组合式边坡支护技术在复杂场地下的应用

王 淋，杨 帆，覃云春

（中誉设计有限公司 广东清远 511515）

0 引言

我国是一个滑坡灾害较为严重的国家，尤其是在中国的西南部地区。大型灾难性滑坡不仅造成巨大的灾害损失和人员伤亡，而且对工厂、矿山、公路及铁路等重要基础设施的安全运营造成严重影响［1］。因此，在保证边坡稳定性的前提下，选择经济合理的边坡支护方式也越来越受到工程建设方的关注［2］。李伟等人［3］以低缓丘陵区高速公路中路堑挖方高边坡支护为工程背景，研究了锚索框架梁在公路高边坡应用的合理性；姚立新等人［4］利用桩墙—锚喷组合结构，对因建筑物场地平整形成的高边坡进行了边坡支护；徐满华［5］以里耶变电站工程某一边坡为例，从边坡的稳定性评价、钢筋混凝土锚喷支护加固设计和经济性等多方面介绍了钢筋混凝土锚喷支护在变电站高边坡组合加固设计中的应用情况；赵来顺等人［6］采用钢筋混凝土预压托换桩对原主井驱动机房基础加固，通过托换桩将机房荷载传递到承载力较好的持力层，既保证了既有建筑物的安全，又保证了边坡的稳定。

综上所述，边坡支护主要是根据导致边坡失稳的可能成因，对边坡采取的结构性支挡、加固与防护，常用的边坡支护形式有挡墙、抗滑桩、锚固等［7］。然而，随着城市建设用地需求量增大，导致建筑场地复杂化，再采用单一的边坡支护方式已经不能满足实际工程需求，同一个边坡就需要采取多种支护形式组合的方式进行支护［8］。因此，本文以云南某场地边坡设计为例，根据工程地质条件对该边坡进行稳定性分析，采用了组合式边坡支护技术对该复杂场地进行了加固分析，为类似边坡支护工程项目提供借鉴和参考。

1 工程概况

某口岸国际货场建设项目位于云南省文山州麻栗坡县中越交界处。拟建场地东北侧为道路，南侧紧邻镇政府，西至采石场，为山体所环绕，北至打靶场。该货场总用地面积约11 933.00 m2，总建筑面积约23 375.88 m2，主场地北、西侧主要为挖方边坡区，场地南、东侧主要为填方边坡区，北侧垂直挖方边坡高度介于4.72～9.84 m，西侧垂直挖方边坡高度介于1.67～73.55 m，局部冲沟地段填方高度约10.86 m，南侧垂直填方高度介于12.90～16.73 m，东侧垂直填方高度介于11.09～32.00 m。综合确定边坡安全等级为Ⅰ级～Ⅱ级。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

拟建货场场地区域上地处滇东南岩溶高原南部边缘的斜坡地带，东北部及中部高，东南面低，地势大致自西向东南倾斜，岩溶地貌发育。场地内高程介于107.00～230.04 m，整体西高东低，最低点在盘龙河出境处的天保口岸，高程仅107 m，属中低山地地貌，靠近盘龙河附近地势较平缓，临山一侧坡度较陡，以斜坡堆积地貌为主，场地内植被覆盖较好，场地内斜坡坡度较陡，坡度多介于34°～41°，局部山麓地段坡度较缓。

2.2 地层岩性

根据钻探揭露及地质调查结果，拟建场地主要由第四系人工堆积层（Q4ml）层、第四系耕土（Q4pd）层、第四系冲洪积（Q4al+pl）层及第四系坡积（Q4dl）层，下伏燕山期（Gn）花岗片麻岩及寒武系中统田莲组（∈2t）白云岩、板岩组成，场地土层按由新至老的顺序分别为：①素填土，层底标高124.79～143.71 m，主要分布于场地东侧及南侧填方地段；②碎石素填土，层底标高116.45～161.32 m，主要分布于场地道路局部地段；③耕土，场地内均有分布，主要分布于场地浅表层；④粉质黏土，层底标高103.59～125.72 m，主要分布于场地冲沟分布地段及冲沟下缘堆积地段浅表层；⑤角砾，层底标高111.28～141.48 m，主要分布于场地冲沟分布地段及冲沟下缘堆积地段浅表层；⑥强风化花岗片麻岩，层顶标高151.24～164.08 m，主要分布于场地南西角；⑦强风化白云岩，层顶标高103.59～169.06 m，呈东西向分布于场地中段；⑧强风化板岩，层顶标高130.03～224.48 m，呈东西向分布于场地北段。

