顺向岩质边坡加固治理设计实践

张黔飞

1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081

2.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司，贵州 贵阳 550081

工程边坡按照岩土组成可分为土质边坡、岩质边坡、岩土混合边坡[1]，其中，岩质边坡相对土质边坡较为稳定，边坡失稳多发生于土质边坡，但岩质边坡中有一种边坡较为特殊，那就是顺向岩质边坡，该类边坡一旦失稳，其破坏力将远大于同等规模的土质边坡。

大多数顺向边坡均是工程开挖形成临空坡面，其坡顶为仍为自然边坡，采用锚索或锚杆进行锚固一般都有一定的射入角，以锚索或锚杆的抗拔力来抵消潜在滑体的剩余下滑力，因此较少采用竖向锚固的形式。该案例边坡坡脚与坡顶均由于场平开挖形成临空面，从而形成一级台阶形式的工程边坡，由于岩层倾角较缓，锚杆斜向上打入不能很好地锁住潜在最危险滑动面，同时为方便施工，锚杆采用竖直打入，运用锚杆抗剪力来抵消边坡滑体的剩余下滑力，相当于锚筋桩，施工以轻型机械为主，施工方便快捷，并且对场地条件要求低，施工周期短[2]。

1 工程概况

1.1 边坡工程概况

该案例边坡位于观山湖区，为某仓库（以下简称一号仓库）建设用地场平开挖形成的工程边坡，因其北侧的一号仓库场地±0.00m标高与南侧的二号仓库场地±0.00m标高不同，两地块场地开挖便形成一个台阶，即该案例边坡。边坡长290m，坡高10～15m。边坡岩体由薄层状泥质灰岩组成，节理裂隙及软弱结构面发育，岩体较破碎，完整性较差，边坡岩体类型为Ⅳ类，实测岩层产状175°∠18°，边坡坡向166°，为顺层岩质边坡[3]，边坡为永久性边坡。边坡坡脚为二号仓库场地，边坡坡顶为一号仓库场地，边坡若被破坏，将会危及一号仓库及二号仓库场地内建构筑物和场内人员的生命财产安全，造成严重后果。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013），结合边坡高度及破坏后果的严重性，判断该边坡安全等级为二级[4]。根据业主要求，在有限的放坡条件下采取支护措施，边坡支护暂不考虑一号仓库建筑规划布置，届时坡顶建筑布置、基础形式及埋深考虑案例边坡条件确保安全。

1.2 边坡主要技术难点

由于岩层倾向和坡向基本一致，两场地场平开挖后，岩层层面、层间软弱夹层均已临空出露，顺向边坡稳定问题突出。岩层倾角较缓，边坡坡顶临空，锚杆斜向上打入不能很好地锁住潜在最危险滑动面，同时场地限制导致斜向锚杆不易施工，因此该案例边坡创新性地采用国内外均鲜有使用的竖向锚杆方式进行支护处理，可供参考的工程实例较少。

2 工程地质条件

2.1 基本地质条件

边坡位于一号仓库建设场地南侧，二号仓库后侧（北侧），现状边坡坡脚起于二号仓库征地红线，坡脚高程为1280.0～1285.9m，坡顶为一号仓库场地，场平高程为1295.5m。边坡相对高差9.6～15.5m。场地主要涉及三叠系下统大冶组（T1d）中风化泥质灰岩，薄层状结构，软弱层面及节理裂隙发育，岩体较破碎，厚度很大，未揭露下限。边坡岩层总体呈单斜产出，产状175°∠18°，边坡开挖坡面坡向166°，岩层倾向与坡面倾向呈小角度斜交，为顺层岩质边坡。岩层层面起伏粗糙，充填岩屑并夹泥，层面结合程度很差，相当于软弱夹层，遇水后易软化或泥化。场区内无地表水系。根据场区地下水特征，将场区内地下水类型划分为第四系上层滞水和基岩岩溶裂隙水。

2.2 边坡岩体与结构面参数

根据室内物理力学试验及东侧某商城场平工程北侧顺向边坡滑动反演分析，该案例边坡岩体物理力学参数指标建议值如表1、表2所示。

表1 岩体物理力学参数建议值表

表2 岩体结构面物理力学参数建议值表

2.3 边坡岩体结构与可能破坏类型

案例边坡为层状边坡，边坡层面倾向坡外，构成顺层岩质边坡，同时层间发育软弱夹层，软弱夹层是控制边坡稳定的最重要的结构面[5]，案例边坡岩层层面起伏粗糙，充填岩屑且局部夹泥，层面结合程度很差，遇水浸泡易软化，甚至演变成泥化夹层，可构成边坡滑动的底滑面，因此案例边坡可能的破坏类型为顺层滑动。

3 边坡稳定分析

3.1 边界条件及基本计算参数

（1）滑动边界组合形式。①底滑面：根据勘察资料表明，边坡岩体由薄层状泥质灰岩组成，边坡岩层层面起伏粗糙，充填岩屑且局部夹泥，层面结合程度很差，遇水浸泡可演变成泥化夹层，可构成边坡滑动的底滑面。②后缘切割面：边坡后缘即为边坡坡顶一号仓库场地，该场地面积较大，层面在坡顶均有出露。③临空面：在边坡前缘即边坡坡面，由于岩层倾角缓于地形坡度，岩层层面（含软弱夹层）在边坡前缘临空，临空面的存在对于边坡的稳定性极为不利。

