徐順明，梁?，?，鄧超榮，周會(huì)媛 （廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510330）

1 工程概況

廣州地鐵南沙停車場(chǎng)位于金隆路西側(cè)，南側(cè)為莞佛高速公路、北側(cè)緊鄰高陡邊坡山體，車場(chǎng)按貫通式布置，出入線分別自東西兩側(cè)接入場(chǎng)內(nèi)。總用地面積約為19.95hm2。南沙停車場(chǎng)與新造車輛段共同承擔(dān)四號(hào)線配屬車輛的運(yùn)用與檢修任務(wù)，停車場(chǎng)停車規(guī)模近期30列位，遠(yuǎn)期51列位,場(chǎng)址現(xiàn)狀主要為山體林地，東南方向有幾棟廠房建筑，擬建停車場(chǎng)內(nèi)由于歷史采石作業(yè)的原因形成的人工山塘，山塘面積約為48000 m2,山塘底部最深處深約有15m。該場(chǎng)址用地規(guī)劃性質(zhì)為林地、防護(hù)綠地及農(nóng)村城市化用地，停車場(chǎng)初擬場(chǎng)坪標(biāo)高為7.79m。由于人工采石作業(yè)形成的，坡頂標(biāo)高約27m～105m，坡底標(biāo)高約8m～12m，邊坡高度約為80m～100m。見圖1、2。

圖1 場(chǎng)地地理位置圖

圖2 場(chǎng)地現(xiàn)狀圖

2 地質(zhì)概況與邊坡災(zāi)害分析

2.1 地表水及地層巖性

地表水南沙停車場(chǎng)高邊坡南側(cè)所在場(chǎng)地中間有一個(gè)大水塘，開采石場(chǎng)形成的水塘面積約為48000 m2，水塘底部最深處深約15m，地層巖性見表1。

2.2 巖坡劃分

按工程地質(zhì)縱斷面將場(chǎng)地山體坡面劃分為以下兩種。

①巖質(zhì)邊坡：據(jù)鉆孔連線得出，標(biāo)高為30m～80m區(qū)間為混合花崗巖，屬于8H～9H，巖石抗壓強(qiáng)度較高，天然極限單軸抗壓強(qiáng)度為 25.36MPa～66.75MPa，屬于極硬巖，為典型的以強(qiáng)度為主控制塹坡的穩(wěn)定。

②土質(zhì)及類土質(zhì)邊坡：其余地段為全風(fēng)化混合花崗巖和殘積土層，屬于5H-2～7H，巖芯極為破碎，以土體內(nèi)部的粘聚力和巖體強(qiáng)度控制塹坡的穩(wěn)定。

按上述巖坡的劃分，坡高直陡的巖質(zhì)邊坡區(qū)域是本項(xiàng)目加固和防護(hù)的重點(diǎn)，土質(zhì)及類土質(zhì)邊坡區(qū)域在山體頂部，設(shè)計(jì)原則為刷方減重，降低邊坡高度，避免土質(zhì)及類土質(zhì)邊坡因雨水沖刷等外力作用而滑塌，巖體劃分情況見圖3。

圖3 巖坡劃分區(qū)域示意圖

2.3 場(chǎng)地地震效應(yīng)與地質(zhì)災(zāi)害分析

本工程為地鐵工程，為大型公用建筑設(shè)施，為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類建筑）。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

南沙停車場(chǎng)高邊坡所在地區(qū)域地貌為剝蝕低丘陵，場(chǎng)區(qū)山體整體穩(wěn)定，無明顯地質(zhì)構(gòu)造，現(xiàn)山體邊坡為采石場(chǎng)采石形成的高邊坡，采石坡面主要為巖質(zhì)邊坡，背坡面主要為山體林地和荔枝林，缺少泥石流形成條件，無可溶巖分布，無地下采空區(qū)，未發(fā)現(xiàn)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，局部存在危巖崩塌及滑坡等。通過統(tǒng)計(jì)分析，場(chǎng)地地質(zhì)災(zāi)害主要為崩塌、滑坡、危險(xiǎn)性較小。

2.4 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察資料，本項(xiàng)目停車場(chǎng)山體整體穩(wěn)定性高，但山體斜坡存在多處崩塌，其中停車場(chǎng)出入線起點(diǎn)位置為土質(zhì)崩塌，原采石場(chǎng)東北角崩塌為巖質(zhì)崩塌，局部出現(xiàn)巖石沿順坡節(jié)理坍塌，因此，可以判斷停車場(chǎng)周圍自然斜坡局部出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。如遇強(qiáng)降雨易使巖體結(jié)構(gòu)面軟化，降低結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，預(yù)測(cè)北側(cè)采石高邊坡在工程建設(shè)過程中和建設(shè)完工后可能遭受邊坡崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危害。其中邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害對(duì)停車場(chǎng)的危險(xiǎn)性為中一大。因此，對(duì)北側(cè)山體邊坡需進(jìn)行加固防護(hù)。

