王亞麗，王雪帆，彭炎華

（廣州市吉華勘測(cè)股份有限公司 廣州 511430）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，山地開發(fā)建設(shè)越來(lái)越普遍，山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與邊坡關(guān)系既密切又復(fù)雜，邊坡處理的合理性關(guān)乎到建筑物的安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。研究者針對(duì)山地建筑結(jié)構(gòu)和邊坡的關(guān)系做了一定的分析，闡述了邊坡處理的重要性。提出山地建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑、結(jié)構(gòu)、巖土專業(yè)在方案階段應(yīng)進(jìn)行密切配合［1］。設(shè)置擋土墻、放坡卸載等措施以減小邊坡對(duì)主體結(jié)構(gòu)的作用力［2］。既要關(guān)注邊坡的局部穩(wěn)定，也要小心場(chǎng)地整體的穩(wěn)定性［3］。而高邊坡也有其自身的特點(diǎn)，不同的巖層走向有不同的加固方式［4］、設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮地震響應(yīng)［5］、重視排水、根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目采取合理的加固措施。結(jié)合高邊坡和山地建筑的特點(diǎn)，綜合分析各種影響因素，選擇合理的邊坡設(shè)計(jì)方案。本文以某建筑項(xiàng)目超高邊坡為例，探討高邊坡設(shè)計(jì)方面遇到的問題和解決方案。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于廣東清遠(yuǎn)某地，整個(gè)場(chǎng)地呈環(huán)抱狀不規(guī)則梯形。東側(cè)及北側(cè)為林地，南側(cè)為景區(qū)道路及停車場(chǎng)，西側(cè)為道路，如圖1 所示。擬建4 棟17～18 層的高層住宅樓，14棟8層多層住宅樓，37棟4層疊墅。建筑物依山而建，根據(jù)現(xiàn)狀地形的高差分布1～3 層的地下室。

圖1 建筑場(chǎng)地開挖過(guò)程Fig.1 Construction Site Excavation Process

2 地質(zhì)勘察及地災(zāi)評(píng)估

勘察資料表明，整個(gè)場(chǎng)地的地質(zhì)分布為：①北側(cè)邊坡土巖混合，頂部有較薄一層全風(fēng)化巖層、強(qiáng)風(fēng)化巖層，以下為中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層；②其它建筑場(chǎng)地淺層表現(xiàn)為填土土質(zhì)的性質(zhì)，松軟且分布范圍較廣，成分主要為黏性土及強(qiáng)風(fēng)化巖塊，工程性能一般，均勻性差；下部巖層分布以砂巖為主。

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告，工程場(chǎng)地內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為中等。在建設(shè)場(chǎng)地范圍內(nèi)未見已發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)測(cè)工程建設(shè)引發(fā)、加劇及工程本身遭受的地質(zhì)災(zāi)害類型為挖方邊坡崩塌/滑坡、地面沉降和基坑崩塌/滑坡3 種，其危害性危險(xiǎn)性均為中等，但均可防治，在采取有效的防治措施后，可進(jìn)行場(chǎng)地工程建設(shè)。

在項(xiàng)目樁基施工中，發(fā)現(xiàn)巖層分布起伏較大。為了更準(zhǔn)確的判定樁長(zhǎng)，保證整個(gè)邊坡的穩(wěn)定，對(duì)支護(hù)樁采用了一樁一孔的超前鉆實(shí)施方案。

綜上所述，在山地建筑的高邊坡設(shè)計(jì)中，詳細(xì)的場(chǎng)地勘察及地災(zāi)評(píng)估能預(yù)判場(chǎng)地整體的安全性，為具體邊坡治理的設(shè)計(jì)指明方向；同時(shí)超前鉆的實(shí)施有利于施工過(guò)程質(zhì)量的精準(zhǔn)把控。全面的地質(zhì)判斷為山地建筑邊坡穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 場(chǎng)地排水設(shè)計(jì)

邊坡治理專家成永剛博士對(duì)邊坡治水有過(guò)比較深刻的總結(jié)?！爸纹孪戎嗡?，對(duì)于富水的邊坡或滑坡，如果不能有效對(duì)地表水或地下水進(jìn)行有效的截、引、排，輕則可能造成支擋加固工程規(guī)模的大幅提高，重則造成坡體治理“屢戰(zhàn)屢敗”。

