基于復雜地質(zhì)條件的區(qū)域地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價及加固方法研究

王海峰

（廣東省工程勘察院土木工程，廣東 廣州 510000）

隨著我國經(jīng)濟的總體的飛速發(fā)展，工程項目建設得到了突飛猛進的發(fā)展，工程施工數(shù)量也在逐年增加，隨之安全事故也在頻發(fā)，其關鍵因素是在工程設計建設中，沒有對施工安全進行全面考量和重視，沒有真正把地質(zhì)環(huán)境的影響因素列入設計方案當中，尤其是復雜地質(zhì)條件下施工區(qū)域高邊坡的安全隱患問題沒有得到重視。本文介紹的是西北某地區(qū)施工項目邊坡開挖工程，從而深入研究工程的邊坡安全防護措施以及對穩(wěn)定性的評價方式，提出了復雜地質(zhì)條件的區(qū)域地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價及加固措施，以供以后類似施工的借鑒和參考，本文將從以下幾個方面進行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)邊坡滑坡災害破壞范圍預測

針對坡體滑坡現(xiàn)象的發(fā)生，導致的距離滑動的根本原因表現(xiàn)在幾個方面：初始速凍對坡體滑出的影響；坡體的坡度影響；墊滑層摩擦系數(shù)的影響；墊滑層高差的影響等?；瑒游灰剖褂玫挠嬎闫鞴綖椋?/p>

其中：

上面公式中，vmas表示滑坡體最大滑速，m/s；最大距離的滑坡體運移用Lmas表示，m；H表示為墊滑層高差，m；重力加速設定為g，m/s2；L為設定的滑墊層的水平距離，m；而f表示的是墊滑層的動摩擦系數(shù)；滑動最大方向與墊滑層的夾角設定為a，度；剪出的滑坡體的初始速度設定為v0，m/s；進行滑動后，堆積物前緣到重心的距離設定為d，m；墊滑層的坡度設定為θ，度；滑坡體滑動距離可以利用上述公式求得，而且可以對影響危的的寬度和范圍進行有效確。

2 滑坡原因剖析及穩(wěn)定性評價

2.1 分析滑坡的原因

在本文研究的工程案例中，粉質(zhì)黏土是該研究區(qū)域滑坡體的地質(zhì)類型，其中夾雜著一些碎石塊，而下層的滑坡塊的地質(zhì)類型為中度風化的泥質(zhì)粉砂質(zhì)和破碎的砂巖，滑坡體就是該物質(zhì)的兩種類型。泥粉質(zhì)砂巖和砂巖是該施工項目的滑坡區(qū)域的地質(zhì)層構(gòu)造，表現(xiàn)傾向一致的基巖和坡體坡向。在發(fā)生邊坡的滑動狀況后，對坡腳清理作業(yè)缺乏應有的加固措施，山體邊坡容易產(chǎn)生前緣臨空狀態(tài)，更加重了滑坡的滑動程度。

2.2 滑坡穩(wěn)定性評價

本文的工程施工為西北走向為主，其方位為48度。為了準確地計算和檢測該滑坡的穩(wěn)定性狀況，利用折線法進行反算滑坡體滑動的位移c.φ值，然后復核針對暴雨引發(fā)的滑坡體滑動位移的影響程度，利用下面的公式計算：

下面的圖1為計算分塊圖，按照正常作業(yè)的情況下，實施模擬計算，c=21kpa，φ=16.85。如果發(fā)生暴雨降臨，巨大的積聚的雨水通過邊坡滑坡的縫隙流進巖石的土層中，對巖石土層的重度造成影響，同時巖土體中c值和φ值也相應降低。當真正發(fā)生暴雨的情況下，利用對該地區(qū)滑坡體的完全穩(wěn)定系數(shù)實施計算得出Ks=0.89。如果暴雨長時間肆虐，還可以導致地表水流進滑坡內(nèi)部，顯著影響滑坡體自身的重量，也通過會降低巖體的C值和φ值，更加劇了滑坡體的滑動程度。

