坡顶带临空建筑高边坡切脚滑坡抢险加固技术★

傅 翔，黄 平，陈柏林，彭海游，黄祥超

(1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074； 2.重庆地质矿产研究院，重庆 401120)

0 引言

基坑开挖、切坡等过程中易对周围已有建筑及高边坡造成扰动，造成已有建筑开裂、变形及高边坡滑坡，严重危及周围居民生命财产安全。及时进行工程治理和抢险加固尤为重要，预应力锚索、锚杆技术已广泛应用于我国铁路、航运、公路等领域的边坡抢险加固工程[1]，如南昆铁路八渡车站大体积滑坡采用长锚索对其治理加固[2]；为提高稳定性，三峡船闸两侧高边坡、锦屏二级水电站高边坡布置了不同预应力的锚索[3-4]。目前对预应力锚索的研究逐步深入，研究者从动力计算方法、锚索-岩土体耦合作用、新型锚索性能优化、预紧力选用等方面开展了相关研究[5-9]，此外许多学者从工程角度出发，对预应力锚索在边坡治理中的运用进行了分析和研究[10-18]。基于此，本次应急抢险加固采用预应力锚索加固方案，结合FLAC3D软件进行数值模拟分析，对坡顶带临空建筑高边坡切角滑坡抢险加固技术进行研究，为其他坡顶带临空建筑高边坡切脚滑坡抢险加固提供参考。

1 工程背景

如图1所示，由于拟建场地对斜坡进行分阶削坡，坡脚进行基坑开挖，导致某住宅楼部分楼层出现不同程度的地面和墙体开裂，严重影响了居民的正常生活，威胁到居民的生命和财产安全，需对其进行应急加固设计。该住宅楼为框架结构，采用桩基础，分3个单元，共有10层，总建筑面积约7 400 m2。

现场调查未发现已治理的格构锚杆挡墙有明显变形，斜坡目前整体处于稳定状态，因此本次设计主要目的是控制斜坡变形。边坡变形区域长约149 m，宽约56 m，坡顶高程297 m～299 m，坡底高程214 m～221 m，相对高差约80 m，为岩质高边坡。工程区域地表主要为人工素填土，下部为泥灰岩。

2 前期监测及支护方案确定

为了实时了解工程区变形情况，前期进行了应急监测工作，共布置14个地表位移监测点、6个深部位移监测孔、14个裂缝监测点和15个沉降监测点，布置位置如图2所示。

从监测反馈的信息来看，目前变形区的变形具有以下特征：地表变形较强烈，影响地基持力层的深部位移变化幅度相对较小；地表位移变化幅度较大和裂缝开展较大的点主要集中在附属建筑与主体建筑搭接处，如天桥与主体建筑连接处、搭建的厕所与主体建筑连接处。

该斜坡为岩质斜坡，锚固条件较好，预应力锚索施加预加力之后，能有效控制斜坡变形，施工过程中对坡体扰动较小，经济性较好，可与已建格构锚杆挡墙协调受力，是治理岩质高切坡最常用的手段，可作为本次应急抢险设计方案。

3 预应力锚索预应力取值分析

3.1 三维模型建立

采用FLAC3D数值模拟分析软件建立三维模型如图3所示，模型总计单元146 184，节点155 567，结构构件1 445，结构节点1 942。计算工况分为天然状态、边坡开挖以及锚索支护。

模型中岩土体本构关系采用摩尔-库仑本构模型，建筑物、挡土墙及格构护坡均采用实体单元，桩基础采用桩结构单元，锚杆、锚索采用锚杆结构单元。模型两侧约束X方向的位移，前后约束Y方向的位移，底面约束Z方向的位移，地表为自由面。本边坡变形破坏过程中地下水的作用不明显，仅考虑重力。结合工程类比法，模型采用岩土体物理力学参数如表1所示，桩基未考虑剪力和法向内聚力，其物理力学参数如表2所示。

