边坡修复工程的案例浅析

梁洪波

（广东省地质局第六地质大队，广东江门529040）

1 工程概况

该边坡位于江门市第一中学景贤学校明志楼、二教楼东侧。边坡为原山体边坡经人工削坡而成，坡长约150m，坡高约10～15m，坡度较陡（70°～80°），为土质边坡，于1997年3月已采用砼挂钢筋网护坡和喷锚护坡。坡面现状长满爬山虎、腾叶茂盛，另有2处坡面砼暴露，沿坡脚修筑单砖护脚墙，护脚墙高1.05m、墙厚16cm。边坡坡顶边沿线距离景贤学校明志楼、二教楼较近约3～5m，明志楼、二教楼采用挖孔桩基础。该坡顶修建3m高的透风围墙，坡脚为环山水泥路，环山路以下属居民住宅密集区。

把本次边坡分为2个区段：Ⅰ坡段为本次边坡调查范围内由北侧起点向南60m，主要为原山脊地形，呈凸型；Ⅱ坡段为由山脊拐点起向南90m的范围，本区段边坡大致呈直线型。

经现场调查及收集资料，发现Ⅰ坡段坡脚处发生了由喷砼内长期渗水，灌木发育，其根系已破坏坡面砼，雨水下渗至坡脚而出现的变形破坏现象。坡脚的土体挤压使防护砖墙明显外倾，外倾角约10°，防护墙多处开裂，裂缝主要呈纵向和横向分布，裂缝宽度最大为1.1cm，最大错位位移量为1.5cm。

在Ⅱ坡南侧，2017年8月受台风“帕卡”影响，可见2处明显竖向开裂，方向大致相同，间隔约1.2m，坡面水泥砼局部已经破裂，且有鼓胀现象，见长期渗水痕迹，表明坡面砼有逐渐与坡面分离迹象。坡面可见大块青苔，大块青苔的出现说明了坡体有排水不畅和渗水现象，坡体可见明显线性流水线。

2 稳定性分析和评价的主要内容和重点

该项工作的展开首先是稳定性分析和评价，这是一个比较经典的土质边坡，土质为单一的硬塑状残积成因粉质粘土。

按滑面的形态，滑动又可分为4种：（1）平面滑动。边坡岩体沿单一地质断裂面即断层面或节理裂隙面等的剪切位移，而滑体的两端多呈拉断破坏。此时边坡倾角（α）、地质断裂面倾角（β）及其内摩擦角（φ）之间的关系为α＞β＞φ。（2）圆弧滑动。边坡岩体沿着近似弧形滑面的位移，多发生在土坡或类似均质的多组节理岩体边坡中。（3）台阶状滑面。沿2组以上节理而成台阶状的滑面，呈剪切及拉断的破坏形式。实际所见的滑面多呈曲折的复合形态，主要取决于地质断裂面及边坡面的组合关系。（4）楔形破坏。边坡岩体中2组或更多的地质断裂面互相交切而成的四面楔形体或多面体的失稳，失稳的形式多为滑移或倾倒。这4种典型的破坏模式均可做力学计算。此处边坡以圆弧滑动为主要计算模式。

当坡顶有荷载作用时，尤其是边坡的稳定性。当坡顶有一栋图书馆（明志楼），一栋5层教学楼（二教学楼）时，荷载大，对边坡的安全系数影响大，是必须考虑在内的计算因素。

本次定量分析方法对边坡稳定性验算是采用北京理正软件设计研究院的《边坡稳定分析系统》中的圆弧滑动法对边坡进行计算分析，验算边坡产生大型滑动破坏的可能性。

参数的选择是重点：计算参数根据勘察分析与搜集资料，同时综合考虑边坡形态、组成物质、各土层的工程力学性能及相关工程经验等因素按边坡稳定性计算参数选用表（表1）进行选取，因坡体的长度，可分为5个剖面进行计算。选用参数详见表1。

将岩土参数录入理正岩土6.5软件，用于计算安全系数，详细操作见图1。

表1 边坡稳定性计算参数选用表

图1 理正岩土6.5计算内容和过程

以下为计算的详细的内容与参数配置，其稳定性采用圆弧滑动法（简化Bishop法）计算，潜在滑动面由计算软件自动搜索得到，尤其是粘聚力C和内摩擦角φ值对计算结果影响最大，应根据当地经验并符合规范选用参数，基本很难一次到位，要不断调试计算。剖面2（0+60）计算的过程及结果见图2。

