李鵬凌

(福建省閩武長(zhǎng)城巖土工程有限公司 福建福州 350013)

0 引言

1 工程概況

某邊坡工程，邊坡長(zhǎng)度約100m，位于溝谷地段為填方邊坡，邊坡高度約13m。邊坡巖土層自上而下分別為：①填土：褐黃、灰褐等色，松散，稍濕～濕，堆填年限約18年；其成分以原山體爆破開挖平整土和粘性土為主，含大量碎石屑、塊石和少量植物根莖等；②全風(fēng)化凝灰?guī)r：灰黃、褐黃色；很濕～飽和，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，呈散體狀，長(zhǎng)石高嶺土化；③強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r：褐黃,灰黃色;飽和;含氧化鐵,高嶺土，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞,巖芯呈散體狀。

該邊坡早期已采用漿砌石擋土墻進(jìn)行支護(hù)，擋土墻頂寬度為1.5m，擋土墻底寬度約為5.5m，基礎(chǔ)持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，擋墻設(shè)有排水管，邊坡無拱起、變形等不良現(xiàn)象。

由于坡頂擬建廠房，根據(jù)規(guī)劃總平，該邊坡需要加高約9.5m。業(yè)主委托一設(shè)計(jì)單位對(duì)該邊坡進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用在已建漿砌擋土墻頂加設(shè)高為5.0m扶壁式擋土墻；扶壁式擋土墻頂設(shè)置壓頂梁，壓頂梁設(shè)25m長(zhǎng)的鋼絞線(5Φs 15.2)與錨墩相連，錨墩的截面尺寸為1200m(高)×1000m(長(zhǎng))×800m(寬)，采用預(yù)埋式施工，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為300kN，錨墩預(yù)埋于填土中。扶壁式擋土墻頂設(shè)一寬度3m平臺(tái)，平臺(tái)上部填土按1∶1.50坡率進(jìn)行自然放坡，坡面進(jìn)行植草綠化。原邊坡設(shè)計(jì)剖面圖如圖1所示。

圖1 原邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)剖面圖

施工單位根據(jù)此設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，扶壁式擋土墻及錨墩、鋼絞線施工后20d，立即對(duì)墻后填土進(jìn)行分層夯實(shí)回填。當(dāng)回填土填至超過扶壁式擋土墻頂約2m時(shí)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，扶壁式擋土墻、舊擋墻均出現(xiàn)較大變形，監(jiān)測(cè)值已超過預(yù)警值；扶壁式擋墻、填土均出現(xiàn)開裂、舊擋土墻中部鼓出。監(jiān)測(cè)單位發(fā)出預(yù)警，施工單位立即應(yīng)急搶險(xiǎn)，進(jìn)行開挖卸載措施，將新回填土全部挖除。根據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)告，邊坡變形已得到初步控制。

2 邊坡失穩(wěn)分析

2.1 定性分析

對(duì)邊坡后期由于坡頂廠房建設(shè)而加高后的邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步分析，原邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案存在以下4個(gè)問題：

(1)將扶壁式擋土墻直接置于已建漿砌石擋土墻，兩個(gè)不同性質(zhì)結(jié)構(gòu)之間未采用任何手段進(jìn)行連接，不能協(xié)同工作，其結(jié)構(gòu)安全存在隱患；且扶壁式擋土墻大部分底板置于填土上，地基承載力無法滿足要求，扶壁式擋土墻受力后，易產(chǎn)生不均勻沉降。

上位機(jī)監(jiān)控中心是利用LabVIEW8.2編寫的人機(jī)界面[8]。從遠(yuǎn)端傳輸回來的茶園參數(shù)信息如大氣溫度、濕度，土壤溫度、含水量以及光照強(qiáng)度等能直觀地、實(shí)時(shí)地顯示在界面上。該軟件首先對(duì)端口進(jìn)行監(jiān)聽，當(dāng)有數(shù)據(jù)到來時(shí)，讀取端口數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并同已設(shè)定好的上、下限值進(jìn)行比較，如果超出設(shè)定值，則產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。管理員通過對(duì)數(shù)據(jù)的讀取，綜合比較，判斷遠(yuǎn)端茶樹的生長(zhǎng)環(huán)境是否存在異常，最后讓實(shí)施者采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。具體監(jiān)控中心人機(jī)界面如圖4所示，程序框圖如圖5所示。數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心同時(shí)又將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于查詢歷史數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)庫(kù)程序框圖如圖6所示。

