某内河港口陆域后方边坡滑坡治理措施探讨

虞 霏 邓方明 徐超炎

（1.四川江源工程咨询有限公司；2.四川岷江港航电开发有限责任公司）

1 工程概况

本项目为四川省的一座规模较大的内河港口，码头前沿采用框架直立式结构，其后为货物堆场、仓库等设施，其高程与码头前沿一致。港区后方为一条长约1km 的进港道路，标准路幅宽度为40m，定位为城市主干道，设计速度为60km/h。根据地勘揭示，本工程属于典型的“红层”地区，岩体多为泥岩，道路左侧边坡为顺层边坡，砂岩与粉砂质泥岩交界处存在连通的岩块岩屑型软弱夹层，其抗剪参数见表1。

表1 岩块岩屑型抗剪参数建议值表

原施工图设计时，对砂、泥岩交界面的岩质边坡采用预应力锚索支护，普通岩质边坡采用格构锚杆支护、土质边坡采用格构三维网支护。主要支护形式见图1。

图1 原设计边坡支护

2 边坡滑坡、变形成因分析

本项目开工3 个月后，施工现场进入雨季，部分边坡上部范围开挖土坡坡面出现裂缝，直至开工第4 个月某日雨后发生滑坡，部分边坡第5 级土坡坡面出现开裂、第4 级马道向外侧发生水平位移、变形等情况（见图2、图3）。

图2 滑坡、变形图示

图3 滑坡照片

根据现场查勘分析，滑坡及变形原因首先是由于顺层向破碎带及泥化软弱夹层岩体较破碎，强度极低，在强烈日照和降雨反复作用下，快速风化，形成软弱结构面。其次是施工区降雨频繁，且持续时间长，雨水下渗进入下部基岩内，导致岩体内部裂缝、泥化夹层、软弱结构面饱水，抗剪强度指标降低，从而引起边坡滑坡、变形。

3 支护治理措施

3.1 边坡计算方法选择

工程边坡典型计算断面如下图所示。

图4 边坡典型计算断面

分析边坡稳定性时，要求同时进行定性的地质评价和定量（半定量）的分析。定性的地质分析能对边坡稳定性直接做出评价。边坡滑坡成因属于定性分析，本工程岩体内存在泥化夹层、软弱结构面等软弱层面，且边坡为顺向坡（倾角16 度），稳定性较差，易发生顺层滑动，因此考虑坡体中可能出现的软弱结构面进行稳定性分析。

通常情况下，边坡滑面是根据岩层倾角确定滑面，以开挖坡脚为前缘剪出口，后缘拉张裂缝为滑面与坡顶地面线的交线。而本工程边坡按倾角确定的滑面与地面线无交线，选取以坡口线为起点，开挖坡高的2.5 倍为半径与地面线的交点为后缘计算边界。

在定性分析的同时，也采用定量分析方法。根据规范，边坡稳定计算采用极限平衡法，定性分析已得出了潜在滑体的滑动面等边界条件，确定潜在滑体的体型，确定滑动面天然及饱和情况下的粘聚力c 及内摩擦角ϕ 值、岩体容重及潜在滑动体几何形态参数等，通过计算得出各断面剩余下滑力和稳定系数，以根据下滑力确定所采取的支护措施型式及规模。

采用《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）中平面滑动计算公式：

图5 计算示意图

根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）允许的安全系数见表3。

表3 边坡稳定安全系数

3.2 治理方案的确定

锚索所能承担的下滑力取决于钢绞线根数、锚固长度、锚索间距等因素，仅能在一定限度内发挥作用，由于下滑体较大，仅依靠锚索无法承受整个坡体下滑力，拟采取锚索加抗滑桩的组合型式。原则是逐级计算、分级支挡，也就是给定每一级边坡锚索所能承受的下滑力，剩余下滑力由坡脚抗滑桩承担。

根据边坡滑坡情况，初步拟定两个方案进行比较，方案一是现有边坡规模的基础上直接进行锚索加抗滑桩措施；方案二是在边坡顶部进行削坡减载后采用锚索加抗滑桩的措施。

方案一：

本方案边坡开挖与原设计方案相同，边坡稳定计算简图如下。

图6 方案一计算简图

选取天然、暴雨、地震三种工况，经过计算得出的相应断面的安全系数见下表。

表4 各断面稳定下滑力计算成果表（方案一）

方案二：

本方案与方案一不同之处为下部边坡顶部覆盖层按3%坡率削坡。边坡顶部外侧山体则进行顺层（1:3.5）削坡处理，以减少滑体体积，减小剩余下滑力。

图7 方案二计算简图

同样选取天然、暴雨、地震三种工况，经过计算得出的相应断面的安全系数见下表。

表5 各断面稳定下滑力计算成果表（方案二）

方案一、二区别是是否进行削坡减载及由此带来的下滑力的不同，方案一边坡下滑力最大值5361kN/m，方案二下滑力最大值为4102.5kN/m，根据下滑力的不同所采用的锚索规模也不同。显然方案二通过削坡提高了安全系数，并且相对方案一能减少投资，所以采用方案二是相对经济合理的。