本項(xiàng)目位于南熱帶季風(fēng)區(qū)氣候，雨量充沛，地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給，向低處排泄。巖層組成以粉砂巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水易軟化。北側(cè)山坡下部建筑場(chǎng)地內(nèi)淺層體現(xiàn)為土質(zhì)特性。過(guò)大的雨水會(huì)對(duì)地表進(jìn)行沖刷，造成水土流失；雨水滲透進(jìn)地下降低土體抗剪強(qiáng)度，易引發(fā)滑坡或造成山體建筑地下室浮起。因此，控制山地上的水流量對(duì)建筑場(chǎng)地的破壞，需對(duì)整個(gè)場(chǎng)地做有組織排水設(shè)計(jì)，保持山體環(huán)境的穩(wěn)定，從而增加山體建筑的安全性。［6］北側(cè)邊坡部分，考慮匯水面積、排水路徑，沿縱向每30 m 設(shè)置一道跌水溝，跌水溝下設(shè)置沉砂池；橫向在坡頂設(shè)置截水溝，各級(jí)平臺(tái)設(shè)置排水溝；水流沿水平方向自東向西，縱向自上而下，匯聚接入就近市政管網(wǎng)。山腳下設(shè)置排水溝，與場(chǎng)地內(nèi)排水溝相連，形成縱橫交錯(cuò)的排水網(wǎng)絡(luò)，最終接入市政管網(wǎng)，排出場(chǎng)地外。西南側(cè)遇擋土墻區(qū)域，在擋墻墻身設(shè)置泄水孔，沿長(zhǎng)度和高度方向每2～3 m設(shè)置一個(gè)，采用100 PVC 管，排水坡度為5%，梅花狀布置，在擋墻墻背設(shè)置通長(zhǎng)的經(jīng)夯填的砂礫石反濾層，以排出擋墻墻背積水，最終水流通過(guò)墻底排水溝接入市政管網(wǎng)［7］。無(wú)論是施工階段還是使用階段均要保證排水的通暢。

治坡先治水是坡體病害治理亙古不變的原則，它不但可以確保坡體的長(zhǎng)治久安，也可大幅減小坡體支擋工程規(guī)模而降低工程造價(jià)，有效提高工程設(shè)計(jì)品質(zhì)。

4 邊坡設(shè)計(jì)方案

4.1 項(xiàng)目的難點(diǎn)和重點(diǎn)分析

項(xiàng)目場(chǎng)地的邊坡治理難點(diǎn)集中在3 個(gè)部分：①北側(cè)原始山地結(jié)合開挖做山體改造，邊坡高度30～75 m，長(zhǎng)度約400 m，坡體露頭基本為強(qiáng)風(fēng)化巖層；②內(nèi)部道路和各組團(tuán)建筑支護(hù)部分，邊坡高度2～9 m，長(zhǎng)度約2 635 m；③集中在入口的南側(cè)和東側(cè)場(chǎng)地標(biāo)高較低的區(qū)域，場(chǎng)地內(nèi)標(biāo)高高于周邊場(chǎng)地，需要做高支擋，長(zhǎng)度約190 m。

4.2 邊坡治理方案與思路

建筑邊坡為永久邊坡與建筑具有同樣的使用年限，應(yīng)根據(jù)正常使用狀況、暴雨工況、地震工況、暴雨和地震耦合作用工況分別進(jìn)行分析計(jì)算和設(shè)計(jì)。尤其注意對(duì)水體的處理，對(duì)施工開挖方案、施工工藝提出要求，確保支護(hù)工況和永久工況下安全性。

進(jìn)行邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)勘察報(bào)告對(duì)各巖土層的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)狀、構(gòu)造發(fā)育特點(diǎn)、力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)分析得到水上和水下狀態(tài)等設(shè)計(jì)參數(shù)。

邊坡治理設(shè)計(jì)要“依山就勢(shì)，順勢(shì)而為”，盡量減少對(duì)原地貌的深挖填方”［8］。一般來(lái)說(shuō)，天然的邊坡是在經(jīng)過(guò)數(shù)十年、百年甚至千年的大自然風(fēng)化夷平作用后達(dá)到自身平衡而處于穩(wěn)定狀態(tài)的，所以在治理邊坡時(shí)應(yīng)盡量減少大量制造臺(tái)坡的情形，而對(duì)自然坡體的不穩(wěn)定部分進(jìn)行修坡以增大其安全穩(wěn)定性，必要時(shí)采用格構(gòu)式錨桿加固也是一種有效的方法［9-10］。邊坡的綠化結(jié)合建筑設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，保證在最短時(shí)間內(nèi)復(fù)綠。需考慮植物類型，配合比，施工工藝等。