巖土施工工程分級(jí)表 表1

3 加固方案設(shè)計(jì)

3.1 工程地質(zhì)比擬法

該法是將已有的自然穩(wěn)定邊坡的坡角、坡率作為參考，根據(jù)勘察報(bào)告本區(qū)山體自然狀況如下：

①土質(zhì)及花崗巖全風(fēng)化殘積層（5H-2及7H）：場(chǎng)地西側(cè)及東側(cè)為自然山坡，坡角約30°，坡高約15m～20m，土質(zhì)邊坡，狀態(tài)基本穩(wěn)定，坡率約1:1.73。

②巖層（8H及9H）：場(chǎng)地北側(cè)大部分基巖出露，北側(cè)自然山坡角50°～55°，坡高約50m～110m，邊坡狀態(tài)基本穩(wěn)定，坡率約1:0.7～0.83，坡頂土質(zhì)邊坡不穩(wěn)定，目前存在一土體滑塌，方量約250m3。

③開采面：(9H):場(chǎng)地北側(cè)開采面平均邊坡角73.3°，局部80°～85°，坡率1:0.2～0.3，巖坡局部可見巖石順坡節(jié)理坍塌，坡面病害明顯。

綜上，對(duì)于土質(zhì)及花崗巖全風(fēng)化殘積層（5H-2及7H），穩(wěn)定坡率采用不陡于1:1.75，巖層（8H及9H）穩(wěn)定坡率采用不陡于1:0.75，完整基巖（9H）穩(wěn)定坡率采用不陡于1:0.5。

3.2 鐵路標(biāo)準(zhǔn)及工程參數(shù)

鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定路塹邊坡高度不宜超過30m。相關(guān)邊坡參數(shù)，軟巖坡高控制在20～30m，硬巖30～50m，以下是匯集中外對(duì)巖石高邊坡的坡高及坡率的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，作為這次南沙停車場(chǎng)高邊坡設(shè)計(jì)的參考資料，并作為分析穩(wěn)定山坡的總平均坡率數(shù)值借鑒，見表4。

結(jié)合以往中外邊坡處理經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)停車場(chǎng)工程性質(zhì)和陡邊坡的地質(zhì)特點(diǎn)，采取坡面的穩(wěn)定坡率（9H）確定為1:0.5～0.75，每一級(jí)邊坡的高度在40m 以內(nèi)控制。

3.3 力學(xué)檢算法

基于天然陡坡的地質(zhì)情況多變，到現(xiàn)在為止極少建設(shè)者對(duì)復(fù)雜邊坡中做力學(xué)方面的計(jì)算，經(jīng)勘查，邊坡巖質(zhì)（非構(gòu)造、非破碎、非風(fēng)化控制）較完整，所以設(shè)計(jì)中，穩(wěn)定坡高、坡率的采用齊姆巴列維奇空間要素法（齊氏法），公式：

完整、均質(zhì)的坡體巖質(zhì)，巖體內(nèi)基本無長(zhǎng)大裂面時(shí)，此時(shí)巖層以抗剪強(qiáng)度C為主控制塹坡設(shè)計(jì)，φ取0，公式簡(jiǎn)化為：

C——巖層平均最大內(nèi)聚力

堅(jiān)硬巖石在不同高度與風(fēng)化、破碎條件下的邊坡數(shù)值表 表2

完整巖石按堅(jiān)硬程度確定邊坡的參考數(shù)值 表3

不同巖體結(jié)構(gòu)的路塹邊坡坡度與高度的參考數(shù)值表 表4

C0的1/7～1/15（1/7～1/15是巖石內(nèi)的不均勻系數(shù)）

γ——巖層單位容重（t/m3）；

h——切割塹坡的垂直高（m）；

α——切割的坡腳角度（°）；

m——設(shè)計(jì)所采用的安全系數(shù)，

①穩(wěn)定坡率計(jì)算：9H層中，當(dāng)C=100 t/m2，r=2.65t/m3，m=3 時(shí)，已知切坡高度時(shí)穩(wěn)定坡率計(jì)算結(jié)果表5。

穩(wěn)定坡率計(jì)算結(jié)果表 表5

穩(wěn)定坡高計(jì)算結(jié)果表 表6

綜上：邊坡高為40m以下設(shè)置穩(wěn)定坡率數(shù)值為1：0.3～0.5，高為40m 以上時(shí)設(shè)置穩(wěn)定坡率為1：0.5～0.75。