圖1 計算分塊圖

3 滑坡治理方案

詳細情況見圖2。本文研究的工程項目施工中，邊坡滑坡現(xiàn)象的發(fā)生和施工中的開挖工作有直接的關系，因為挖掘?qū)е缕麦w上部因為牽引發(fā)生張拉的裂縫，被大量的雨水浸潤后滑坡體發(fā)生活動，這樣的問題類型為牽引型順層滑坡。在此基礎上實施模擬計算，如果降雨長期進行，滑坡安全穩(wěn)定系數(shù)設定為0.89，條例規(guī)范的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25~1.35，不難看出，本文介紹的邊坡滑坡的穩(wěn)定安全系數(shù)明顯低于工程施工監(jiān)理方所規(guī)定的安全系數(shù)，這足以表明該階段的邊坡不穩(wěn)定性很高，滑動的程度還會繼續(xù)加劇，務必根據(jù)情況進行必要的加固措施。另外，在進行對邊坡開挖的時候，如果對邊坡的防護加固措施實施不及時或者沒有實施，都會增加坡體滑動的可能性。應該設立有效地監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)控滑坡體的狀況，根據(jù)具體情況進行必要的防護加固措施，同時要重視排水工作。

圖2 邊坡的整治設計圖

3.1 坡體減載措施

按照坡體整治的設計方案，在進行挖除地質(zhì)層的第四系殘積黏土后，邊坡率的四個等級就自上而下地自然形成了。四個等級為 ：1：1、1 ：1、1：1和1：25。

3.2 支擋加固措施

支擋加固的關鍵步驟，必須安裝設置第一級平臺上的預應力錨索抗滑樁。錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)和形體為截面形式的矩形樁，規(guī)格為2.1m×3m，中心距離為6.1m，其長度為17.5m，錨索以三角形的形式進行布置，錨固的角度為245、275，錨固的深度為7.3m，錨固段長度是10.2m，錨索的拉力設計為723kN；第二級邊坡的規(guī)劃設計為三排預應力錨索架，錨索的拉力為703kN，錨固長度為10.2m，橫向間距為3.03m，自由端總長為26m。按照設計規(guī)劃，第一級和第三級的設置均為三排非預應力錨桿框架，大大提升了滑坡體局部的穩(wěn)定性。

3.3 截排水措施

區(qū)域地質(zhì)邊坡的截排水治理措施設定為三種方式：第一，利用黏土修補滑坡體的裂縫和坡體周圍的裂縫，在邊坡上部修建一個截水的天溝，而且每一級的頂部都要構(gòu)建同樣的天溝，有效阻絕水溝的形成；第二，在坡腳的位置安裝平孔排水設施，借助這樣裝置把大量的雨水排出坡體；第三，在坡面的范圍內(nèi)修建不同的排水溝和排水孔。

3.4 模擬滑坡治理效果的數(shù)值

3.4.1 計算模型設計

計算模型在確定之前，首先要考慮一些相關的條件，主要包括幾個方面：處于穩(wěn)定狀態(tài)時候，山體才可以開挖；滑面位置確定必須借助于現(xiàn)場的鉆孔和地質(zhì)勘測的優(yōu)勢，然后按照山體天然的原始坡面計算原始應力場；設定均質(zhì)體中包含地質(zhì)層中的泥質(zhì)粉砂巖，且內(nèi)含一個滑面。邊坡進行挖掘后，研究分析的關鍵是開挖造成的坡體破壞模式和坡體位移情況。該計算模型高度為60.2m，長度為160.3m，簡化路面標注要取路面標高以下10m，根據(jù)山坡自然邊坡的狀況進行?？紤]到其他負荷無法影響到該巖土，影響坡體滑動的只是自身重應力，邊坡離散元模型劃分為2240個單元，按照最后模型試驗結(jié)果顯示，可以確定的滑面強度的參數(shù)為：c=15kPa，φ=15。