設(shè)計(jì)計(jì)算軟件選擇理正巖土工程計(jì)算分析軟件中邊坡穩(wěn)定分析模塊、建筑邊坡?lián)跬翂δK及理正邊坡綜合治理，采用圓弧形態(tài)的邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法。

4.3 北側(cè)超高邊坡治理方案分析

4.3.1 典型剖面1

如圖2所示，該剖面位于場(chǎng)地西北側(cè)，下部為疊墅建筑，如果采用結(jié)構(gòu)抵抗全部土壓力，從計(jì)算上分析巖土與結(jié)構(gòu)的共同作用、整體抗滑移等，則在基礎(chǔ)處理、施工等存在很多難題，而且疊墅剛度小，抗側(cè)移能力差，無(wú)法平衡兩側(cè)的不同土壓力，因此此剖面設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮設(shè)置永久性邊坡支擋結(jié)構(gòu)，讓單體和土體脫開［11］。

圖2 西北側(cè)邊坡典型剖面1Fig.2 Typical Profile 1 of Northwest Side Slope

從山頂?shù)絼e墅板底整個(gè)邊坡高度約45.48 m，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算分為七級(jí)。自下而上第一級(jí)為混凝土擋墻、第二至第四級(jí)為格構(gòu)梁加全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿、第五～第七級(jí)為綠化護(hù)坡。第一級(jí)采用混凝土擋墻護(hù)腳，以防止墻根部受雨水沖刷及人為破壞。第二～第四級(jí)坡度分別為1∶1、1∶1、1∶0.8，中間設(shè)置2 m 寬平臺(tái)，格構(gòu)梁縱橫肋間距2 m，截面尺寸為300×300 mm；坡底下設(shè)地梁，截面尺寸為600 mm×800 mm，錨桿長(zhǎng)度12～18 m。第五～第七級(jí)坡比分別為1∶1.5、1∶1.5、1∶1.25，中間平臺(tái)寬度為3.5～7.5 m。山頂綠化沒有破壞處盡量維持現(xiàn)狀，其它格構(gòu)梁及放坡處綠化采用噴混植生綠化，盡快復(fù)綠。

經(jīng)計(jì)算復(fù)核，總的下滑力4 906.285 kN，總的抗滑力6 743.744 kN，滑動(dòng)安全系數(shù)為1.371，滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013》第5.3.2 條1.350的最低要求。

綜上所述，在場(chǎng)地充足處，可考慮多級(jí)放坡的形式，安全經(jīng)濟(jì)。下部結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度較弱時(shí)，優(yōu)先采取和單體脫開的支擋方式，避免受力不清晰導(dǎo)致的方案失敗。

4.3.2 典型剖面2

如圖3所示，該剖面位于場(chǎng)地東北側(cè)位置，下部建筑為小高層，兩層地下室，受地下室埋深、人防地下室覆土等的要求，側(cè)壁需回填至頂板覆土面。設(shè)計(jì)需滿足臨時(shí)支護(hù)和永久支擋的要求。臨時(shí)支護(hù)到底板底，支護(hù)深度約71 m。回填后永久支擋高度約為61 m。

圖3 東北側(cè)邊坡典型剖面2Fig.3 Typical Profile 2 of Northeast Side Slope

方案選擇若采取分級(jí)放坡方案則場(chǎng)地位置不夠，為確保場(chǎng)地整體穩(wěn)定，在放坡位置不滿足安全距離的情況下，優(yōu)先考慮變形控制較好的樁錨體系［12-13］。依據(jù)高邊坡的特點(diǎn)，固腳強(qiáng)腰，分級(jí)加固。永久支護(hù)階段采取下部樁錨體系，上部分5 級(jí)放坡采用格構(gòu)梁加錨桿加固，頂部保留原狀綠化放坡。開挖臨時(shí)支護(hù)階段，樁前預(yù)留反壓土臺(tái)，土釘墻增強(qiáng)其穩(wěn)定性，后期回填。

計(jì)算分整體計(jì)算和上部放坡計(jì)算兩部分。整體計(jì)算樁前留置土臺(tái)采用折減法，減少樁端嵌固端上部的支擋高度，放坡采用等效超載法折算成三角形土壓力計(jì)算。總的下滑力22 013.8 kN，總的抗滑力31 983.2 kN，整體穩(wěn)定驗(yàn)算最小安全系數(shù)1.453，滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013》5.3.2條1.350的最低要求。上部放坡按折線滑動(dòng)法計(jì)算，還應(yīng)驗(yàn)算巖層之間的下滑力以及巖層與巖層之間的粘聚力對(duì)抗滑力的貢獻(xiàn)。

