傅 翔，黃 平，陳柏林，彭海游，黃祥超

(1.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074； 2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 401120)

0 引言

基坑開挖、切坡等過程中易對周圍已有建筑及高邊坡造成擾動，造成已有建筑開裂、變形及高邊坡滑坡，嚴(yán)重危及周圍居民生命財產(chǎn)安全。及時進行工程治理和搶險加固尤為重要，預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國鐵路、航運、公路等領(lǐng)域的邊坡?lián)岆U加固工程[1]，如南昆鐵路八渡車站大體積滑坡采用長錨索對其治理加固[2]；為提高穩(wěn)定性，三峽船閘兩側(cè)高邊坡、錦屏二級水電站高邊坡布置了不同預(yù)應(yīng)力的錨索[3-4]。目前對預(yù)應(yīng)力錨索的研究逐步深入，研究者從動力計算方法、錨索-巖土體耦合作用、新型錨索性能優(yōu)化、預(yù)緊力選用等方面開展了相關(guān)研究[5-9]，此外許多學(xué)者從工程角度出發(fā)，對預(yù)應(yīng)力錨索在邊坡治理中的運用進行了分析和研究[10-18]。基于此，本次應(yīng)急搶險加固采用預(yù)應(yīng)力錨索加固方案，結(jié)合FLAC3D軟件進行數(shù)值模擬分析，對坡頂帶臨空建筑高邊坡切角滑坡?lián)岆U加固技術(shù)進行研究，為其他坡頂帶臨空建筑高邊坡切腳滑坡?lián)岆U加固提供參考。

1 工程背景

如圖1所示，由于擬建場地對斜坡進行分階削坡，坡腳進行基坑開挖，導(dǎo)致某住宅樓部分樓層出現(xiàn)不同程度的地面和墻體開裂，嚴(yán)重影響了居民的正常生活，威脅到居民的生命和財產(chǎn)安全，需對其進行應(yīng)急加固設(shè)計。該住宅樓為框架結(jié)構(gòu)，采用樁基礎(chǔ)，分3個單元，共有10層，總建筑面積約7 400 m2。

現(xiàn)場調(diào)查未發(fā)現(xiàn)已治理的格構(gòu)錨桿擋墻有明顯變形，斜坡目前整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此本次設(shè)計主要目的是控制斜坡變形。邊坡變形區(qū)域長約149 m，寬約56 m，坡頂高程297 m～299 m，坡底高程214 m～221 m，相對高差約80 m，為巖質(zhì)高邊坡。工程區(qū)域地表主要為人工素填土，下部為泥灰?guī)r。

2 前期監(jiān)測及支護方案確定

為了實時了解工程區(qū)變形情況，前期進行了應(yīng)急監(jiān)測工作，共布置14個地表位移監(jiān)測點、6個深部位移監(jiān)測孔、14個裂縫監(jiān)測點和15個沉降監(jiān)測點，布置位置如圖2所示。

從監(jiān)測反饋的信息來看，目前變形區(qū)的變形具有以下特征：地表變形較強烈，影響地基持力層的深部位移變化幅度相對較?。坏乇砦灰谱兓容^大和裂縫開展較大的點主要集中在附屬建筑與主體建筑搭接處，如天橋與主體建筑連接處、搭建的廁所與主體建筑連接處。

該斜坡為巖質(zhì)斜坡，錨固條件較好，預(yù)應(yīng)力錨索施加預(yù)加力之后，能有效控制斜坡變形，施工過程中對坡體擾動較小，經(jīng)濟性較好，可與已建格構(gòu)錨桿擋墻協(xié)調(diào)受力，是治理巖質(zhì)高切坡最常用的手段，可作為本次應(yīng)急搶險設(shè)計方案。

3 預(yù)應(yīng)力錨索預(yù)應(yīng)力取值分析

3.1 三維模型建立

采用FLAC3D數(shù)值模擬分析軟件建立三維模型如圖3所示，模型總計單元146 184，節(jié)點155 567，結(jié)構(gòu)構(gòu)件1 445，結(jié)構(gòu)節(jié)點1 942。計算工況分為天然狀態(tài)、邊坡開挖以及錨索支護。

模型中巖土體本構(gòu)關(guān)系采用摩爾-庫侖本構(gòu)模型，建筑物、擋土墻及格構(gòu)護坡均采用實體單元，樁基礎(chǔ)采用樁結(jié)構(gòu)單元，錨桿、錨索采用錨桿結(jié)構(gòu)單元。模型兩側(cè)約束X方向的位移，前后約束Y方向的位移，底面約束Z方向的位移，地表為自由面。本邊坡變形破壞過程中地下水的作用不明顯，僅考慮重力。結(jié)合工程類比法，模型采用巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，樁基未考慮剪力和法向內(nèi)聚力，其物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

表1 各項參數(shù)取值

表2 樁結(jié)構(gòu)單元參數(shù)

3.2 開挖卸載

沿圖1所示剖面進行切片、透視等處理，從圖4可知建筑物及斜坡體存在向斜坡外側(cè)的位移速率，方向沿巖土界面向斜坡外側(cè)。建筑物底部土體存在塑性集中區(qū)，樁基礎(chǔ)部位產(chǎn)生局部塑性破壞。