(2)錨墩置于新填土上，自身穩(wěn)定性無法保證。

(3)舊擋墻之上增加9.5m高填土，已大大超過其原有的負(fù)荷。

(4)扶壁式擋墻僅布置兩排長(zhǎng)0.5m泄水孔，排水不通暢。

2.2 定量分析

根據(jù)勘察單位提供的巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地至上而下巖土層參數(shù)分別如下：①素填土：重度γ=17.5kN/m3,粘聚力c=10.0kPa,內(nèi)摩擦角Φ=18°，土體與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frbk=20kPa；②全風(fēng)化凝灰?guī)r：重度γ=20.0kN/m3,粘聚力c=25.0kPa,內(nèi)摩擦角Φ=25°,土體與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frbk=80kPa，基底摩擦系數(shù)u=0.30，承載力特征值fak=300kPa；③強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r：重度γ=20.5kN/m3,粘聚力c=30.0kPa,內(nèi)摩擦角Φ=30°,土體與錨固體極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frbk=140kPa,基底摩擦系數(shù)μ=0.40，承載力特征值fak=450kPa。

對(duì)該邊坡支護(hù)方案進(jìn)行驗(yàn)算，采用如下驗(yàn)算方式：①對(duì)扶壁式擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算采用理正巖土計(jì)算軟件中扶壁式擋土墻模塊。經(jīng)軟件驗(yàn)算，抗滑移安全系數(shù)為0.76,安全系數(shù)小于規(guī)范要求。②對(duì)邊坡進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析，驗(yàn)算采用理正巖土計(jì)算軟件中邊坡穩(wěn)定性分析墻模塊，經(jīng)軟件驗(yàn)算，設(shè)計(jì)錨墩在滑動(dòng)面內(nèi)，設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力錨墩未能發(fā)揮作用，邊坡整體穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果為0.83，邊坡安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范一級(jí)邊坡的要求，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，證明該設(shè)計(jì)方案存在問題。

綜上，扶壁式擋墻抗滑移及邊坡整體穩(wěn)定性不滿足要求，最終導(dǎo)致邊坡變形、扶壁式擋墻變形開裂，舊擋墻鼓出。

3 加固措施

針對(duì)該邊坡，需要進(jìn)行加固治理。經(jīng)過對(duì)建筑總平圖進(jìn)行仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)距離邊坡坡頂邊線13m范圍為廠區(qū)景觀綠化工程，景觀綠化工程以內(nèi)為廠區(qū)道路，如若將原設(shè)計(jì)總平的景觀設(shè)計(jì)成斜坡，將大大減少填方邊坡土壓力，支護(hù)難度將大大減少，造價(jià)也相應(yīng)減少；同時(shí)，對(duì)斜坡進(jìn)行綠化，同樣也可滿足景觀功能上的要求。

針對(duì)該情況，與業(yè)主及建筑總平設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，業(yè)主與設(shè)計(jì)單位一致同意對(duì)原總平景觀平臺(tái)進(jìn)行放坡，并對(duì)邊坡重新進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)。最終，根據(jù)場(chǎng)地地形條件，于原擋土墻坡頂設(shè)置一寬度為8m的大平臺(tái)，平臺(tái)以上采用1∶1.60自然放坡，坡面進(jìn)行景觀綠化。

放坡后，再對(duì)邊坡采用理正巖土計(jì)算軟件中的重力式擋土墻模塊進(jìn)行驗(yàn)算，坡頂荷載按照20kPa考慮。經(jīng)軟件驗(yàn)算，擋土墻墻身截面壓應(yīng)力為492kPa<2000kPa,拉應(yīng)力為25kPa<270kPa，剪應(yīng)力為27kPa<110kPa,皆滿足要求，地基承載力Pmax=462kPa<540kPa,滿足要求，抗滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.22，不滿足要求；抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)1.52,不滿足要求；整體穩(wěn)定性安全系數(shù)1.23，不滿足要求；該邊坡?lián)鯄π枰M(jìn)一步加固。

邊坡?lián)鯄庸炭紤]2個(gè)方案：

①采用錨索框架梁對(duì)已建擋土墻進(jìn)行加固。該方案錨索需穿過擋土墻，施工難度較大，墻后填土層較厚，錨索難以進(jìn)入錨固地層，且當(dāng)年填土中混有大量石塊，成孔難度極大，造價(jià)較高；加之，在填土中錨索注漿量難以控制，施工質(zhì)量難以保證。

②考慮到舊擋土墻前尚有較大范圍的空地，可采用舊擋土墻前增加毛石混凝土對(duì)已建擋墻進(jìn)行加厚反壓。這樣既增大了抗滑移能力，又提高了擋土墻強(qiáng)度。該施工方案較為簡(jiǎn)便，施工工期短，可靠性高，質(zhì)量容易得到保證，且造價(jià)相對(duì)低廉。

