危害公共安全的复杂边坡治理工程研究——以云南交通职业技术学院山体道路和建筑群为例

杨 涛

(云南交通职业技术学院，云南 昆明 650504)

1 公共基础设施与边坡地形分析

云南交通职业技术学院公共建筑群与高大边坡同处于山体狭窄地带。高边坡与公共建筑群距离分别为南向 9.24 m、西向 3.26 m、北向 8 m。边坡平均高度为 16.83 m，边坡暴露面为 186.7 m，与周边建筑和道路的情况为：边坡上方已建道路，最近距离 5.5 m 高边坡为建筑群所包围；东向为已建成的汽车综合教学楼；南向为内部道路，紧临学生宿舍、后勤综合楼、食堂；西向为中德楼；北向为已建城市道路(致远路)(图1)。边坡承担着路堤和路基的功能而又被建筑体群所包围，边坡处治中最容易受到土体影响的是南向道路和建筑群。边坡坡顶即道路硬路肩，距道路中心线 9 m(路宽 8.5 m)；距后勤综合楼南楼檐角处 18.2 m。

图1 云南交通职业技术学院建筑群与边坡示意Fig.1 Architectural complex and slop of Yunnan communications vocational and technical college

2 治理方案的比选

2.1 常用的边坡治理方案

边坡治理常用削坡减载防护、重力式挡土墙防护、抗滑桩防护、应力锚索防护、边坡排水工程防护、绿化防护等方法。

1) 削坡减载防护。该方法无需对边坡进行整体加固，而是通过控制边坡的高度和坡度，使边坡达到自身稳定。在本案例中，坡高<20 m，按照理想土质条件，按1∶0.3的放坡比例削坡，将会占用原有硬路肩，坡顶侵入路肩 1.3 m。但受地形限制，本案例没有更多的土地可以用于放坡设计，此方案不可行。

2)重力式挡土墙防护。重力式挡土墙采用石砌或混凝土浇筑挡土墙作为支挡防护工程。石材和混凝土挡土墙自重稳定，利用内侧斜坡倾角和边坡推力垂直重力方向的压力传递，防护更为稳定。这种方法对低矮边坡进行防护较为经济可行，但需要开挖原有内部道路后砌筑挡土墙体，而后回填土，施工设计要求断路并重建原有道路，而目前此段道路是校园内部的重要主干道，承担着交通车辆和师生教学生活通行的繁重任务，不允许交通封闭。

3)抗滑桩防护。抗滑桩多采用挖孔灌注桩，是一种大截面侧向受荷载力的桩体设计，桩身穿过滑体锚入滑床中一定深度，其中滑动面以上部分受侧向荷载力，滑动面以下部分锚固较为可靠。此设计对抗水平位移的滑体有一定的优势，可以借鉴考虑。

4)预应力锚索防护。预应力锚索是一种可承受拉力的结构系统。它的一端被固定在稳定地层或结构中，另一端与被加固物紧密结合，形成一种新的结构复合体。其核心受拉体是高强预应力筋(预应力钢丝、钢绞线等)，安装后可立即向被加固物体主动施加压应力，限制其发生有害的变形和位移。预应力锚索是一种高效经济实用的工程技术，在边坡治理中得到了广泛重视和应用，可以借鉴考虑。

5)边坡排水工程防护。边坡排水的目的是排除边坡的水体，以减轻边坡内部土体的含水量。排水是一项重要的措施，排水工程对于边坡稳定至关重要。边坡排水应统筹考虑坡面水、地下水和坡体渗透水。

6)绿化防护。采取工程措施与植物种植相结合的生态护坡技术，可以减少因土质风化、老化和水土流失造成的边坡破坏。边坡植物的根系较为发达，对边坡表层土质起到稳固作用，能减轻坡面不稳定和侵蚀方面的影响，使边坡与周围环境相协调统一，达到工程治理与环境美化双赢的效果。

3 密布抗滑桩加预应力锚索治理方案

3.1 实例分析

1)土质分析。该边坡所在位置地质具有喀斯特地貌的特征，土质钻心取样自上而下为：表层1～3 m 之间为坡积层，以松散土、覆盖土为主；3～9 m 为残积层，主要是风化岩石，沙砾、粘土等；9 m 以下为风化基岩层，由破碎风化基岩组成，略伴随小型溶洞，直径0～150 cm。如表1所示，①层为素填土，土质颜色：红褐夹黄色，以粘性土为主，含少量砾石及建筑填土，形成时间短，欠固结，松散。②层为粘土，土质颜色：褐红，红夹黄及褐夹灰色，湿润，硬塑状态，中压缩性，局部高压缩性，切面有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高，含少量全碎强风化玄武岩、泥岩及灰岩质砾石，局部风化程度较低，见球状风化核。③层为粘土，土质颜色：浅灰色、灰色，局部深灰色，湿， 硬塑状态，中压缩性，切面稍有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性中等。④层为粉质粘土，土质颜色：褐黄、褐黄夹红及褐黄夹灰色，局部浅黄夹灰色，湿，硬塑状态，中压缩性，切面稍有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性中等，含少量强风化玄武岩、泥岩及灰岩砾石。