施工過(guò)程中要注意對(duì)錨索的封錨，做好后期維護(hù)，對(duì)山體給予主體結(jié)構(gòu)的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)壓力增大時(shí)應(yīng)及時(shí)處理［14］。

綜上所述，場(chǎng)地受限時(shí)，可采用對(duì)變形控制較強(qiáng)的樁錨支護(hù)體系。結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)，可考慮有限土單邊的回填以滿足建筑景觀及使用功能的要求。

這兩個(gè)邊坡已經(jīng)屬于超高邊坡的范疇，通過(guò)專家評(píng)審，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，以確保設(shè)計(jì)的合理性。

4.4 場(chǎng)地內(nèi)超高擋墻方案分析

如圖4所示，該剖面做法位于場(chǎng)地中部，上部主干道前期作為連接各開發(fā)組團(tuán)的唯一施工通道，后期作為消防通道使用。由于其特別的作用，基坑回填以后再施工無(wú)法滿足施工期間的需求，故在基坑未開挖前即需要開始施工到路邊擋墻且回填施工道路。故最不利工況支擋高度為道路頂?shù)较虏康叵率业装宓?，深度達(dá)18.4～19.4 m，地下室施工完成后進(jìn)行下部側(cè)壁肥槽回填，最終使用期間的永久擋墻高度9 m左右。

圖4 場(chǎng)地內(nèi)典型擋墻剖面Fig.4 Typical Retaining Wall Section within the Site

方案選型：方案1 如圖4 所示，上部采用扶壁式擋墻下部為樁錨體系；方案2 上部道路采用架空橋梁做法下部為樁錨體系。對(duì)比分析結(jié)果表明，橋梁做法不經(jīng)濟(jì)。故選擇方案1。

采用理正深基坑7.0 增量法計(jì)算，支護(hù)重要性系數(shù)1.1。上部扶壁式永久擋墻和下部樁錨臨時(shí)支護(hù)分成兩段分別計(jì)算。樁錨支護(hù)計(jì)算，上部新近回填土作為荷載加在坡頂。樁錨計(jì)算結(jié)果：抗傾覆穩(wěn)定性最小，安全系數(shù)1.521大于《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ 120—2012》規(guī)定的1.250的最低要求；最大位移26.5 mm，滿足一級(jí)基坑30 mm的限值要求。

扶壁式擋墻計(jì)算考慮頂部取值30 kPa 以滿足施工道路和消防車道兩種工況的要求?；瑒?dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算：滑移力522.1 kN，抗滑力691.2 kN，滑移安全性系數(shù)1.324＞1.300，經(jīng)驗(yàn)算滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013》的要求?？箖A覆安全系數(shù)2.766＞1.600，有一定的富裕度。其它結(jié)構(gòu)及地基承載力驗(yàn)算均滿足相應(yīng)要求。

4.5 現(xiàn)狀擋墻加高方案分析

南側(cè)入口擋墻處，現(xiàn)狀已經(jīng)施工有扶壁式擋墻，而且處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于規(guī)劃方案調(diào)整，擋墻由6 m增加到10～12 m，需要對(duì)擋墻進(jìn)行加高。

最初方案考慮廢棄原擋墻重新設(shè)計(jì)新的扶壁式擋墻，施工時(shí)需破壞現(xiàn)狀施工通道，考慮實(shí)際施工進(jìn)度，無(wú)法按時(shí)完成交付節(jié)點(diǎn)。故選擇對(duì)現(xiàn)狀擋墻進(jìn)行加高處理。

方案1 如圖5?所示，在原擋墻外部重新設(shè)置灌注樁，上部采用樁板墻，灌注樁施工要考慮穿越原扶壁式擋墻的墻腳，成樁工藝考慮成本較高的沖孔樁，在基礎(chǔ)底板受沖擊過(guò)程中無(wú)法評(píng)估對(duì)現(xiàn)狀擋墻的破壞。設(shè)計(jì)樁徑1.2 m，再加上機(jī)械施工操作面，勢(shì)必要占用紅線外至少1.7 m 的距離，會(huì)引起產(chǎn)權(quán)糾紛，而且此方案經(jīng)濟(jì)性差。