多次反复计算后我们将得到全部剖面的计算结果，用于对整个边坡状况进行判断，其判断依据来源于《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）。计算结果详见表2。

上述计算结果表明：在一般工况和地震工况下,1-1′、2-2′剖面边坡处于稳定状态；3-3′～5-5′剖面边坡处于基本稳定状态。

此时我们已经对此项边坡的安全系数了然于胸，但也证明了此边坡确实需要进行修复。既然原边坡是采用的喷锚支护，在原有基础上进行补强也不失为一种经济有效的方式。由于边坡岩土层为上残积粉质粘土，属于遇水易软化的土质边坡。边坡坡面长满的爬山虎，有一定的集水作用，可保持边坡表层长期处于湿润状态；加之在南方多雨的天气影响下，雨水沿坡面向坡内下渗，使边坡岩土体遇水软化、孔隙水压力上升而导致边坡局部失稳变形。针对边坡现状的实际情况，建议在Ⅰ坡段采用“格构梁+预应力锚索”的方案进行加固处理，Ⅱ坡采用锚杆进行局部锚固。值得重视的是，一定要弄清楚原有基础的桩基位置和大小，避免补强的锚杆影响原有建筑的桩基础。

3 喷锚支护的设计重点

3.1 参数的选择依然是重要

这直接影响到支护的效果，是验证设计是否合格的关键，否则就要不停尝试和调整，直至达到合理的预期。

图2 理正岩土6.5计算出的结果

表2 边坡稳定性安全系数计算成果表

参照《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50330-2013），边坡安全等级为一级。可由《岩土锚杆(索)技术规程》（CECS22-2005）选用锚杆的各项参数，此处我们可以试用锚索、锚杆间距为2.5m×2.5m的间隔进行预估。格构梁的规格为300m×300mm，均以混凝土现浇，砼强度为C25。格构梁纵筋为HRB400级别钢筋，fy=360MPa，其余为HPB300强度级别钢筋,fy=270MPa。均为较常用的设计参数，均以计算出来的稳定安全系数为核心选用设计参数，以此用来验算安全系数，验证稳定安全提高多少，是否达到大于一级边坡1.35的安全标准，并有一定的安全储备。1道完整的剖面设计见图3。

锚杆应同等长度并等距布置于坡面，有利于坡体的受力均衡，也方便坡体的安全稳定系数计算，我们再细致到锚杆的结构设计，其详细的粗细及配筋可见图4。

3.2 锚杆施工时需要注意的工艺问题

（1）锚杆孔直径为110mm，采用潜孔钻机风动干钻成孔，孔位测放力求准确（避开建筑物基础桩），垂直方向误差小于10mm。锚孔施工长度要比锚杆设计长度增加50cm。锚杆孔内必须清理干净。

（2）锚孔采用一次注浆，注浆压力宜控制在0.2～0.5MPa之间。材料采用42.5MPa普通硅酸盐水泥及干净中细砂。砂的含泥量小于3%，粒径以0.3～0.5mm为宜。灰砂比为1∶1，水灰比为0.4。

由点到面，边坡锚杆的整体平面设计详见图5。

4 结语

图3 设计剖面的锚杆具体布置及长度

图4 锚索格构梁配筋图

图5 锚杆平面布置需要均匀且受力均衡

对于有些使用年限，处于破旧状态的边坡进行修复工程，在计算安全系数时，需要考虑已有支护手段的影响，并纳入计算的考虑因素，如原有的锚杆和喷砼护坡。也要考虑经济效益，如果全部拆除重建的话，显然于经济性和安全性上不合事宜，不但浪费原有的支护成果，也影响坡上建筑物的安全，显然不是首选。尽量做到与原有方式类似，并考虑坡上建筑物的基础形式，避免锚杆打穿已有建筑的桩基础，做到安全稳定。对于局部的破损，采用“打补丁”式的补强手段，节省了资金的同时，也不大搞大建，避免影响原有边坡的土体。通过安全系数的判断，选择合理的锚杆、锚索间距，并不断调试和验证，试算是否达到预期效果。