2.3 水文地质

拟建货场场地汇水面积约1.5 km2，周长约5 km。场地地表水主要分布于4 条冲沟内，主要接受大气降雨及地表出露泉水补给，属季节性冲沟。场地地下水主要为松散层孔隙水，主要接受大气降雨补给，受季节控制较明显。

3 边坡支护方案设计

3.1 设计参数选取

根据岩土原位测试和室内试验结果，依据《建筑边坡工程技术规范：GB 50330－2013》［9］，类比同地区同条件的工程经验，边坡体稳定性及边坡支护设计时所需的岩土物理力学参数值，具体选择如表1所示。

表1 各土层物理力学指标参数建议值Tab.1 Suggested Values of Physical and Mechanical Index Parameters for Each Soil Layer

3.2 边坡支护方案

3.2.1 总体设计原则

本项目为山地工程，由于场地特殊的岩土构成，岩体软硬互层，基岩面起伏较大，岩体种类较多，各边坡高差差异大，本工程无大范围放坡条件，以支护为主，边坡支护设计遵循“减载、固脚、强腰、排水、绿化”的原则，总体按照如下思路进行设计：

⑴挖方边坡：①高度8 m以下的边坡在坡顶建构筑物满足距离要求的前提下，采用仰斜式挡土墙按照墙身高度统一计算；②8 m以上边坡，以锚杆（索）加固方案为主，并合理有效地进行防排水。锚固的形式根据边坡岩土体类型、工程特征、锚承载力大小、锚材料和长度、施工工艺等综合确定。

⑵填方边坡：①高度5 m以下的边坡采用俯斜式挡土墙按照墙身高度统一计算；②高度大于5 m 小于18 m 的边坡采用加筋土挡墙；③高度大于18 m 的边坡采用桩板墙+加筋土挡墙。

3.2.2 土坡稳定性分析

⑴圆弧型滑裂面采用Bishop法分析

如图1所示，Ei及Xi分别表示法向及切向条间力，Wi为条块自重，Qi为水平力，Ni、Ti分别为条块底部的总法向力和切向力，其余符号如图1所示。

图1 Bishop法计算图式Fig.1 Calculation Schema of Bishop Method

Bishop法的稳定系数通过下式计算：

⑵折线形滑裂面采用Morgenstern-Price法分析

如图2 所示，y=z（x）表示坡面线、x=h（x）表示侧向孔隙水压力、y=y1′（x）表示有效应力的推力线、y=y（x）表示滑裂线。

图2 Morgenstern-Price法计算图式Fig.2 Calculation Schema of Morgenstern-Price

每一条块满足力的平衡微分方程为：

式中：FS为抗滑安全系数；ru为孔隙应力比。

通过迭代求解上述方程，可以求得FS。

依据文献［9］和《高填方地基技术规范：GB 51254—2017》［10］，根据工程项目的重要性、破坏的后果严重性、边坡类型、边坡高度等因素，通过采用Geo-5、理正等相关软件进行计算，求得各边坡剖面的安全系数如表2所示。

表2 边坡支护方式汇总Tab.2 Summary of Slope Support Methods

3.2.3 边坡支护设计方案

经设计验算，本项目设计支护地段边坡总长约2 330 m，西侧高挖方边坡采用坡顶卸载+锚杆（索）框格梁支护；西南角挖方边坡采用仰斜式挡土墙支护；南侧及东南角采用护脚墙+加筋土挡墙支护；东侧高填方边坡采用抗滑桩+加筋土挡墙支护；且对地下排水，边坡截排水及绿化工程进行了系统设计。场地范围内边坡支护方式汇总表如表2 所示，边坡支护总平面图如图3所示。以下选取典型设计方案进行说明。

图3 边坡支护总平面Fig.3 General Plan of Slope Support

⑴锚杆（索）框格梁设计

锚杆（索）水平间距3 m，垂直间距2.5 m，坡高每级10 m，第一至第五级坡率1∶0.8，第六至第七级坡率1∶1.25，平台宽2.5 m，框格梁B×H=0.4×0.5 m。综合考虑施工难易程度、支护整体效果、环境美观等因素，锚杆（索）平面矩形布置，水平间距3m，垂直间距2.5 m。按照每级坡高10 m 计算，每级坡纵向有4 根锚杆，保证每延米坡高范围内有1 根锚杆锚固，以达到锚固的经济合理和美观，同时减少锚固边坡的预应力损失。预应力锚索总长度由锚固段长度、自由段长度及外露段长度组成，锚固段长度不应小于3 m，也不宜大于10 m；自由段长度受稳定地层界面控制，在设计中考虑自由段伸入滑动面或潜在滑动面的长度不小于1 m，且自由段长度不得小于5 m。锚索长度的确定，由锚固力设计值计算以及潜在破坏影响深度综合确定。