②穩(wěn)定坡高反算：9H層中，當(dāng)C=100 t/m2，r=2.65t/m3，m=3 時(shí)，已知邊坡角時(shí)穩(wěn)定坡高計(jì)算結(jié)果見表6。綜合：9H層，邊坡每一級(jí)的高度應(yīng)該不超過50m，保持的原來坡度比率，邊坡高為70m以內(nèi)控制。

③確定平臺(tái)：9H中，70m以下的邊坡，穩(wěn)定坡率設(shè)置為1:0.4～0.5時(shí)，土石分界處70m的平臺(tái)寬是S=（0.4（或0.5）-0.3）×70=7m～14m ，邊坡 40m處中部，平臺(tái)寬是 S=（0.4（或 0.5）-0.3）×40=4m～8m。

3.4 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

對(duì)于較完整（非構(gòu)造、非破碎、非風(fēng)化控制）的巖質(zhì)邊坡，邊坡穩(wěn)定性的定量分析采用極限平衡法，計(jì)算采用經(jīng)典的滑動(dòng)力學(xué)公式如下：

自重沿滑面的下滑力：

沿滑面的抗滑力：

圖4 方案1橫斷面設(shè)計(jì)示意圖

圖5 方案2橫斷面設(shè)計(jì)示意圖

圖6 方案3橫斷面設(shè)計(jì)示意圖

Gi————為各斷滑面上的巖土自重；

θi————為各段滑面與水平線的夾角；

fi=tanФi————為裂面間摩阻系數(shù)；

Фi————為各段滑面間的內(nèi)摩擦角；

∑CiLi————為沿滑面的抗滑力。

根據(jù)極限平衡狀態(tài)，當(dāng)K等于1時(shí)，將各種外力（地震力、裂面間的水動(dòng)、靜壓力等）的可能組合與面間C值的可能的變化，代入公式求得面間的綜合內(nèi)摩擦角Ф，然后按各種短暫出現(xiàn)的外力組合與破壞性質(zhì)，予以不同的安全系數(shù)K倍大的下滑力求出可能的推力，按最大推力平衡設(shè)計(jì)。

依工程的重要性、外界條件（如地震、雨水等因素以及滑動(dòng)的后果及整治的難易等因素）綜合考慮邊坡穩(wěn)定系數(shù)，本次設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)規(guī)范K取1.25。

9H層中，自場(chǎng)平標(biāo)高以上75m處變坡，設(shè)置10m 大平臺(tái)，當(dāng)C=100 t/m2，r=2.65t/m3，m=1.5～3，τ=500kpa 時(shí)，穩(wěn)定平均坡率取1:0.75 即θ=53.13°，選取代表性斷面G2K0+301計(jì)算，根據(jù)以式計(jì)算剩余下滑力約為4900kN～1380kN。

預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)錨固力計(jì)算公式：

Pt—設(shè)計(jì)錨固力（kN）；

F—滑坡剩余下滑力（kN）；

Ф—滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角（°）；

α—錨索與滑動(dòng)面相交處滑動(dòng)面傾角（°）；

β—錨索與水平面的夾角；

λ—折減系數(shù)。

根據(jù)公式算得每孔錨索錨固力Pt=520kN～700kN；每孔錨索鋼絞線根數(shù)4根～5根，錨固段長(zhǎng)度L=6m～10m，錨索間距3m～5m。

3.5 防護(hù)方案

根據(jù)工程地質(zhì)資料、力學(xué)檢算以及經(jīng)驗(yàn)參考值等方法，遵循“一次根治，不留后患”的原則，遵循刷方減重、強(qiáng)腰固腳，盡量減少擾動(dòng)既有巖質(zhì)邊坡的設(shè)計(jì)原則，綜合擬定自場(chǎng)平標(biāo)高7.79m以上75m處（即土石分界處）邊坡，設(shè)計(jì)以下3種方案。

①方案1

坡腳設(shè)置高5m、頂寬2m的擋墻，其上按原坡面清除松動(dòng)巖塊及綠化水泥板，對(duì)坡面進(jìn)行嵌補(bǔ)整平，對(duì)坡面巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的地段采用不低于42.5m的水泥漿將裂隙封灌，土石分界75m處設(shè)10m大平臺(tái)，其上按1:1～1.5放坡開挖，巖質(zhì)坡面采用獨(dú)立錨索+張口式簾式網(wǎng)+鋼筋混凝土盛土槽，錨索間距3m×4m（豎向×縱向），錨索長(zhǎng)度15m～30m，盛土槽豎向間距15m，槽內(nèi)培土種植小灌木+爬墻虎，見圖4。

②方案2

坡腳設(shè)置高5m、頂寬2m的擋墻，其上按原坡面清除松動(dòng)巖塊及綠化水泥板，對(duì)坡面進(jìn)行嵌補(bǔ)整平，土石分界75m處設(shè)10m大平臺(tái)，其上按1:1～1.5放坡開挖，全坡面采用框架錨索+掛網(wǎng)噴植被混凝土防護(hù)，錨索間距3m×3m，錨索長(zhǎng)度15m～30m，錨索橫梁形式稍作修改以便培土種植灌木，框架梁間距橫向6m，縱向3m，見圖5。