經(jīng)過比選，決定采用毛石混凝土對(duì)原有擋墻進(jìn)行加固的方案。最終設(shè)計(jì)方案如下：

①已建扶壁式擋土墻如若繼續(xù)留在擋墻頂，將成為安全隱患，因此需拆除已建扶壁式擋土墻。

②新?lián)鯄A(chǔ)持力層為全風(fēng)化凝灰?guī)r，為提高地基承載力安全系數(shù)，采用注漿加固，注漿孔兩排，注漿孔間距為1.5m,注漿管為鋼管，管長(zhǎng)分別2.5m及3.5m,注漿材料采用水泥、粉煤灰及水。

③待基礎(chǔ)加固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，即在已建擋墻外設(shè)置頂寬1.8m,底寬3.5m，高8.0m，埋深0.8m的毛石混凝土擋墻作為坡腳反壓，新建反壓擋墻緊貼已建舊擋墻。

對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算方式如下：

(1)采用理正巖土計(jì)算軟件擋墻擋土墻計(jì)算模塊對(duì)舊擋墻進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果可得到擋墻庫(kù)倫主動(dòng)土壓力值、作用點(diǎn)高度、及作用方向等，而后手動(dòng)計(jì)算新增反壓的毛石混凝土擋墻提供的抗滑移力f=μG1(G1為反壓毛石混凝土的重力)。根據(jù)以上參數(shù)，代入建筑邊坡工程設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式11.2.3-1進(jìn)行計(jì)算，可得出擋墻抗滑移安全系數(shù)為1.45[1]。

(2)根據(jù)理正計(jì)算軟件，可得出庫(kù)倫主動(dòng)土壓力參數(shù)。手動(dòng)計(jì)算新增反壓毛石混凝土擋墻提供的力矩可分為兩種：①基地摩擦力提供力矩為μG1l1(l1為墻趾至反壓體底面的垂直的距離)；②反壓體的重力提供力矩G1l2(l2為墻趾至反壓體重心力的垂直距離)。將以上的參數(shù)代入建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中的公式11.2.4-1進(jìn)行計(jì)算，抗傾覆安全系數(shù)為1.73[1]。

(3)采用理正巖土計(jì)算軟件擋土墻設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。先建立舊擋墻邊坡的計(jì)算模型，而后根據(jù)手動(dòng)計(jì)算毛石混凝土反壓體提供的摩擦力[2],并假設(shè)其為集中力，將該集中力代入計(jì)算模型中。經(jīng)軟件驗(yàn)算，邊坡整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.38。綜上計(jì)算結(jié)果，經(jīng)重新加固設(shè)計(jì)后的邊坡安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。毛石混凝土反壓體在施工中需要注意，應(yīng)分段開挖，不可整個(gè)斷面開挖，防止由于坡腳新?lián)鯄θ珨嗝骈_挖導(dǎo)致已建擋墻失穩(wěn)破壞。

(4)坡體增設(shè)深層排水管，坡頂截水溝與坡頂?shù)牡缆放潘到y(tǒng)一起考慮，擋墻頂?shù)钠脚_(tái)，底設(shè)置排水溝，整個(gè)邊坡形成一有效的排水系統(tǒng)。邊坡重新支護(hù)設(shè)計(jì)方案剖面如圖2所示。

該加固方案通過了專家論證。目前，該邊坡加固方案已按該施工方案完成施工，工程造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于業(yè)主原先的預(yù)算，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)報(bào)告，邊坡坡頂最大水平位移為1.8mm,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，證明該方案的可行性。

圖2 重新支護(hù)設(shè)計(jì)方案剖面圖

4 結(jié)論

(1)該填方邊坡加高時(shí)，原來設(shè)計(jì)方案在舊擋墻上增設(shè)扶壁式擋土墻結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算不能規(guī)范滿足要求，最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，所幸監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)及時(shí)，并及時(shí)采取卸載措施，避免了擋土墻出現(xiàn)倒塌破壞的嚴(yán)重事故。

(2)進(jìn)行填方邊坡加高時(shí)，一定要綜合考慮，采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，注重每個(gè)細(xì)節(jié)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性、擋土墻強(qiáng)度、抗傾覆、抗滑移安全系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，方能避免邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)的失誤。

(3)該填方邊坡加固首先通過放坡卸載方式，大大減少了邊坡支護(hù)難度及成本，再采用新建擋墻作為坡腳反壓、對(duì)坡體進(jìn)行排水等綜合治理措施。目前邊坡已完成加固，該方案施工簡(jiǎn)單，整個(gè)施工工期較短。根據(jù)監(jiān)測(cè)成果，邊坡穩(wěn)定，邊坡加固取得了良好效果，同時(shí)工程造價(jià)相對(duì)低廉。