表1 各项参数取值

表2 桩结构单元参数

3.2 开挖卸载

沿图1所示剖面进行切片、透视等处理，从图4可知建筑物及斜坡体存在向斜坡外侧的位移速率，方向沿岩土界面向斜坡外侧。建筑物底部土体存在塑性集中区，桩基础部位产生局部塑性破坏。

3.3 不同预应力下塑性区大小分析

共选择预应力为400 kN，600 kN，800 kN，1 000 kN，1 200 kN，1 400 kN等6个工况进行数值模拟分析，得到不同预应力下边坡塑性区面积图(见图5)。

发现预应力为400 kN时，建筑物基础底部及斜坡体处有较大面积塑性区，但比开挖卸载未支护时的塑性区面积小得多，说明预应力锚索支护发挥了一定的作用。随着预应力增加，锚索支护效力增强，塑性区面积减少。当预应力为600 kN～1 200 kN时，塑性区大致总是出现位于建筑物基础边缘以及底部6 m～8 m处，这主要是由于地基土已经处于弹塑性变形阶段，基础边缘首先达到极限平衡状态后，因而率先出现剪切破坏的特征。但剪切破坏区并未延伸至地面形成连续滑动面，同时底部会有沉降与压力变化率最大的点存在。

3.4 不同预应力下位移矢量分析

分别计算得到预应力为400 kN，600 kN，800 kN，1 000 kN，1 200 kN，1 400 kN等6个工况位移矢量图。

通过位移矢量分析预应力的增加对周边岩土的锚固约束效果。预应力400 kN，600 kN两种情况下，明显的表现出约束力从锚索施加上方的浅层地表部位开始，沿坡形逐步向坡顶发展演化的过程。当预应力增加到800 kN～1 200 kN时，建筑物下方的格构在预应力作用下有向外崩裂的趋势，而建筑物前的重力式挡土墙则由内倾覆转变为向外倾覆。在1 000 kN预应力作用下，建筑物与挡土墙的稳定性表现更好。当施加1 400 kN的预应力，则产生建筑物沿水平向外推趋势。

预应力大于1 000 kN以后，塑性区面积减少有限，且1 000 kN预应力作用下，建筑物与挡土墙的稳定性表现更好，综合考虑，采用预应力1 000 kN的设计方案。

4 应急抢险加固方案

根据变形区的形态与坡顶建筑物变形控制的相互关系，防治工程采用预应力锚索+格构面板支护+地表排水体系+M10砂浆封闭裂缝相结合的方案进行治理，根据监测情况适时调整，加强施工期间的地质验槽工作，实施动态设计和信息化施工。预应力锚索布置区域长约65 m，沿230 m～275 m高程布置，共布置182根锚索，锚索间距2.5 m×5.0 m，锚索采用10束1×7φs15.2钢绞线，自由段孔径为150 mm，锚固段扩孔至250 mm，锚索全长40 m，锚固段长10.0 m；面板厚250 mm，采用C30混凝土浇筑，原设计采用格构式锚杆挡墙支护段，截面尺寸2.2 m×2.2 m，原设计采用重力式挡墙段，截面尺寸1.2 m×1.2 m，面板保护层厚度采用25 mm；坡体裂隙采用M10水泥砂浆常压注浆封闭。

抢险加固完成后，后续监测显示原本变形强烈的地表，变形幅度减小，几乎无变形；深部无继续变形；房屋等建筑物裂缝无进一步扩张，抢险后工程区全貌如图6所示。

5 结论

1)在岩质高边坡抢险加固工程中，工期紧任务重，需考虑经济适用性等条件，预应力锚索可作为首选支护方案。2)提出基于岩土体塑性区面积和位移矢量变化趋势的预应力取值方法，可通过有限差分法反演高边坡应急加固预应力锚索合理预应力取值。3)根据高边坡变形区形态与坡顶建筑物变形控制的相互关系，总结出预应力锚索+格构面板支护+地表排水+M10砂浆封闭裂缝相结合的应急抢险加固方案。后续监测显示抢险加固效果好，达到预期目标。