紧邻建筑土质滑坡治理工程设计与实践

魏海涛 孙兰宁

(中航勘察设计研究院有限公司，北京 100098)

0 引言

近年来，山前建设规模空前，挖山填壑形成了大量的斜坡地带，处理不当会引起滑坡灾害，造成人员和财产损失。

许多学者对滑坡工程治理进行了大量研究，张小伟等[1]对工程滑坡的识别与防治进行了总结；前人较系统地研究了各类滑坡的形成条件、作用因素、发生和运动机理，在多个工程案例分析总结的基础上，提出了滑坡的防治原则和工程措施[2-8]。

常用的滑坡治理工程措施有削坡减载、疏排水、抗滑挡土墙、抗滑桩、微型抗滑桩群等。以北京门头沟地区某紧邻建筑物的公路滑坡工程为背景，介绍采用锚拉抗滑桩、堑顶微型桩和格构梁等组合工程措施治理滑坡成功案例，供类似工程借鉴。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

工程场地原为山坡林地，由于规划需要，场地周边已完成一条二级盘山公路，山脚下修建小区，由此形成了长320 m、高15～20 m的公路、建筑边坡。现状坡顶距离公路路肩22～28 m，坡脚与建筑物水平距离为6.5～13 m，边坡坡顶为园林绿化，坡面杂草丛生。

建设过程中，由于未对边坡采取合适的支护措施，雨季来临后，边坡局部发生滑塌，小区部分围墙护栏遭到破坏。边坡西侧区域出现一处土质滑坡，滑坡宽度约69 m，主轴长约40 m，坡顶裂缝、变形明显。该区域在清表修坡过程中，坡顶裂缝持续扩大，公路边缘土体持续下沉3.5 m，严重危及公路及建筑物的安全。

1.2 地质条件

根据野外钻探及现场调查，本工程地层主要为人工填土层、一般第四纪残坡积层及二叠纪基岩。本工程拟防护边坡场地特殊性岩土为人工填土、混合土及风化基岩(见表1)。

人工填土①、①1回填时间短，有湿陷性，土质松散，未经压实，均匀性差，工程特性差。一般第四纪残坡积②、②1层，颗粒粒径变化较大，均匀性差。强风化砂岩④、中等风化砂岩⑤岩体节理、裂隙较发育，基本质量等级分类属Ⅳ级。

勘察35.0 m深度范围内未见地下水。根据区域水文地质资料及周边地质资料，拟防护边坡场地局部可能存在基岩裂隙水，尤其在雨季易形成具有较高水位的地下水。

2 滑坡特征及成因分析

滑坡位于建筑群上方西北侧，滑坡宽约69 m，主轴长约40 m，主滑方向132°，为小型牵引式土质滑坡。滑坡区地形上缓下陡，滑坡前缘坡度45°～55°，坡面破碎；滑坡后壁陡峭，高度约2 m，坡度约60°，圈椅状明显；在滑坡后缘周界形成下错台坎，错距1.2 m。前缘剪出口位于建筑物地下室基底位置，局部变形迹象较为明显(见图1、图2)。

图1 滑坡体上缘张拉裂缝

经过调查，在2017年雨季期间，该段边坡后缘道路发生浅层滑移，市政抢修在已滑移的道路两侧各设置一排抗滑桩(直径1.0 m)，抗滑桩长度约16～18 m(见图3)。

图3 滑坡位置平面图

2.1 滑面特征

依据调绘、钻探揭露，滑体土为粗粒混合土②层，黏性土含量约为25%～40%，母岩以砂岩为主。滑床岩性为残坡积土，白色，土质均匀，含较多姜石，结构致密，硬塑状。滑体中部厚度一般8～10 m，滑面倾角一般30°～46°；后部及前缘厚度一般5～8 m，滑面倾角一般0°～30°。滑带土为白色残坡积土，滑面擦痕较明显；滑坡体前缘剪出口较明显，土体揉皱强烈，变形挤压现象明显。

2.2 滑坡成因分析

本工程滑带土以粗粒混合土②层为主，土层中所含黏性土为白色残坡积土，蒙脱石含量较高，具有遇水膨胀、失水崩解的特性，在地表水入渗后易产生软弱带。

坡下建筑物施工期间，对边坡坡脚进行开挖，坡脚被破坏，抗滑力降低，在地表水入渗后，土体自重增大，形成软弱带，最终在重力作用下沿软弱面(带)下滑或错动，形成滑坡。

雨季之前，由于建筑开挖土方弃于滑坡体前缘，客观上起到了一定的坡脚压重作用，滑坡后缘及坡面变形迹象不明显，但在6、7月份强降雨条件下，滑坡体中前部土体再次复活，严重威胁建筑安全。滑坡体上缘竖向变形如图4所示。

表1 岩土层的物理力学性质指标

续表

图4 滑坡治理剖面图(距离单位：mm)

3 滑坡稳定性评价及治理措施

3.1 滑坡稳定性分析

现场对滑带土取样，进行室内常规物理力学及反复直接剪切试验，测定滑带土的残余抗剪强度，并按正在滑动边坡的稳定系数0.98，采用Geo-Slope软件对抗剪强度参数进行反演分析。结合试验统计参数给出如下计算参数：自然、地震状态下重度γ=21.0 kN/m3，黏聚力c=11.7 kPa，内摩擦角φ=11.7°；饱和状态下重度γ=22.0 kN/m3，黏聚力c=8.0 kPa，内摩擦角φ=10.1°。

