邊坡穩(wěn)定性計算及防治設(shè)計

李川鄂 蘇愛軍

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

0 引言

三峽庫區(qū)自2003年試驗性蓄水以來，顯著改變庫岸的地質(zhì)條件，特別是庫水的周期性漲落極大影響滑坡體巖土體物理力學(xué)性質(zhì)，滑體經(jīng)常在飽和與非飽和狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，一些滑坡已處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，若庫水位快速變動時遭遇到強降雨，將極有可能觸發(fā)滑坡失穩(wěn)。中村浩之通過分析水庫滑坡以及實例研究得到，誘發(fā)水庫滑坡的主要原因是：浸水導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性改變，庫水位急劇降低，斜坡內(nèi)超孔隙水壓力作用，斜坡變得不穩(wěn)定[1]。王思敬等將水庫滑坡分為兩類，一種是在水庫的水巖作用影響下產(chǎn)生的滑坡；另一種是天然滑坡，無庫水的直接作用，但有時也可因水庫移民開發(fā)區(qū)的人類活動影響而發(fā)生滑動或岸坡大型崩塌[2]。王士天等認(rèn)為水庫滑坡產(chǎn)生的機制有兩種：一種是潛在不穩(wěn)定體在庫水位達(dá)到敏感水位后滑體內(nèi)孔隙水壓力分布達(dá)到新的平衡過程中產(chǎn)生的滑坡；一種是發(fā)生在庫水位消落，特別是快速消落期[3]。Lane and Griffth用有限元分析了庫水位驟降和緩降對滑坡滲流場的影響[4]。Lane通過有限元法研究了不同庫水位下降速率下庫岸邊坡穩(wěn)定性情況[5]。

杏子樹灣段位于長江支流童莊河左岸。2014年10月，杏子樹灣西側(cè)土質(zhì)岸坡出現(xiàn)坍塌，坍塌長度近60 m，導(dǎo)致桐金公路中斷。三峽水庫蓄水至175 m以后，杏子樹灣東側(cè)杏子樹灣滑坡出現(xiàn)變形，導(dǎo)致移民房屋開裂，它的變形隨著時間還在加劇。同時，由于長江水位持續(xù)不斷的波動，加上受當(dāng)?shù)亟?jīng)常暴雨的影響，東側(cè)的杏子樹灣滑坡可能隨時失穩(wěn)。

1 斜坡基本特征

桐金公路杏子樹灣段位于秭歸縣郭家壩鎮(zhèn)桐樹灣村，距離郭家壩鎮(zhèn)約20 km，童莊河在區(qū)域內(nèi)呈自西向東流過。以杏子樹溝為界，杏子樹溝以東桐金公路外側(cè)地勢傾向南西，坡度20°～25°；杏子樹溝以西地勢傾向南東，桐金公路內(nèi)側(cè)為柑橘園、梯田，坡度20°～40°，公路外側(cè)坡度30°～45°，公路外側(cè)修建有擋土墻，擋土墻高2 m～5 m。

現(xiàn)場主要為侏羅系碎屑巖，地表多分布第四系崩坡積層、殘坡積層覆蓋層，基巖為聶家山組(J1-2n)上部為紫色中厚層狀粉砂巖、含礫粘土質(zhì)粉砂巖，夾少量的灰綠色薄層細(xì)砂巖和長石石英砂巖；中部為紫色薄—中厚層狀粉砂巖與灰綠色細(xì)粒長石石英砂巖呈不等厚互層；下部為灰綠色薄—中厚層狀粉砂質(zhì)粘土巖、粉砂巖、長石石英砂巖，夾少量介殼灰?guī)r和紫紅色泥巖、粉砂巖。

2 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計算，選取西側(cè)2—2′剖面、東側(cè)6—6′剖面2個典型剖面(見圖1,圖2)，分別在四種不同的工況下計算其穩(wěn)定性系數(shù)。

2.1 計算工況

選取四種典型工況進(jìn)行穩(wěn)定性計算：

工況1：自重+道路荷載+水庫壩前175 m靜水位；

工況2：自重+道路荷載+水庫壩前175 m靜水位+10年一遇暴雨；

工況3：自重+道路荷載+壩前水位從175 m降至145 m；

工況4：自重+道路荷載+壩前水位從175 m降至145 m +10年一遇暴雨。

2.2 參數(shù)反演分析

根據(jù)邊坡的宏觀特征，確定滑坡滑動面飽和狀態(tài)下抗剪強度參數(shù)反演時的穩(wěn)定系數(shù)取值為0.97～1.0。分別選取剖面2—2′與6—6′作為計算剖面進(jìn)行參數(shù)反演分析，計算方法為傳遞系數(shù)法，計算工況為工況1 。根據(jù)參數(shù)反演分析結(jié)果，結(jié)合巖土體物理力學(xué)試驗及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，綜合確定巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值(見表1)。