3.3 不同預(yù)應(yīng)力下塑性區(qū)大小分析

共選擇預(yù)應(yīng)力為400 kN，600 kN，800 kN，1 000 kN，1 200 kN，1 400 kN等6個工況進行數(shù)值模擬分析，得到不同預(yù)應(yīng)力下邊坡塑性區(qū)面積圖(見圖5)。

發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力為400 kN時，建筑物基礎(chǔ)底部及斜坡體處有較大面積塑性區(qū)，但比開挖卸載未支護時的塑性區(qū)面積小得多，說明預(yù)應(yīng)力錨索支護發(fā)揮了一定的作用。隨著預(yù)應(yīng)力增加，錨索支護效力增強，塑性區(qū)面積減少。當(dāng)預(yù)應(yīng)力為600 kN～1 200 kN時，塑性區(qū)大致總是出現(xiàn)位于建筑物基礎(chǔ)邊緣以及底部6 m～8 m處，這主要是由于地基土已經(jīng)處于彈塑性變形階段，基礎(chǔ)邊緣首先達到極限平衡狀態(tài)后，因而率先出現(xiàn)剪切破壞的特征。但剪切破壞區(qū)并未延伸至地面形成連續(xù)滑動面，同時底部會有沉降與壓力變化率最大的點存在。

3.4 不同預(yù)應(yīng)力下位移矢量分析

分別計算得到預(yù)應(yīng)力為400 kN，600 kN，800 kN，1 000 kN，1 200 kN，1 400 kN等6個工況位移矢量圖。

通過位移矢量分析預(yù)應(yīng)力的增加對周邊巖土的錨固約束效果。預(yù)應(yīng)力400 kN，600 kN兩種情況下，明顯的表現(xiàn)出約束力從錨索施加上方的淺層地表部位開始，沿坡形逐步向坡頂發(fā)展演化的過程。當(dāng)預(yù)應(yīng)力增加到800 kN～1 200 kN時，建筑物下方的格構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下有向外崩裂的趨勢，而建筑物前的重力式擋土墻則由內(nèi)傾覆轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛲鈨A覆。在1 000 kN預(yù)應(yīng)力作用下，建筑物與擋土墻的穩(wěn)定性表現(xiàn)更好。當(dāng)施加1 400 kN的預(yù)應(yīng)力，則產(chǎn)生建筑物沿水平向外推趨勢。

預(yù)應(yīng)力大于1 000 kN以后，塑性區(qū)面積減少有限，且1 000 kN預(yù)應(yīng)力作用下，建筑物與擋土墻的穩(wěn)定性表現(xiàn)更好，綜合考慮，采用預(yù)應(yīng)力1 000 kN的設(shè)計方案。

4 應(yīng)急搶險加固方案

根據(jù)變形區(qū)的形態(tài)與坡頂建筑物變形控制的相互關(guān)系，防治工程采用預(yù)應(yīng)力錨索+格構(gòu)面板支護+地表排水體系+M10砂漿封閉裂縫相結(jié)合的方案進行治理，根據(jù)監(jiān)測情況適時調(diào)整，加強施工期間的地質(zhì)驗槽工作，實施動態(tài)設(shè)計和信息化施工。預(yù)應(yīng)力錨索布置區(qū)域長約65 m，沿230 m～275 m高程布置，共布置182根錨索，錨索間距2.5 m×5.0 m，錨索采用10束1×7φs15.2鋼絞線，自由段孔徑為150 mm，錨固段擴孔至250 mm，錨索全長40 m，錨固段長10.0 m；面板厚250 mm，采用C30混凝土澆筑，原設(shè)計采用格構(gòu)式錨桿擋墻支護段，截面尺寸2.2 m×2.2 m，原設(shè)計采用重力式擋墻段，截面尺寸1.2 m×1.2 m，面板保護層厚度采用25 mm；坡體裂隙采用M10水泥砂漿常壓注漿封閉。

搶險加固完成后，后續(xù)監(jiān)測顯示原本變形強烈的地表，變形幅度減小，幾乎無變形；深部無繼續(xù)變形；房屋等建筑物裂縫無進一步擴張，搶險后工程區(qū)全貌如圖6所示。

5 結(jié)論

1)在巖質(zhì)高邊坡?lián)岆U加固工程中，工期緊任務(wù)重，需考慮經(jīng)濟適用性等條件，預(yù)應(yīng)力錨索可作為首選支護方案。2)提出基于巖土體塑性區(qū)面積和位移矢量變化趨勢的預(yù)應(yīng)力取值方法，可通過有限差分法反演高邊坡應(yīng)急加固預(yù)應(yīng)力錨索合理預(yù)應(yīng)力取值。3)根據(jù)高邊坡變形區(qū)形態(tài)與坡頂建筑物變形控制的相互關(guān)系，總結(jié)出預(yù)應(yīng)力錨索+格構(gòu)面板支護+地表排水+M10砂漿封閉裂縫相結(jié)合的應(yīng)急搶險加固方案。后續(xù)監(jiān)測顯示搶險加固效果好，達到預(yù)期目標(biāo)。