高边坡稳定性评价及治理措施分析研究

高边坡稳定性评价及治理措施分析研究

朱吉龙1,陈帅旗2,朱海鹏3

1. 411122199411126575

2. 412725199806027419

3. 320682198811046175

中冶武勘工程技术有限公司

摘要：边坡的变形破坏、滑移失稳一直是危害工程建设的一大问题，严重时更会危害生命安全。边坡失稳受多种因素影响，如岩土体类型、地形地貌、地质构造、地下水、地震和人类活动等，下雨往往又是诱发边坡坍塌、坡体滑移、边坡变形的重要因素。边坡稳定性分析与评价方法主要是定性方法和定量方法，定性方法主要有自然历史分析法、工程类比法和图解法，定量方法主要有极限平衡法和数值分析法。在稳定性分析和评价的基础上，还要根据工程实际情况，提出加固支护、排水等方面的综合治理措施。

关键词：高边坡；稳定性评价；治理措施

1工程概况

1.1基本情况

项目范围为厂房南侧及西侧的边坡，其中西侧边坡距离厂房3m～5m，坡高约20m，长47m～55m，边坡坡度40°～70°；南侧边坡距离厂房5m～8m，坡高13m～18m，长约42m，边坡坡度80～90°。边坡工程安全等级为一级。

1.2勘察工作方案

本次勘察属边坡专项勘察，在边坡范围内布设钻孔13个，探槽14个。设计钻孔深度为15m～25m，钻孔间距6m～17m，设计探槽深度为2m～3m，探槽间距11m～17m。

2项目边坡稳定性分析

通过边坡赤平投影图结合稳定性计算综合分析，现状边坡整体稳定性较好，其中北侧B1-B2边坡整体稳定，但由于地表风化较为严重，松散体可能局部滑塌；东侧B2-B4段边坡整体稳定，仅靠南侧B4-B6段土质边坡稳定性较差，在不利工况下局部坡体处于欠稳定状态；南侧B6-B8段边坡在不利工况下局部处于基本稳定状态，仅局部小陡坎位置存在滑塌的可能；边坡稳定性分析结果与现场实际相吻合。

根据稳定性分析结果，边坡整体稳定，对4#楼无较大影响，但由于4#楼开挖建设影响，4#楼周边区域标高低于平场标高，而且因北侧、东侧、南侧土质边坡存在局部小型垮塌的可能，若不进行支护，边坡在不利工况下若发生滑塌，长期发展后滑塌范围逐渐向坡体内发展，可能造成4#楼桩基顶部靠坡体下方一侧逐渐临空，不利于4#楼基础的稳定。

根据勘察，结合坡体结构、危害等特征，勘察区委托范围的现状边坡分为北侧B1-B2、东侧B2-B6、南侧B6-B83段。现状边坡整体稳定性较好，其中北侧B1-B2边坡整体稳定，但由于地表风化较为严重，松散体可能发生局部滑塌；东侧B2-B4段边坡整体稳定，仅靠南侧B4-B6段土质边坡稳定性较差，在不利工况下局部坡体处于欠稳定状态；南侧B6-B8段边坡在不利工况下局部处于基本稳定状态，仅局部小陡坎位置存在滑塌的可能。根据稳定性分析结果，需进行局部支护，此外废弃桩孔的存在不利于边坡稳定，应进行处置。

3高边坡稳定性评价及治理措施

3.1定性评价

边坡高度达70m，虽然进行了刷坡卸载，但每级边坡坡度较陡，整体坡率约1∶0.90。根据《黄土边坡强度参数的选取及应用》和同期对邻近类似高边坡的理论分析成果，对高度70m的边坡而言，当边坡坡率为1∶1.33时边坡稳定系数为1.00，整体坡率远远小于已有研究成果和同期邻近边坡分析确定的坡率，边坡变形甚至整体滑坡是必然的，综合分析认为边坡处于不稳定状态，属于不稳定斜坡。

3.2边坡稳定性计算及评价

选取典型纵向剖面6个进行稳定性计算,选用复杂土层圆弧形滑裂面进行计算，按照天然工况（一般工况）、暴雨工况（边坡土体饱和）和地震工况（考虑地震）分别进行稳定性验算。经稳定性验算及分析，揭示出西侧边坡不稳定滑动面为(1)1、(1)2层人工填土与(2)、(3)层粉质黏土接触面滑动面为圆弧形；南侧边坡不稳定滑动面在(3)粉质黏土中，滑动面为折线形或圆弧形。应对边坡采取相应措施，综合治理，确保建（构）筑物、人员安全。

3.3定量评价

(1)根据《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T3334-2018），通过恢复原有地形，取安全系数为0.95反算滑面参数。

