张碧燕,刘扬
（1.厦门工学院，福建 厦门 316000；
2.福建兆翔机场建设有限公司，福建 厦门 316000）
边坡失稳的问题在房建、路桥、水利等建设工程中的影响越来越凸显，边坡稳定性分析已成为岩土工程和工程地质领域中研究的重要内容。目前，边坡稳定性分析方法主要有以刚体极限平衡理论为基础的极限平衡法和以有限元(EM)、有限差分(FDM)为基础的数值分析法。极限平衡法是建立在(刚体)极限状态时的静力基础上，分析边坡各种破坏模式下的受力状态来评价其稳定性。由于该类方法可给出物理意义明确的边坡稳定安全系数以及可能的破坏面，力学模型简单而得到广泛应用。常用的极限平衡分析的主要方法有Fellenius法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer法、Sarma法、平面直线法、推力传递系数法等。针对某人行道旁边坡（滑坡）土体的加固措施设计，本次设计计算运用目前在边坡稳定性分析时较为成熟的Geo－Studio软件中的SLOPE/W模块建立模型，进行未加固前及加固后的边坡稳定性计算，并进行对比分析。
2.1 工程简介
某人行道旁山坡，经检测有滑坡危险，需进行改造加固。为探明滑坡体的规模，作者前往现场进行勘察，边坡高度约为28m，平均坡度约为45°，坡脚处有一个已建的挡土墙，高度为2m。作者负责设计勘探计划，在原有的以前的勘探资料的基础上加1个新钻孔以及5个试井。边坡脚有一个旧时已建的挡土墙，墙身厚度尺寸以及材料不详，因此边坡脚加2个新的水平钻孔去验证其厚度及其截面材料。根据钻探进尺快慢、土层变化、水流渗漏渗流及地下水位等情况综合分析，得到土质剖面后结合场地约束限制、环境保护等因素选择加固方案，再用岩土软件Geo-Studio的SLOPE/W模块（极限平衡法）进行建模辅助判断整体和局部的滑裂面位置以及相应的安全系数，从而确定设计方案。
2.2 工程水文地质
边坡主要土层为花岗岩残积土和崩积土，浅层附有填土。该边坡平均坡度为45°，边坡坡度较大，存在滑坡危险，需要进行改造加固。根据工程地质调查及钻孔揭露，边坡出露地层为填土及崩积土，根据钻孔对地下水位的监测，取最高监测水位做设计地下水位，暴雨时设计水位假设为地表面，边坡满水土体饱和状态。主要岩性以及地质剖面见图3所示。
图1 边坡现场环境及尺寸勘察
图2 边坡脚的旧时已建挡土墙尺寸勘察
图3 边坡工程地质剖面
2.3 设计计算建模参数
极限平衡分析方法的主要思想是假定岩土体破坏是由滑体内滑面上发生滑动而造成的，滑动体被看成是刚体，不考虑其变形，将边坡上的滑体进行条分，根据滑面上岩土体处于极限状态，并且满足摩尔－库仑准则条件下滑体条受力和力矩的平衡来分析边坡的稳定性，确定沿滑裂面滑动可能性的大小，即为该滑裂面上安全系数Fs的大小。假定不同的滑裂面就可以得到不同的安全系数值，其中安全系数Fs值最小的滑面就是最危险滑动面，其对应的安全系数值即为该边坡稳定的安全系数值。
综合室内外试验的数据，各土层参数的指标参照《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2013)取值。土体的物理力学参数，见表1所示。
2.4 边坡稳定性分析及加固措施设计
选取场地坡度最陡的某典型剖面进行建模模拟分析，分别分析无加固情况下即原自然条件下边坡的稳定性以及在改造加固措施下边坡的稳定性。通过对比各种加固方案下的最终加固效果以及造价、施工可行性等进行最终方案选择。
土层物理力学参数 表1
边坡稳定安全系数 表2
2.4.1 无加固情况下
