坡頂帶臨空建筑高邊坡切腳滑坡搶險加固技術★

傅 翔，黃 平，陳柏林，彭海游，黃祥超

(1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074； 2.重慶地質礦產研究院，重慶 401120)

0 引言

基坑開挖、切坡等過程中易對周圍已有建筑及高邊坡造成擾動，造成已有建筑開裂、變形及高邊坡滑坡，嚴重危及周圍居民生命財產安全。及時進行工程治理和搶險加固尤為重要，預應力錨索、錨桿技術已廣泛應用于我國鐵路、航運、公路等領域的邊坡搶險加固工程[1]，如南昆鐵路八渡車站大體積滑坡采用長錨索對其治理加固[2]；為提高穩定性，三峽船閘兩側高邊坡、錦屏二級水電站高邊坡布置了不同預應力的錨索[3-4]。目前對預應力錨索的研究逐步深入，研究者從動力計算方法、錨索-巖土體耦合作用、新型錨索性能優化、預緊力選用等方面開展了相關研究[5-9]，此外許多學者從工程角度出發，對預應力錨索在邊坡治理中的運用進行了分析和研究[10-18]。基于此，本次應急搶險加固采用預應力錨索加固方案，結合FLAC3D軟件進行數值模擬分析，對坡頂帶臨空建筑高邊坡切角滑坡搶險加固技術進行研究，為其他坡頂帶臨空建筑高邊坡切腳滑坡搶險加固提供參考。

1 工程背景

如圖1所示，由于擬建場地對斜坡進行分階削坡，坡腳進行基坑開挖，導致某住宅樓部分樓層出現不同程度的地面和墻體開裂，嚴重影響了居民的正常生活，威脅到居民的生命和財產安全，需對其進行應急加固設計。該住宅樓為框架結構，采用樁基礎，分3個單元，共有10層，總建筑面積約7 400 m2。

現場調查未發現已治理的格構錨桿擋墻有明顯變形，斜坡目前整體處于穩定狀態，因此本次設計主要目的是控制斜坡變形。邊坡變形區域長約149 m，寬約56 m，坡頂高程297 m～299 m，坡底高程214 m～221 m，相對高差約80 m，為巖質高邊坡。工程區域地表主要為人工素填土，下部為泥灰巖。

2 前期監測及支護方案確定

為了實時了解工程區變形情況，前期進行了應急監測工作，共布置14個地表位移監測點、6個深部位移監測孔、14個裂縫監測點和15個沉降監測點，布置位置如圖2所示。

從監測反饋的信息來看，目前變形區的變形具有以下特征：地表變形較強烈，影響地基持力層的深部位移變化幅度相對較小；地表位移變化幅度較大和裂縫開展較大的點主要集中在附屬建筑與主體建筑搭接處，如天橋與主體建筑連接處、搭建的廁所與主體建筑連接處。

該斜坡為巖質斜坡，錨固條件較好，預應力錨索施加預加力之后，能有效控制斜坡變形，施工過程中對坡體擾動較小，經濟性較好，可與已建格構錨桿擋墻協調受力，是治理巖質高切坡最常用的手段，可作為本次應急搶險設計方案。

3 預應力錨索預應力取值分析

3.1 三維模型建立

采用FLAC3D數值模擬分析軟件建立三維模型如圖3所示，模型總計單元146 184，節點155 567，結構構件1 445，結構節點1 942。計算工況分為天然狀態、邊坡開挖以及錨索支護。

模型中巖土體本構關系采用摩爾-庫侖本構模型，建筑物、擋土墻及格構護坡均采用實體單元，樁基礎采用樁結構單元，錨桿、錨索采用錨桿結構單元。模型兩側約束X方向的位移，前后約束Y方向的位移，底面約束Z方向的位移，地表為自由面。本邊坡變形破壞過程中地下水的作用不明顯，僅考慮重力。結合工程類比法，模型采用巖土體物理力學參數如表1所示，樁基未考慮剪力和法向內聚力，其物理力學參數如表2所示。

