某工程边坡综合治理措施及动态调整设计的探讨

杨晓花

（湖南省核工业地质局三0三大队，湖南 长沙 410119）

1 工程概况

当前，随着经济规模的迅速扩大与工业化进程的快速发展，工程用地需求与日俱增。在工程用地相对紧缺的前提下，工程活动开始逐步向山林地带发展。山林地区地形、地质条件复杂，特别是在沿海地带，台风、暴雨等极端天气频频出现，直接导致自然灾害频发，给人民的生命、财产安全造成巨大损失。因此，这些复杂地区边坡治理工程需引起足够的重视。本文所述边坡所处场地原为丘陵，后因场地进行工程开发建设，对自然山体进行开挖后形成现有边坡。边坡支护最大高度约25m，现状自然坡度65°～85°，坡面岩土体基本裸露[1-3]。坡顶为自然山坡，植被茂盛，坡下为待建的住宅小区。根据主体设计资料，边坡治理区域中所形成的基地深度为12.5m，施工现状场所测量的整体工程高度为20.0m；场地开挖至设计标高后，将会形成最高约25.0m高的边坡，为保证后期坡脚待建的区域下居民的生命安全，需按照施工场地设计标高对现状边坡采取必要支护措施进行支护治理。本文以该工程边坡作为分析案例，从边坡稳定性分析入手，对边坡综合治理方式进行探讨，为今后具体工程实践提供相关理论依据及技术参考[4]。

2 工程地质条件

2.1 场地地形地貌

本边坡位于尖峰村北侧坡脚缓坡地带，属丘陵地貌。场区内地势较平坦，现状地面标高5.0m～6.0m；其中北侧、东侧、西侧为尖峰村居民区，地势较低，南侧为尖峰山，尖峰山标高为6.0m～186.83m，最大高差达180m，高差较大，最高点为尖峰山顶，距离勘察区直线距离约450m，地形坡度20°～30°，缓坡地带地形坡度5°～15°，植被发育。场区由于前期人工开挖，形成60°～80°边坡。

2.2 地质地层概况

根据勘察资料，场内地层岩性按照成因类型划分，自上而下分布的岩（土）层分别为：第四系坡积层砂岩碎石土（Qdl）、残积层砂质粘性土（Qel）及燕山期花岗岩（γ52-3），场址区岩土层及其工程地质特征如下：

（1）坡积层(Qdl)：成分为砂岩碎石土。呈浅黄褐色，主要由石英砂岩风化土以及碎块石组成，碎块石粒径一般在0.1m～0.3m，欠压实状、稍湿～饱和，层厚0m～3.3m。

（2）残积层（Qel）：该层在勘察区内中东段被坡积层砂岩碎石土覆盖，在勘察区西段直接分布于地表。成分为砂质粘土岩，呈浅黄褐色，组分以石英、长石颗粒以及粘土物质为主。表层含较多植物根系及腐殖质，偶见碎块石，呈散土状，干燥-稍湿，硬塑，土体性质一般不均匀，结构较松散，层厚0m～4.7m。

（3）全风化花岗岩（γ52）：该层广泛分布于勘察区内，岩石呈黄褐色，风化强烈，原岩组织结构大部分被破坏，岩石矿物除石英外，大部分风化成土状，手捏易碎，浸水软化，质地较软。层厚1.8m～7.5m。

（4）强风化花岗岩（γ52）：该层被全风化花岗岩层覆盖，坡顶出露不明显，仅在坡面中下部可见，岩石呈浅红褐色，风化程度一般，原岩结构已大部分破坏，局部结构尚可辨认，中粒花岗结构，块状构造[5]。矿物成分由长石、石英、云母等组成，岩芯呈碎块状，手可折断。该层岩石坚硬程度为软～较软岩，岩体较破碎，岩体类型为Ⅳ类。

2.3 治理前坡体特征

通过现场地质调绘可以发现，现状坡体裸露，坡度陡峭，坡面受雨水冲刷痕迹明显，且局部位置发生滑塌。具体如图1所示。

3 工程治理措施

考虑到本边坡位于山区，坡顶为高大的尖峰山山体，边坡开挖深度范围揭露地层主要为坡、残积层，以及全风化岩体，且风化不均，现状坡面发育多组不利软弱结构面，且地下水丰富。同时，受用地范围限制，边坡不具备大放坡开挖条件，且坡脚靠近拟建住宅小区，边坡一旦失稳，后果很严重。因此，必须制定完善的防护加固系统，保证坡体稳定。

图1 治理前边坡特

3.1 原设计方案

根据边坡现状及周边用地情况，本次设计采用“锚索排桩挡墙+锚索（杆）格构梁+排水系统+坡面绿化”的综合治理方案，具体设计方案如下：

（1）预应力锚索（锚杆）格构梁：按现状坡率适当修坡后（宽度小于0.5m的小冲沟在格构及喷混绿化施工时进行充填即可；宽度小于1.0m的冲沟分层夯填砾质粘性土即可），采用锚索格构进行加固。锚索间距2.5m×2.5m，锚索长度22m～26m，其中锚固段为15m，设计拉力300kN；锚索采用4×7φ5钢绞线。格构梁为“井”字型格构，格构纵梁及横梁截面尺寸均为350m×350mm，在坡面上按图纸设计尺寸进行测量放样；格构梁采用C30混凝土浇筑，刻槽深度不小于20cm。格构梁浇筑应支模到坡面，保证格构梁与坡面之间不留孔隙。锚杆（索）位于格构梁交点处。