圖5 南側(cè)入口擋墻加固方案Fig.5 Reinforcement Scheme for South Entrance Retaining Wall

方案2 如圖5?所示，采用錨桿式擋墻方案，在現(xiàn)狀擋墻的基礎(chǔ)上，加大立板厚度及配筋，并在立板外側(cè)設(shè)置肋柱，加寬基底寬度，基底設(shè)置抗滑擋板，設(shè)置3道錨索作為主要的受力構(gòu)件。錨索施工時(shí)考慮不同的角度，避開已施工的地下室結(jié)構(gòu)。同時(shí)為了減少地下室側(cè)壁和擋墻之間的土壓力，保證雨季施工的工程質(zhì)量及施工進(jìn)度，回填土采用碎石粉回填，分層夯實(shí)，并要求回填的壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.94。目前項(xiàng)目已經(jīng)完成交付，擋墻監(jiān)測(cè)變形穩(wěn)定。方案2 相比方案1節(jié)省約170萬(wàn)的成本。

原狀擋墻加高，需綜合考慮原有擋墻對(duì)新建邊坡的有利影響［15］、施工進(jìn)度、產(chǎn)權(quán)、成本等綜合因素，對(duì)各種可能方案做可行性分析。

5 結(jié)論

山地建筑邊坡應(yīng)充分考慮場(chǎng)地特點(diǎn)、建筑場(chǎng)景，做綜合對(duì)比分析。本文分析了4 個(gè)不同的案例，包括2個(gè)超高邊坡、1個(gè)場(chǎng)地內(nèi)超高擋墻和1個(gè)既有擋墻加高處理案例。通過(guò)對(duì)實(shí)際工程多方案的對(duì)比和選擇，為類似工程提供解決問題的思路。

⑴超高邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)場(chǎng)地現(xiàn)狀，合理選擇邊坡形式，當(dāng)位置充足時(shí)優(yōu)先考慮放坡這種造價(jià)低，可靠性高的方案；當(dāng)場(chǎng)地受限時(shí)，可選擇擋墻或者樁錨等更強(qiáng)的垂直支擋形式，但此類方案造價(jià)高且施工工藝復(fù)雜。建筑物位于坡腳時(shí)，邊坡與下部結(jié)構(gòu)完全獨(dú)立還是協(xié)同受力，需充分考慮結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度及承載能力，并評(píng)估需要完成的實(shí)際功能及相應(yīng)成本。協(xié)同受力情況主要使用場(chǎng)景如人防地下室側(cè)壁周邊要全覆土、地下室周邊作為通道或室外場(chǎng)地使用時(shí)，地下室側(cè)壁承受回填土壓力和上部不穩(wěn)定的巖土壓力，若結(jié)構(gòu)側(cè)向承載力較大，可考慮地下室側(cè)壁和永久支擋共同受力，這種處理方式計(jì)算比較復(fù)雜，需要巖土和結(jié)構(gòu)工程師共同設(shè)計(jì)考慮，但是可以有效節(jié)省成本，解決實(shí)際使用功能；也可以側(cè)壁僅考慮回填土壓力，上部邊坡單獨(dú)處理，這種處理成本相對(duì)較高，受力相對(duì)清晰。當(dāng)無(wú)重要使用功能則不必在地下室周邊覆土過(guò)高，或結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小時(shí)，可考慮邊坡和下部結(jié)構(gòu)完全分離，受力分析簡(jiǎn)單，滿足邊坡設(shè)計(jì)要求即可。

⑵本場(chǎng)地內(nèi)超高擋墻方案選型對(duì)比了扶壁式擋墻和架空橋梁做法，分析成本及工期因素，扶壁式擋墻方案綜合成本更優(yōu)。由于此擋墻上部兼具前期施工通道和后期規(guī)劃路的功能，又與下部地下室開挖工況緊密相關(guān)，計(jì)算按最不利工況，取臨時(shí)支護(hù)和永久支擋的包絡(luò)設(shè)計(jì)。

⑶既有擋墻加高處理對(duì)比在現(xiàn)狀擋墻外重新施工灌注樁和對(duì)原墻體加強(qiáng)兩種方案。前者施工時(shí)會(huì)對(duì)原墻腳造成破壞，存在施工風(fēng)險(xiǎn)；占據(jù)紅線外位置，會(huì)造成產(chǎn)權(quán)糾紛；工程造價(jià)高。后者維系原有的支擋體系，對(duì)現(xiàn)狀破壞小，施工方便，工期短，成本低；最好對(duì)現(xiàn)狀的擋墻進(jìn)行重新檢測(cè)，為加固設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

⑷邊坡?lián)鯄υO(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行詳盡的地質(zhì)勘察，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，必要的超前鉆。做好場(chǎng)地內(nèi)有組織排水設(shè)計(jì)。關(guān)鍵部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期的變形監(jiān)測(cè)。