表1边坡土质分析Tab.1 Analysis of slope soil quality

2)综合方案。边坡治理分为2个部分——建筑物部分：基坑支护高度为7.5～12.6 m；道路路堤部分：基坑施工完成回填后形成0.5～6.0 m 永久边坡。抗滑桩与基坑支护桩为同一道工序，支护桩同一位置为同一棵桩。该项目中基坑支护起路堤加固一并考虑受力作用，基坑计算时选用固结快剪指标，计算条件为一般工况。边坡工程计算时，支护结构已施工完成，仅采用浸水快剪指标对支护结构及锚索设计在±0～10 m 范围内运作验算。由于抗滑桩是路基组成部分，双向受力，本研究拟采用“密布“形式，密布抗滑桩阻止滑动面产生的水平推力，切断滑动面，桩与桩之间采用隔板墙工艺加固，形成“结板效应”(图2)。

图2 边坡综合治理方案Fig.2 Comprehensive treatmet scheme of slope

3.2 施工关键技术

边坡治理下部，将直径为 1 m 的抗滑桩锚入地下稳定基岩内，桩与桩之间用配筋板作为连接，形成整体。机理：锚索进入相应的山体之后，与端头进行有效的连接，这样一来，在整个边坡的内外就形成了一定的网架结构。锚索施工工艺非常关键，是力学计算的基础，为坡体稳定桩柱受力提供保障，因此在锚索锚杆钻孔时，要将孔底扩孔和索孔道吹孔的松散土清理干净；将锚索打入索孔中时，要用高压混凝土对孔底锚头喷吹，混凝土凝固后与周围的岩石土体融合稳固，穿梭注浆；锚索锁定后 48 h 内若发现有明显的应力松弛，应进行补偿张拉，然后加以锁定，并对锚头用混凝土进行封堵，组合之后的土体就会形成一个整体，最终达到稳定的结构。

3.3 设计与验算

截取挡土墙中部，较不利位置6-6′剖面作为分析对象。

图3 高边坡最不利剖面土质分布Fig.2 Soil quality distribution in the most unfavorable profile of high slope

1)土体内力计算(图3、表2)。

采用规范:建筑边坡工程技术规范(50330—2013)。

计算目标:剩余下滑力计算。

地震烈度: 8度。

水平地震系数: 0.200。

地震作用综合系数: 0.250。

地震作用重要性系数: 1.000。

地震力作用位置: 质心处。

水平加速度分布类型：矩形。

表2 土体内力计算分析Tab.2 Caculation and analysis of internal force of soil

图4 桩锚示意Fig.4 Schematic of pile anchor

计算剩余下滑力，抗剪强度(R/K模型)，安全系数取值: 1.050；水平推力为：171.7×cos18.6°=162.7 kN。

2)桩身内力设计(图4、表3)。

计算方法: m法。

背侧为挡土侧；面侧为非挡土侧。

背侧最大弯矩=379.939(kN/m)离桩顶 8.697 m。

面侧最大弯矩=4.690(kN/m)离桩顶 19.103 m。

最大剪力=132.134 kN 距离桩顶 5.000 m。

最大位移=19 mm。

第1道锚索水平拉力=123.350(kN)， 距离桩顶2.000 m。

第2道锚索水平拉力=144.462(kN)，距离桩顶5.000 m。

3)锚索设计

表3 锚索设计验算Tab.3 Cheching caculation of anchor cable desigh

4 治理效果后评估

图5 边坡治理与桩基工程综合施工Fig.5 Comprehensive construction of slope treatment and pile foundation engineer

通过预应力锚索密布抗滑桩(间距 80 cm)固基，桩间连接板墙和坡顶绿化护坡，综合治理方案实施，工程经历2个雨季和1次3.2级，距离 189 km，震源深度13 km的地震，目前边坡下部收集排水管畅通，出水量不大，上部截水沟(道路边沟)排水正常，坡体稳定，沉降和平行位移均在工程允许控制范围内(最大沉降值≤4.9 mm和最大平行位移值≤27.75 mm)。综合治理后的土体为上部原有道路巩固路床和路基基础，为新建建筑 17.6 m 基坑支护防范坍塌起到了安全保障作用，复杂边坡综合治理效果较为理想并达到预期(图5)。

5 结 语

复杂坡治理工程，是土木工程领域，特别是道路桥梁和建筑、土木工程建设中必须面对的棘手问题。边坡治理涉及到地质、结构、力学，环境等诸多因素，治理方案需要因时而变，因势而导，具体问题具体分析，不能死搬照抄，需要认真思考严谨分析。单一形式的治理方法，效果并不明显，综合治理方可收到良好的效果。本项目为狭窄地形内复杂边坡治理提供一个成功案例。