（2）钢筋砼锚索挡墙：考虑在坡脚垂直开挖，设置钢筋砼锚索挡墙进行支挡，墙高6.5m～7.0m，设置两排预应力锚索进行锁定。

（3）排水系统：边坡排水系统设置需与整个场地排水系统设置相协调，将整个坡面地表水汇聚至坡脚，排出界外。本次治理设计考虑在距坡顶开口线2m以外位置设置截水沟，尺寸为1000mm×1000mm；第二阶边坡坡脚设置500mm×500mm排水沟；第一阶边坡坡脚设置1000mm×1000mm排水沟；边坡中部分别设置跌水槽，将坡顶及坡面地表水引至跌水沟后排至场地排水系统。同时，在坡脚部位设置18m长深孔排水管，将坡体内部地下水引排至坡外。

（4）坡面绿化：①边坡面格构梁间采用三维网植草灌进行绿化；②第一阶边坡坡顶平台采用种植乔木、灌木进行绿化；其中灌木可采用红花继木、爆仗红、勒杜鹃等，株间距20cm、株高40cm；乔木可采用秋风、台湾相思等，株间距1.5m、株高100cm；植被必须有6个月强制养护期，期间进行洒水、追肥。

（5）监测工程设计：设计要求边坡工程应采用动态设计法进行治理设计，这主要体现在边坡施工治理过程中应掌握施工现场的地质状况、施工情况和边坡的变形情况，根据边坡的监测反馈信息以便必要时对原设计做出校核、修改和补充。因此边坡治理中边坡监测是一项重要的工作。

本边坡监测设计主要采取地表位移监测（包括：水平位移监测、垂直位移监测、地表裂缝监测），以坡体变形数据来修正设计，指导施工，以确保施工安全，并且检验工程效果。

3.2 动态调整设计

第二级边坡开挖后，现场揭露坡体发育软弱夹层及不利结构面，且山体地下水丰富。同时，2019年4月～7月边坡支护施工期间，正值珠海市多次遭受特大台风暴雨影响，该边坡在局部软弱夹层特别发育部位发生小型崩塌，导致施工受阻（如图2所示）。

图2 坡体发生局部沿结构面崩塌破坏

考虑到现状边坡不良地质条件影响下，按照原设计采用锚索挡墙支护，需垂直开挖坡体，然后施做锚索挡墙支挡，施工过程容易诱发坡体沿结构面崩塌等地质灾害，甚至诱发整体失稳破坏[6]。为了保证边坡施工过程中的稳定，2019年8月10日，四方代表对实地进行现场踏勘，经过充分讨论，决定对边坡支护形式实施动态调整，具体如下：

第二级坡面维持原设计，采用锚索格构梁（已实施）加固，坡面采用三维网植草绿化。

第一级边坡调整为排桩锚索挡墙：边坡开挖加固至+19.0m标高位置，并设置宽平台，平台位置施做锚索抗滑桩，桩间土体采用挂网锚喷防护。

4 边坡稳定性分析与评价

为了验证支护结构的合理性及有效性，需对边坡稳定性进行分析评价。

4.1 边坡破坏模式分析

该边坡为类土质边坡，潜在破坏模式主要有以下两种：其一：边坡整体类似于黏性土近圆弧滑动失稳；其二：沿不利结构面，崩塌式破坏。

4.2 边坡失稳影响因素分析

根据边坡特征分析，边坡失稳的影响因素主要有：

4.2.1 水的作用

包括地表水的入渗以及地下水的运动。地表水渗入坡体增加了边坡岩土体的重量，减低了岩土体和结构面的抗剪强度，增大了潜在不稳定块体的下滑力、减小了抗滑力；地下水在坡体中的运动，形成的动水压力与静水压力，增加了边坡岩土体的下滑力[7,8]。

4.2.2 结构面的影响

边坡受外倾结构面控制，块体受裂隙切割形成楔形体，沿着岩块下部风化软弱面滑移，进而产生滑移。

4.3 稳定性计算结果

图3 边坡稳定性计算结果

选取典型计算断面（其余断面按照工程类比法判断），对边坡在加固前工况和加固后自然工况下的稳定性进行计算，计算结果见图3。

根据《建筑边坡工程技术规范（GB50330-2013）中边坡稳定性评价有关规定，结合上述计算结果可得出如下结论：①自然工况未加固工况下，边坡安全系数均小于1.35，处于不稳定状态；根据现场调查，这与边坡多处发生溜塌及滑移破坏相符合；②采用锚索(杆)格构梁、锚索排桩挡墙加固后的自然工况边坡安全系数大于1.35，边坡整体处于稳定状态，满足规范要求。以上计算结果进一步表明采用该治理设计方案是可行的。

5 治理效果

经过6个月的建设期，本边坡于2019年12月顺利通过了竣工验收（竣工后效果图如图4所示）。竣工后，本边坡经受了2020年度珠海市台风暴雨天气的考验，监测数据揭示坡体处于安全稳定状态，再次验证了本次治理设计方案的合理性。

图4 治理后边坡概貌

6 结论

本文基于具体工程实例，提出一系列山林地区工程边坡防护加固设计的措施及设计方法，可以得出如下结论：

（1）边坡治理是一项系统工程，涉及结构加固、排水、监测、绿化等方面。因此，设计及施工必须进行综合考虑，方能取得良好治理效果。

（2）岩土工程往往包含难以估计的复杂因素，实际的地层结构和土质条件与设计图纸可能存在一定的误差，若施工中发现地质条件与设计资料存在差异性，应根据监测和施工中所获信息及时进行动态调整和变更，贯彻信息化设计施工原则。

（3）本工程实例综合治理方案能为今后的工程实践提供相关理论依据及技术参考。