表1 巖土體重度及抗剪強度參數(shù)取值

2.3 穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果

選取西側(cè)土質(zhì)岸坡代表性剖面2—2′剖面與東側(cè)杏子樹灣滑坡代表性剖面6—6′剖面作為計算剖面，對各工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行計算，穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果

穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，杏子樹灣西側(cè)土質(zhì)岸坡工況1和工況2處于不穩(wěn)定狀態(tài)；杏子樹灣東側(cè)杏子樹灣滑坡6—6′剖面各工況下處于欠穩(wěn)定與不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 邊坡防治設(shè)計

3.1 治理措施

杏子樹灣段路基邊坡防治設(shè)計方案治理措施為：桐金公路外側(cè)布設(shè)抗滑樁，抗滑樁采用方樁，樁截面尺寸寬×高為1.5 m×2.0 m。

3.2 抗滑樁設(shè)計抗滑力

計算剖面。

選取代表性剖面2—2′與6—6′剖面作為計算剖面，計算剩余下滑力與主動土壓力?？紤]在安全系數(shù)為1.15下，用傳遞系數(shù)法計算剖面的剩余下滑力，計算得到的各剖面在集中不同工況下的剩余下滑力曲線如圖3所示。

抗滑樁設(shè)計抗滑力和主動土壓力計算結(jié)果見表3。

表3 剩余下滑力、主動土壓力及抗滑樁設(shè)計抗滑力匯總表

3.3 分項工程設(shè)計

1)抗滑樁的受力條件。

作用于抗滑樁的外力包括：滑坡推力、受荷段地層(滑體)抗力、錨固段地層抗力、樁側(cè)摩阻力、粘著力以及樁底應(yīng)力。

滑坡推力作用于滑面以上的部分的樁背上，作用力的方向假定與滑面的方向是一致的。假定每根樁所受的滑坡推力是一個樁距(樁中心向左右分別延伸0.5倍樁距)范圍里的滑坡推力的大小。推力的分布及作用點的位置與滑坡的類型、部位、地層性質(zhì)、變形情況及地基系數(shù)等因素有關(guān)。對于液性指數(shù)較小、剛度較大和密實度較大的滑體，滑體的速度從頂層到底層大致是一樣的，故可假定本滑面以上滑體作用于樁背的推力分布圖形是矩形。

根據(jù)穩(wěn)定性分析、剩余下滑力以及主動土壓力的計算結(jié)果如表3所示設(shè)計抗滑樁。

2)抗滑樁的工程布置。

桐金公路杏子樹灣段外側(cè)布設(shè)抗滑樁，抗滑樁為方樁?？够瑯稑俄敻叱?80.50 m，樁中心間距5.0 m，樁截面寬×高為1.5 m×2 m，樁長17 m，嵌入深度6.5 m。

3)抗滑樁內(nèi)力計算。

抗滑樁按抗彎構(gòu)件設(shè)計，滑動面以上的樁身內(nèi)力根據(jù)滑坡推力和樁前滑坡抗力計算。按“K”法計算抗滑樁的彎矩和剪力。

6—6′剖面的最大彎矩為24 075.727 kN·m，距離樁頂11.526 m，最大剪力為6 110.84 kN，距離樁頂16.658 m；2—2′剖面的最大彎矩為13 790.863 kN·m，距離樁頂8.914 m，最大剪力為5 672.285 kN，距離樁頂12.244 m。

抗滑樁縱向受彎鋼筋為HRB400級Φ32鋼筋，架立筋為HRB400級Φ25鋼筋，箍筋為HPB300級Φ14鋼筋。

計算得到需要的鋼筋數(shù)量，且驗算其承載力要求。配筋如下：

抗滑樁樁背側(cè)的縱筋數(shù)量45根，面?zhèn)瓤v筋數(shù)量8根，且背側(cè)采用分級配筋，距樁底0 m～12.5 m布45根縱筋，距樁底12.5 m以上布9根縱筋，都采用四肢箍，箍筋間距100 mm。

4 結(jié)語

我國是一個自然災(zāi)害如此頻發(fā)的國家，在極易誘發(fā)邊坡問題的地區(qū)進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)的時候，要有意識地考慮到是否存在邊坡問題的隱患，對滑坡頻發(fā)的地區(qū)應(yīng)該采用相應(yīng)的監(jiān)測手段，隨時監(jiān)測滑坡的變形情況，實時防護(hù)，突發(fā)情況立即采用應(yīng)急措施，減少災(zāi)害造成的損失，避免其發(fā)生嚴(yán)重的后果，在建設(shè)過程中一定要盡可能避免因人為因素誘發(fā)滑坡。