(2)在室内常规试验成果的基础上，参考勘察资料和有关研究成果，确定地层的物理力学性质指标统计结果。

(3)根据该地区多年平均降水量，对持续降雨的饱和土层剖面进行数值模拟。结合当地多年工程经验，饱和状态按照雨水下渗最大达5m计算。

整个边坡根据潜在滑裂面采用圆弧滑动法计算安全系数，稳定性计算采用Bishop法，利用理正软件进行计算。

3.4边坡截、排水措施

雨水的下渗是引起边坡失稳的关键因素。而西侧边坡现状整体范围内未设置排水设施，南侧边坡现状排水沟被雨水冲刷垮塌。如遇强降雨的情况下，地表水、生活用水长期渗入坡体，将会加剧边坡土体的变形破坏。因此，应加强截排水措施。在坡顶设置截水沟，坡脚、上下级坡面分界处设置排水沟，在挡板墙设置泄水孔，并做好坡面封闭措施，防止雨水下渗。

3.5锚索框架梁设计

在滑裂面（1-5级边坡）采用预应力锚索加固。刷坡卸载后最大下滑力为1780.418kN，通过反复试算，最终按锚索抵抗50%的剩余下滑力设计，设计倾角为15°，水平间距为2.5m，垂直间距为2.0m，即在边坡上沿坡面布置锚索15排，分5级边坡布置，每级边坡3排，锚索长度15～24m不等。

依据规范计算出单根锚索锚固力设计值为154kN，实际设计锚固力取160kN。根据预应力张拉值和钢绞线的极限抗拉强度，加以一定的安全储备，采用2索1860级1×7-ϕ15.2锚索。

锚索张拉力设计值为220kN，锁定值为200kN，选用OVM15-2锚具锁定。锚索钻孔直径D=150mm，单根钢绞线直径d=0.0152m；注浆材料采用M30水泥砂浆，锚固长度为8.0m。

通过布设锚索，各断面稳定性系数均不能满足《建筑边坡工程技术规范》要求，即安全储备不足。3-3断面剩余下滑力较小，但坡脚边坡高度为8.0m，主动土压力Ea=287.517kN。

框架梁采用C25钢筋混凝土，断面尺寸为宽0.25m，高0.30m，受压和受拉钢筋为3ϕ16(HRB335），箍筋为ϕ8@250。计算结果表明M=125.97kN·m,Mmax=59.16kN·m,M>1.5Mmax=88.74kN·m。满足要求。

3.6支挡结构

在边坡支挡结构中，挡墙是最常用且最有效的方式之一。它的基本原理是：通过墙底与土体的摩擦来对被动土压力进行平衡。挡墙主要治理的病害为滑坡。

适用性分析：抗滑挡土墙适用于坚固的滑床，承载力较大的滑坡体，抗滑挡土墙还适用于含水量小、滑动面陡的牵引式滑坡。

3.7 灌浆

灌浆技术相比于其他预加固的方法存在以下优点：机械化程度高、施工速度快且工期短、造价低、可靠程度高等。灌浆的主要施工工艺为：打钻-插入钢管桩-高压注浆-浇注锚固板-混凝土养护。

适用性分析：灌浆技术主要应用的环境为：路基的浅层变形、岩体坍塌、地基沉陷、岩溶处理，封堵地下水等情况。

3.8监测

变形监测是边坡安全监控中的重要内容，对边坡变形的监测资料进行及时、合理、有效的分析，获取边坡变形规律和安全状况是边坡变形监测的重要工作之一，可以为判断边坡的安全状况和稳定性提供科学依据。因此，建议加强边坡灾害的监测工作，重点加强地面变形监测、地表裂缝监测。在每个断面的坡顶、五级平台中部、三级平台中部、一级平台板墙顶和四级边坡、二级边坡的混凝土梁上共布置6个监测点、用全站仪进行水平位移和垂直位移监测，观测区应建立相应的观测系统，其中用水平位移观测网的基准点必须设置于变形影响范围以外的稳定地段，且不得少于3个。

结论

综合分析确定高边坡的潜在滑裂面，采用定性、定量评价方式对高边坡进行稳定性评价。采用分级刷坡卸载+桩板式抗滑挡土墙+锚索框架梁+截排水+绿化综合治理方案。考虑了锚索与桩的协同作用机理，从力的分配、合理性、成本和安全等方面综合分析。分析刷坡前后潜在滑裂面的变化情况，选取保守值作为设计依据。对抗滑桩截面尺寸、桩距进行优化分析比较。建议加强监测工作，重点加强地面变形监测、地表裂缝监测。

参考文献：

[1]何良.某滑坡的稳定性分析与防治对策研究[J].低碳世界，2015,(25):129-130.

[2]李俊堂.抗滑桩锚索组合在高陡岩石滑坡治理中的应用[J].山西建筑，2010,36(32):126-127.

[3]马跃.某公路预应力锚索和抗滑桩联合加固[J].四川建材，2007,(6):200-201.

[4]殷跃平，康卫东，方长生，等.基于绿色设计的骊山明圣宫滑坡防治工程[J].中国地质灾害与防治学报，2001,(3):19-22.

[5]李成芳，叶晓明，李有文.考虑土拱效应预应力锚拉桩土压力研究[J].岩土力学，2011,32(6):1683-1689.