表1 各項參數取值

表2 樁結構單元參數

3.2 開挖卸載

沿圖1所示剖面進行切片、透視等處理，從圖4可知建筑物及斜坡體存在向斜坡外側的位移速率，方向沿巖土界面向斜坡外側。建筑物底部土體存在塑性集中區，樁基礎部位產生局部塑性破壞。

3.3 不同預應力下塑性區大小分析

共選擇預應力為400 kN，600 kN，800 kN，1 000 kN，1 200 kN，1 400 kN等6個工況進行數值模擬分析，得到不同預應力下邊坡塑性區面積圖(見圖5)。

發現預應力為400 kN時，建筑物基礎底部及斜坡體處有較大面積塑性區，但比開挖卸載未支護時的塑性區面積小得多，說明預應力錨索支護發揮了一定的作用。隨著預應力增加，錨索支護效力增強，塑性區面積減少。當預應力為600 kN～1 200 kN時，塑性區大致總是出現位于建筑物基礎邊緣以及底部6 m～8 m處，這主要是由于地基土已經處于彈塑性變形階段，基礎邊緣首先達到極限平衡狀態后，因而率先出現剪切破壞的特征。但剪切破壞區并未延伸至地面形成連續滑動面，同時底部會有沉降與壓力變化率最大的點存在。

3.4 不同預應力下位移矢量分析

分別計算得到預應力為400 kN，600 kN，800 kN，1 000 kN，1 200 kN，1 400 kN等6個工況位移矢量圖。

通過位移矢量分析預應力的增加對周邊巖土的錨固約束效果。預應力400 kN，600 kN兩種情況下，明顯的表現出約束力從錨索施加上方的淺層地表部位開始，沿坡形逐步向坡頂發展演化的過程。當預應力增加到800 kN～1 200 kN時，建筑物下方的格構在預應力作用下有向外崩裂的趨勢，而建筑物前的重力式擋土墻則由內傾覆轉變為向外傾覆。在1 000 kN預應力作用下，建筑物與擋土墻的穩定性表現更好。當施加1 400 kN的預應力，則產生建筑物沿水平向外推趨勢。

預應力大于1 000 kN以后，塑性區面積減少有限，且1 000 kN預應力作用下，建筑物與擋土墻的穩定性表現更好，綜合考慮，采用預應力1 000 kN的設計方案。

4 應急搶險加固方案

根據變形區的形態與坡頂建筑物變形控制的相互關系，防治工程采用預應力錨索+格構面板支護+地表排水體系+M10砂漿封閉裂縫相結合的方案進行治理，根據監測情況適時調整，加強施工期間的地質驗槽工作，實施動態設計和信息化施工。預應力錨索布置區域長約65 m，沿230 m～275 m高程布置，共布置182根錨索，錨索間距2.5 m×5.0 m，錨索采用10束1×7φs15.2鋼絞線，自由段孔徑為150 mm，錨固段擴孔至250 mm，錨索全長40 m，錨固段長10.0 m；面板厚250 mm，采用C30混凝土澆筑，原設計采用格構式錨桿擋墻支護段，截面尺寸2.2 m×2.2 m，原設計采用重力式擋墻段，截面尺寸1.2 m×1.2 m，面板保護層厚度采用25 mm；坡體裂隙采用M10水泥砂漿常壓注漿封閉。

搶險加固完成后，后續監測顯示原本變形強烈的地表，變形幅度減小，幾乎無變形；深部無繼續變形；房屋等建筑物裂縫無進一步擴張，搶險后工程區全貌如圖6所示。

5 結論

1)在巖質高邊坡搶險加固工程中，工期緊任務重，需考慮經濟適用性等條件，預應力錨索可作為首選支護方案。2)提出基于巖土體塑性區面積和位移矢量變化趨勢的預應力取值方法，可通過有限差分法反演高邊坡應急加固預應力錨索合理預應力取值。3)根據高邊坡變形區形態與坡頂建筑物變形控制的相互關系，總結出預應力錨索+格構面板支護+地表排水+M10砂漿封閉裂縫相結合的應急搶險加固方案。后續監測顯示搶險加固效果好，達到預期目標。