲的影響。

4 結論

（1）四川“紅層”地區泥巖較厚，如工程邊坡恰巧為順層且坡度15～20°加之邊坡中軟弱結構面較為發育，需重視坡體沿軟弱面滑動的危險。

（2）針對順層邊坡滑動破壞，通常可采用錨索、抗滑樁、抗滑擋墻等方式，如滑坡體規模較大，則需多種支護方式相結合。

（3）從實踐經驗來看，預應力錨索對于下滑力不大的坡體作用較為顯著，而對于下滑力很大的坡體，則抗滑樁優點明顯，能夠抵抗的下滑力更大，適應性更強，采用錨索加抗滑樁的方式可有效保證坡體整體穩固。

（4）除了被動的支擋方式外，在條件允許的前提下進行削坡減載等措施更為直接有效，而應尤其注重坡體導排水，使雨水不能或減少進入坡體則能極大減輕滑坡出現的可能。