③方案3

坡腳設(shè)置高5m、頂寬2m的擋墻，其上按原坡面清除松動(dòng)巖塊及綠化水泥板，對(duì)坡面進(jìn)行嵌補(bǔ)整平，對(duì)坡面巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的地段采用不低于42.5的水泥漿將裂隙封灌，土石分界75m處設(shè)10m大平臺(tái)，其上按1:1～1.5放坡開挖，巖質(zhì)坡面采用獨(dú)立錨索+主動(dòng)網(wǎng)，錨索間距3m×4m（豎向×縱向），錨索長(zhǎng)度15m～30m，采用坡腳和平臺(tái)處種植攀爬或垂吊植物綠化坡面，見圖6。

工程造價(jià)估算及比較表 表7

圖7 傳統(tǒng)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)（GPS2）

廣州地區(qū)雨水較多，又多強(qiáng)降雨及暴雨，根據(jù)北側(cè)山體地形，坡頂設(shè)反坡，這樣阻止雨水沖刷坡面、滲入邊坡的坡體，坡腳要設(shè)置邊溝與將來建設(shè)的道路排水系統(tǒng)連接，在每級(jí)邊坡平臺(tái)設(shè)截排水溝與坡腳邊溝等組成綜合地表排水系統(tǒng)。

④方案工程造價(jià)及比較，見表7。

主動(dòng)網(wǎng)和簾式網(wǎng)優(yōu)缺點(diǎn)：

主動(dòng)網(wǎng)：采用的是“包裹”理念，使防護(hù)網(wǎng)主動(dòng)“包裹”落石，從而起到防護(hù)的目的，但會(huì)使落石在防護(hù)區(qū)域高處堆積，很難維護(hù)清理，形成二次落石危害，見圖7。

簾式網(wǎng)：防護(hù)理念是控制、引導(dǎo)、衰耗，即允許落石在山體與防護(hù)網(wǎng)之間有序滾動(dòng)，通過降低落石的能級(jí)和控制運(yùn)動(dòng)軌跡，最終進(jìn)入預(yù)設(shè)的收集區(qū)來達(dá)到防護(hù)目的。簾式防護(hù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了主、被動(dòng)相結(jié)合的防護(hù)效果，大大的提升了防護(hù)能力，見圖8。

4 結(jié)論與建議

圖8 新型簾式網(wǎng)

①優(yōu)化場(chǎng)區(qū)內(nèi)的土石方調(diào)配工作，最大限度利用邊坡挖石、挖土進(jìn)行水塘及場(chǎng)地的回填，減少棄方和土石外購(gòu)，從而降低工程總造價(jià)。

②由于地質(zhì)條件的隱蔽性、多變性及復(fù)雜性，加之勘探測(cè)試的局限性，同時(shí)巖石邊坡力學(xué)分析難度較大，施工過程中不確定因素很多，因此需要施工時(shí)及時(shí)反饋，跟蹤動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)條件的變化，及時(shí)進(jìn)行安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)分析，調(diào)整設(shè)計(jì)方案，確保工程穩(wěn)定的前提下降低工程造價(jià)。

③由于本邊坡高度超高，分級(jí)大放坡方案為了能保證邊坡的使用年限及安全，坡率往往比較緩，因此帶來的土石方量巨大，經(jīng)對(duì)比分析，分級(jí)大放坡方案，并不經(jīng)濟(jì)。

④場(chǎng)地受紅線限制，能開挖的破體范圍受限，對(duì)于放坡不足的區(qū)段需設(shè)置拉錨結(jié)構(gòu)，以保證坡體穩(wěn)定。若采用小坡率分級(jí)放坡，需采用預(yù)應(yīng)力錨桿+格構(gòu)梁支護(hù)形式。

⑤為減少坡面、坡腳被雨水沖刷的,邊坡采用草、灌木配合綠化，并為灌木的生長(zhǎng)提供良好的溫濕環(huán)境，草種的選擇以狗牙根為主，在冷季施工可適當(dāng)添加黑麥草。

⑥在治理工作開展前，建議盡量對(duì)現(xiàn)狀邊坡減少爆破和開挖擾動(dòng)，擾動(dòng)后使巖塊松動(dòng)，節(jié)理裂隙張開，遇雨后容易坍塌。

⑦建議在規(guī)劃停車場(chǎng)建筑物時(shí)應(yīng)盡量使建筑物遠(yuǎn)離坡腳，一般距離控制在15m以外為宜，同時(shí)為了安全期間，要定期對(duì)高邊坡進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。