稳定性分析计算采用极限平衡法[9-10]，取单位宽度的主滑方向断面对滑坡体进行分条，假定每一分块为一刚体，即不考虑块体内部的变形与应力，建立块体间平衡方程，稳定系数为抗滑力与下滑力的比值。计算公式如下：

Pi=KQisinαi+ψPi-1-Qicosαitanφi-cili

ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

Ri=Nitanφi+cili

式中：Pi为第i块滑体的剩余推力，kN/m；Pi-1为第i-1块滑体的剩余推力，kN/m；Fs为稳定系数；Ri为作用于第i块段的抗滑力，kN/m；Qi为第i块段滑体所受的重力，kN/m；Ni为第i块段滑动面的法向分力，kN/m；φi为第i块段土的内摩擦角，(°)；ci为第i块段土的黏聚力，kPa；li为第i块段滑动面长度，m；Ti为作用于第i块滑动面上的滑动分力，出现与滑动方向相反的滑动分力时，Ti取负值，kN/m；ψi为第i-1块段的剩余下滑力传递至i块段时的传递系数。

由于本工程滑坡紧邻建筑和公路，综合对比规范[10-11]，按天然及饱和状态下安全系数K=1.30、地震状态下安全系数K=1.15计算，最不利工况为饱和状态，稳定系数Fs=0.920，在考虑安全系数的情况下，滑坡剩余推力F=864.56 kN/m。

3.2 滑坡综合治理措施

由于滑坡体紧邻建筑物，按照建筑边坡变形控制要求，严格控制治理后坡顶变形不大于20 mm。在充分掌握滑体地质条件和稳定性状况的基础上，提出了锚拉抗滑桩+堑顶微型桩+坡面锚杆格构，并结合地表水及地下水处理的综合治理方案，辅以坡面种植绿化，以达到防护与美化环境的效果。

3.2.1 滑坡段应急稳坡措施

为确保滑坡治理施工的安全，建议对滑坡段采取应急稳坡措施，首先在坡脚反压3.0 m高度土方，范围沿滑体两侧各延伸不小于5.0 m；滑坡体范围内采用苫布覆盖，防止雨水渗入造成二次灾害；对已经形成的裂缝进行砂浆回填密封处理。

3.2.2 地表和地下水排水

在滑坡上部周界设置截水沟，滑坡坡面上设置树枝状排水沟，并在坡脚设置排水沟及消能池形成完善的排水系统，减少地表水下渗。

对坡顶上方市政公路排水沟进行疏通加固，路肩上方设置挡水墙，降低路面汇水对滑坡体冲刷，并将上游排水涵洞改道至下游。

为防止地下水对滑坡的不良影响，在坡面每隔6 m设置斜向排水管，长度12.0 m，仰角5°～10°，采用直径100 mm的包网PVC管作为滤水管。

3.2.3 堑顶微型桩设计

由于滑坡上缘产生了较大的裂缝和错台，原有公路埋入式抗滑桩被动区弱化严重，为了限制滑坡体上缘裂缝的进一步扩展，确保坡顶公路使用安全，设计采用双排直径150 mm、长4.0 m的微型注浆钢管桩对原抗滑桩被动区加固。

3.2.4 抗滑桩设计

3.2.5 坡面锚杆格构设计

图5 抗滑桩配筋图(单位：mm)

4 滑坡治理效果评价

滑坡工程治理施工2018年6月上旬开始，2018年8月15日完成抗滑桩和坡面锚杆格构梁施工，2018年8月20日抗滑桩桩前土体开挖。期间对滑体上缘及抗滑桩桩顶、深层水平位移、地下水位变化进行了监测。

图6、图7分别为抗滑桩中间桩位、边桩深层水平位移监测点。图中可以看出：(1)中间桩位最大变形7.5 mm，边桩最大变形为6.0 mm。边桩变形较中间桩位变形略小，但整体差距不大，说明支护体系整体性较好。(2)沿着深度看，桩顶变形较以下2～4 m范围变形略小，桩顶锚索起到一定的约束作用；深度10.0 m位置以下变形极小，说明4 m的桩端入岩段发挥了很好的嵌固作用。(3)变形曲线显示，桩顶以下0.5 m处变形较3 m深度范围变形略小，说明桩顶部位设置的锚索对限制滑坡变形作用明显。(4)抗滑桩变形的60%～80%发生在坡前土方开挖、挡土板施工期间，后期变形趋于稳定。土方开挖阶段，抗滑桩后方土体应力释放对变形贡献较大。

图6 中桩深层水平位移监测图

图8为滑坡体上缘裂缝监测点竖向变形情况。6、7月份在强降雨影响下，滑坡体发生了剧烈的错台滑动，施工期间采取坡脚堆土等措施后，变形趋缓，抗滑桩施工完成后，滑坡体变形明显得到了有效控制，9月上旬整个滑坡体变形趋于稳定，采用锚拉抗滑桩+堑顶微型桩+坡面锚杆格构治理体系取得了良好的效果(见图9)。

图7 边桩深层水平位移监测图

图8 滑坡体上缘裂缝竖向变形监测图

图9 滑坡治理效果

5 结论

(1)基于现场调查和详细的地质勘察，采用系统的定性和定量分析评价方法，提出的锚拉抗滑桩+堑顶微型桩+坡面锚杆格构结合地表排水措施的综合治理方案是有效的，对同类灾害治理工程有一定的借鉴作用。

(2)紧邻建筑物的滑坡治理工程设计应按照变形控制原则执行，适当提高安全系数。

(3)滑坡治理是一项综合性较强的工程，勘察、设计、施工一体化有利于滑坡治理工程的顺利实施。