（2）滑动范围的确定。案例边坡滑动边界组合形式较为简单，选择以坡脚最底部层面作为底滑面的滑坡体的范围，相当于边坡坡体整体失稳滑动，并以此为依据进行边坡稳定性分析计算。

（3）计算参数的选取。由前述可知，计算模型中的边坡滑动主要为层面控制，主要选取表2中的饱和工况下的层面参数，该参数通过同地层岩性、同产状构造的东侧某商城场平工程滑坡案例反演得出，按照泥化夹层进行设计，并为保险起见，在坡顶考虑50kPa均布荷载。

3.2 刚体极限平衡计算

（1）计算剖面的选取及滑动面的确定。选择边坡坡高最大，滑动、垮塌条件良好的剖面为典型计算剖面，滑动面选取边坡整体滑动的层面作为最危险滑动面，沿坡脚底部剪出，为顺层岩质边坡平面直线滑动。

（2）计算公式的确定。据《建筑边坡工程技术规程》（GB 50330—2013）附录A.0.2，以及现场边坡的构成条件，选用平面直线滑动计算公式对典型剖面稳定性系数进行计算，其计算公式如下：

式中：FS为边坡稳定系数；R为滑体单位宽度重力及其他引起的抗滑力，kN/m；T为滑体单位宽度重力及其他因素引起的下滑力，kN/m。

式中：R为滑体单位宽度重力及其他引起的抗滑力，kN/m；G为滑体单位宽度自重，kN/m；Gb为滑体单位宽度竖向附加荷载，kN/m，方向指向下方时取正值，指向上方时取正值；θ为滑面倾角，°；Q为滑体单位宽度水平荷载，kN/m，方向指向坡外时取正值，指向坡内时取负值；V为后缘陡倾裂隙面上的单位宽度总水压力，kN/m；U为滑面单位宽度总水压力，kN/m；φ为滑面的内摩擦角，°；C为滑面的黏聚力，kPa；L为滑面长度，m。

式中：T为滑体单位宽度重力及其他因素引起的下滑力，kN/m。

式中：V为后缘陡倾裂隙面上的单位宽度总水压力，kN/m；γw为水重度，取10kN/m3；hw为后缘陡倾裂隙充水高度，m，根据裂隙情况及汇水条件决定。

式中：U为滑面单位宽度总水压力，kN/m。

（3）计算结果及稳定性评价。由于边坡排水条件良好，此次计算不考虑水压力，即V=0，U=0。在坡顶考虑50kPa×25.0m附加竖向应力Gb，水平荷载Q为0。根据计算，案例边坡稳定系数为0.98，边坡处于不稳定状态（临界稳定），需要进行加固治理。

4 边坡设计

4.1 边坡治理思路与原则

根据边坡稳定计算结果及业主要求，采用经济的、易于施工的支护措施，满足设计要求的同时兼顾环境美观和谐，边坡设计安全系数Fst取1.30。

4.2 设计方案

根据前文分析，边坡坡体按照1∶1.25坡比进一步削坡，并采用锚杆+格构梁系统的锚固岩体。锚杆采用竖直打入，运用锚杆抗剪抵消剩余下滑力，将边坡整体稳定性系数提高至1.30以上。治理工程的坡脚起于贵阳市二号仓库场地边线，坡脚处高程为1280.0～1286.0m，坡顶为场平高程1295.5m，最后出于环境美观考虑，在栅格内喷播植草覆盖。

4.3 治理后边坡稳定计算

（1）削坡后剩余下滑力计算。根据计算，削坡后边坡稳定系数Fs=1.04，可算出设计安全系数Fst=1.30时的剩余下滑力T滑＝428.53kN/m，因此需要进一步采用锚杆固定来抵消剩余下滑力。经计算，该岩质边坡不存在侧向岩压力，采用边坡岩体剩余下滑力作为支护结构的设计荷载[6]。

（2）锚杆支护后边坡稳定性验算。根据相关规范及构造要求，设计锚杆长度分别为6m、9m，为全长黏结型锚杆，坡面间隔布置（水平和竖向间距分别为2.5m、1.8m），选用规格为3Φ28mm的HRB400三级钢筋，截面积为（3×615.44）mm2，抗剪强度设计值为205N/mm2。

由于边坡排水条件良好，此次计算不考虑水压力，即V=0，U=0，仍在坡顶考虑取1250kN/m附加竖向应力Gb，水平荷载Q为0。经计算，在锚杆支护后，边坡稳定系数达到2.59，满足二级永久边坡稳定安全系数1.30的要求。边坡典型治理断面及稳定性验算断面如图1所示。

图1 边坡典型治理断面及稳定性验算断面

5 结论

（1）案例边坡开挖高度为10～15m，长度为290m，其规模并不算大，但该边坡有着顺向边坡、薄层状、软弱夹层等特征，为边坡的支护设计带来一定挑战，同时在案例边坡东侧某商城场地发生大规模顺层岩质边坡滑坡的情况下，该案例边坡的治理设计更具有挑战性。但该案例边坡经过加固处理后，近几年在各种暴雨工况影响下，边坡依旧稳定，坡体未发现明显变形及异常现象，边坡的加固处理设计无疑是成功的。

（2）该案例边坡采取以放坡+竖向锚杆+格构梁为主，再加上坡体表面排水的综合处理措施，取得了良好的处理效果。其中，利用竖向锚杆抗剪抵消剩余下滑力治理顺层边坡的方法在国内外均较少见，取得了顺层边坡理论分析计算和加固处理技术上的创新性突破，可以为今后类似工程边坡提供参考。