3.4.2 模擬開挖結(jié)果研究

本文案例工程開挖邊坡的坡度是1：1，開挖后該滑坡體有所滑動，參照現(xiàn)場勘測和鉆孔的資料，對滑坡體滑動的滑面實施確定，滑移最大值在滑面前端，數(shù)值為3.62m。當坡體滑動最嚴重的那一面從邊坡上部向下滑動位移80厘米，拉裂縫就已經(jīng)明顯在表面出現(xiàn)，進行勘察的實際結(jié)果為：位置總體符合，模型模擬運算的結(jié)果與實際勘察滑坡體的結(jié)果基本相同。

3.4.3 比較分析模擬支護結(jié)果

本文研究的工程模擬滑坡現(xiàn)象造成的邊坡后續(xù)結(jié)果以及相關的加固辦法，采用錨索抗滑樁進行滑坡固定是最有效的手段，還可以利用清坡和減緩破等措施。更要依照具體狀況實施結(jié)構(gòu)單元模型的設計，與此同時，該項目的山體滑坡所造成的最大位移數(shù)據(jù)也可以利用該模型的模擬計算得出，具體數(shù)值為2.0cm，這個數(shù)據(jù)足以說明該工程的坡體還是比較穩(wěn)定的。針對不穩(wěn)定的滑體情況，利用預應力錨索抗滑樁對滑面很大的滑坡進行綜合治理，已經(jīng)取得了顯著的治理效果。在本文研究的工程項目設計過程中，比選兩種支護方案，即懸臂樁和預應力錨索抗滑樁的比選，經(jīng)過比選和試算，確定錨桿樁的形狀為截面形式的矩形樁，規(guī)格為2.2m×3m，錨固的深度為7m，錨樁長度是17m，中心間距6.1m。在本文研究的工程中，最大正數(shù)的錨拉樁的彎矩值為25905 kN·m，懾大剪力值為13802kN；懸臂樁最大正彎矩值為35045kN·m，最大剪力值為16753 kN·m，試驗對比數(shù)據(jù)顯示，對最大剪力值進行比較，懸臂樁比錨拉樁大16.3%，從最大彎矩值比較，懸臂樁比錨拉樁小25%。這樣的數(shù)據(jù)表明，樁身截面和錨固深度通過預應力錨索樁得到了明顯的縮減，同時樁身的內(nèi)力得以降低，是目前最佳的支護措施。

4 結(jié)論

本文研究的課題是基于復雜地質(zhì)條件的區(qū)域地質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價及加固方法研究，采用的是西北某地區(qū)項目的挖方邊坡工程，對該工程中邊坡的安全穩(wěn)定相關評價實施研究，提出了最適合國內(nèi)復雜地形工程項目邊坡挖方的安全防護措施以及穩(wěn)定性評價體系，推理出的幾點結(jié)論表現(xiàn)在三方面：

（1）針對邊界超過狀況和土質(zhì)不良的邊坡，在進行挖掘設計的時候務必對開挖后的邊坡進行及時的支護；同時在邊坡挖掘的時候，時間的選擇也是極其重要的，盡量避開雨季大量雨水引發(fā)的滑坡，針對該問題解決的措施是優(yōu)化排水工程。

（2）本文研究工程的綜合治理手段，最核心的是根據(jù)具體的情況設計結(jié)構(gòu)單元模型，而且利用模型的計算得出本研究工程邊坡滑坡最大位移數(shù)值為2厘米，足以反映坡體的穩(wěn)定性。

（3）針對不穩(wěn)定的滑坡體，效果顯著的整治措施是利用預應力錨索抗滑樁進行滑坡治理。該方案可以明顯減少錨固的深度和樁身的截面，降低了樁身的內(nèi)力。同時也大大節(jié)約了原料，降低了工程造價，減少了地下工作量，抗滑坡效果顯著提升。