通过分析计算结果可知，方案二下滑力最大情况出现在连续降雨下，最大下滑力为3 号断面的4102.5kN。安全系数大部分不能满足稳定要求，从实际地质情况看，顺层边坡倾角较大，地层大多为泥岩，雨水易形成滑面，且一旦形成软弱面则滑移体体量较大，原设计采用格构锚索进行锚固在天然情况下是能够满足安全稳定要求的，但由于出现极端降雨情况，加之边坡施工未完成，排水系统不完善，导致雨水渗入坡体造成局部滑坡，需要采取工程措施。

3.3 治理措施

3.3.1 锚索结构

根据上述分析结合原设计锚索结构，对滑移后坡体锚索进行计算，其步骤是首先给定边坡下滑力F（由边坡稳定计算得出）；然后通过F 求得边坡需要的锚固力T；再根据T 计算出每根锚索的轴向力；从而确定每根锚索需要的钢绞线根数及单位截面锚索布置的排数和间距；最后计算锚固体等。

锚索典型计算断面如下图所示：

图8 锚索典型计算断面

（1）锚固力：由剩余下滑力F 计算锚固力T：

每根锚杆拉力设计值Nt=Td/n

图9 锚索布置示意图

（2）拉杆：

由于采用大预应力，长锚杆，故拉杆材料选钢绞线。

钢绞线根数N=Nt*K/Fm

式中K—锚杆安全系数，永久锚杆为2.2

Nt—锚杆拉力设计值

Fm—整根钢绞线的最大力，选直径15.2mm的七丝钢绞线，取260Kn。

（3）锚固体长度

根据规范，预应力锚杆采用粘结型锚固体时，锚固段长度按下列两个公式计算：

①La≥KNt/πDqs

②La=KNt/nπdτ

锚固长度取二者中的较大值，经过计算各断面锚固长度最大值为9.4m，且按规范规定不大于8m，最终取10m。

根据上述各公式，计算得出各个断面所需的钢绞线根数及排数如下表所示：

表6 锚索计算成果表

3.3.2 抗滑桩结构

根据上述计算结果，第一级边坡采用抗滑桩结构，第二、三、四级边坡采用锚索结构，且按锚索承受的下滑力逐级分配，总下滑力减去锚索承受的力即为抗滑桩所应承担。

表7 下滑力分配表

抗滑桩的特点是抗滑力大、断面小、设置位置比较灵活、可单独使用也可与其他支挡工程配合使用。按桩的埋置深度情况和受力状态，抗滑桩可分为全埋式桩和悬臂式桩两种。

抗滑桩的设计步骤如下：①根据滑坡推力、地基土层性质、桩用材料等资料拟定桩的间距、截面形状与尺寸和埋置深度；②计算作用在抗滑桩上的各力；③确定地基系数，K 法或者m 法；④ 计算桩的变形系数α或β及换算深度α h 或βh；⑤受荷段的内力计算，确定滑面处的弯矩、剪力;⑥锚固段内力计算;⑦校核地基强度;⑧根据计算的最后结果，绘制作用于桩身的弯矩图和剪力图。

根据计算抗滑桩采用方桩，截面尺寸2×3m、2.5×3.5m，桩间距5m。桩长23m，有效嵌入深度10.5、10m。桩顶下方2m 设预应力锚索一道，选用8φs15.24mm的七丝钢绞线，施加800kN 预应力。抗滑桩共布置74 根，与上部预应力格构锚索共同提供支档力。根据推荐方案剩余下滑力，当剩余下滑力≤1200kN/m，按1200kN/m 计算；当1200kN/m＜剩余下滑力≤1400kN/m，按1400kN/m 计算。

计算采用K 法，K=120MN/m3，桩底支承条件为铰接。荷载分项系数取1.35，结构重要性系数为1.1。抗滑桩计算简图如图10。计算结果见表8。

图10 抗滑桩计算简图

表8 抗滑桩计算成果表

计算表明，选用的两种断面的抗滑桩能够满足第一级边坡抗滑的要求。

由于本工程滑坡原因主要是由于坡体中短时间内雨水渗入，泥岩饱水后，粘聚力和内摩擦角迅速降低造成。故边坡导排水措施显得尤其重要，在设置支挡措施的同时，在整个坡体中布设一定倾角的排水孔排出岩体内水，并在坡顶一定距离之外设置截水沟拦截疏导坡顶来水，保证坡体不受降水入渗的影响。

4 结论

（1）四川“红层”地区泥岩较厚，如工程边坡恰巧为顺层且坡度15～20°加之边坡中软弱结构面较为发育，需重视坡体沿软弱面滑动的危险。

（2）针对顺层边坡滑动破坏，通常可采用锚索、抗滑桩、抗滑挡墙等方式，如滑坡体规模较大，则需多种支护方式相结合。

（3）从实践经验来看，预应力锚索对于下滑力不大的坡体作用较为显著，而对于下滑力很大的坡体，则抗滑桩优点明显，能够抵抗的下滑力更大，适应性更强，采用锚索加抗滑桩的方式可有效保证坡体整体稳固。

（4）除了被动的支挡方式外，在条件允许的前提下进行削坡减载等措施更为直接有效，而应尤其注重坡体导排水，使雨水不能或减少进入坡体则能极大减轻滑坡出现的可能。