对于27-27支护剖面，边坡支护采用“锚索/锚杆框格梁+梁格挂网喷混凝土+绿化”的形式，如图4⒜所示。边坡分两级，坡率1∶0.8，平台宽2.5 m，每级高10 m，锚索/锚杆框格梁水平间距3 m，垂直间距2.5 m，每12 m设一道伸缩缝，格内挂网喷混凝土，之后再绿化。

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图4 支护剖面Fig.4 Support Section （mm）

⑵重力式挡土墙设计

挖方采用仰斜式挡土墙，填方高度小于5 m 采用俯斜式挡土墙，按照墙身高度统一计算，并对挡土墙进行抗滑移稳定性、抗倾覆稳定性验算、地基承载力验算，得出挡土墙的设计参数。

选取3-3 支护剖面作为典型剖面，边坡支护采用“悬臂式挡墙/扶臂式挡墙”的形式，如图4⒝所示。填方高度6 m 以下采用悬臂式挡土墙，6 m 以上采用扶臂式挡土墙。挡土侧墙顶边线为定位线。

⑶抗滑桩设计［11］

桩截面尺寸1.5 m×2 m、2 m×2.5 m，悬臂段和嵌固段之比不小于1∶1，桩间距4 m、5 m，桩出露地表部分设挡土板，厚度350 mm，桩间采用现浇板。依据《混凝土结构设计规范：GB 50010—2010》［11］，桩按受弯构件进行计算，计算作用在抗滑桩上的各力，得出抗滑桩的设计参数。

选取6-6 支护剖面作为典型剖面，边坡支护采用“水泥土搅拌桩处理地基+桩板墙+加筋土挡墙”的形式，如图4⒞所示。边坡分四级，坡率1∶0.5，平台宽2 m，第一级为桩板墙，第二级高8 m，第三级高6 m，墙顶根据场平要求设置纵坡，但第四级高度不应超过6 m，每一级马道纵向水平，高程为统一值，桩中心线为定位线，桩长18 m，截面2.0 m×2.5 m，桩顶高程127.12 m，Z74～Z81为E型桩，冲沟内用水泥土搅拌桩处理地基，斜坡上清除粉质黏土至强风化白云岩，并对白云岩开挖台阶，沿墙长方向的纵向基底应根据现场地形做成台阶形，每个台阶长度不应小于2 m，相邻台阶高差不宜大于2 m。

3.3 边坡排水方案

由于边坡汇水面积大，地表水受大气降水影响显著，对该边坡必须进行有组织的排水。具体措施如下：边坡截排水系统包括坡顶截水沟、平台排水沟、坡脚排水沟、跌水式急流槽等几部分。坡顶后缘山体汇水经过截水沟、跌水沟汇集到坡脚排水沟，经过坡脚排水沟汇入到场地周边的市政排水系统。具体排水方案如表3所示。

表3 边坡排水方案汇总Tab.3 Summary of Slope Drainage Scheme

3.4 边坡绿化方案

边坡支护完成以后需对边坡进行绿化，保证边坡治理完成后能与周边环境相协调。边坡绿化是一种新兴的能有效防护裸露坡面的生态护坡方式，它与传统的土木工程护坡（钢筋锚杆支护、挂网、格构等）相结合，可有效实现坡面的生态植被恢复与防护。不仅具有保持水土的功能，还可以改善环境和景观，提高保健、文化水平。场地范围内边坡支护效果如图5所示。

图5 边坡支护鸟瞰效果Fig.5 Aerial View Renderings of Slope Support

4 结语

本文以实际场地边坡支护工程为例，根据工程地质条件对该边坡进行稳定性分析，采用了组合式边坡支护技术对该复杂场地进行了加固分析，得出了以下结论：

⑴在地质条件比较复杂的场地，受场地空间限制，单一的边坡支护形式不能满足安全和经济的需求。采用多种形式组合的边坡支护方式，既能满足场地需求，又能保证边坡的安全性和经济性。

⑵对于复杂场地的边坡支护方案设计，必须根据地层岩性、水文地质等条件，因地制宜，有针对性地进行设计，采取合理可行的支护方案。

⑶基于实际工程经验和设计验算，本项目提出了边坡组合支护的总体设计原则。对于挖方边坡，高度8 m 以下的采用仰斜式挡土墙方案，高度8 m 以上的边坡采用锚杆（索）加固方案；对于填方边坡，高度5 m的以下边坡采用俯斜式挡土墙方案，高度大于5 m小于18 m 的边坡采用加筋土挡墙，高度大于18 m 的边坡采用桩板墙+加筋土挡墙。为类似边坡支护工程项目提供借鉴和参考。