根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2013)、《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)等的相关规定，边坡的稳定性系数应不小于表2规定的数值。边坡稳定安全系数，见表2所示。
根据边坡工程地质剖面图，运用Geo-Studio建立边坡计算分析模型，见图4和图5所示。滑移面用符号S进行表示，滑移面相应的安全系数汇总于表3。整体稳定性分析中最危险滑移面为S2，安全系数为1.348。局部稳定性分析中最危险滑移面为S5，安全系数为1.008，均小于1.35。因此，边坡需进行改造加固。作者采用三种加固措施，并进行比对，最终挑选最优设计方案呈现给建设单位。
图4 边坡计算分析模型：天然无加固措施状态整体稳定性分析
图5 边坡计算分析模型：天然无加固措施状态局部稳定性分析
边坡无加固措施状态稳定性计算结果 表3
2.4.2 加固措施1：边坡整体开挖减小坡度
基于场地地形，对边坡进行整体的开挖，将土体往后削减，削退到边坡的坡度呈30°，小于各土层的摩擦角，保证边坡的稳定，设计方案见图6所示。由于边坡的高度约为28m，平均坡度为45°，为了降低边坡的坡度，需要从坡顶往原有坡顶边向里至少延伸12m。施工中还需要把边坡坡顶处原有的部分山路移除并且会破坏坡顶植被。此方案会影响坡顶范围内的山路和植被，因此不环保且可行性较低。
图6 加固措施1 设计方案：边坡整体开挖
2.4.3 加固措施2：加高坡脚挡土墙并填土减少边坡坡度
第二种方案是在坡脚修建挡土墙，并回填密实填土到约30°的坡度，见图7所示。该方案提高了稳定性，但本方案需要使用体型相对较大的打桩机，并在施工阶段占据坡脚面积，影响人行道以及车道的正常使用。在山坡旁还有已建住宅群，已建住宅的地下车库入口就在边坡旁，本方案施工阶段会挡住地下车库入口。因此，由于现场条件限制约束以及考虑到施工噪音对附近住宅的影响，该方案可行性很低。
图7 加固措施2 设计方案：挡土墙加回填
2.4.4 加固措施3：锚杆加固设计
第三种方案是在边坡上安装锚杆进行加固，提高边坡的稳定性，设计方案见图8所示。首先，锚杆加固工程可以避免影响坡顶的山道区域和植被。此外，进行锚杆的安装所需要的机器使用空间比较紧凑。因此，在施工期间，不会占用太多的人行道面积。该方案符合现场条件，而且根据具体设计结果是经济且可行的。
图8 加固措施3设计方案：锚杆加固
2.4.5 锚杆加固深化设计
设计采用锚杆钻孔直径Hd=0.110m，锚杆钢筋直径d=0.025m，锚杆钢筋规格采用直径25mm、牌号HRB400、抗拉强度为570MPa、截面积为490.87mm2的钢筋，每根锚杆钢筋的极限拉断荷载Pu为279.7kN。锚杆的间距不宜过大，也不能太小，一般规定锚杆的间距最小不应小于1.5m，本文锚固间距选取2m；
注浆材料采用M35的水泥砂浆，锚杆锚固段置于花岗岩残积土中，按规范锚固体的设计安全系数取Fs2=2.5。
设计过程使用软件Geo-Studio的SLOPE/W模块进行建模，锚杆加固后的边坡计算模型见图9和图10所示，边坡整体和局部稳定性计算结果汇总于表4，本文中设计10排锚杆从上往下排布，长度从7m～15m不等，依照不同高程处其不同土层厚度进行设计。所有的锚杆都与水平方向有顺时针160°的夹角。锚杆加固后的边坡整体稳定性分析中最危险滑移面为S2，安全系数为1.471。局部稳定性分析中最危险滑移面为S5，安全系数为1.449。均大于规定的安全系数1.35。边坡在天然工况下不加固时处于不稳定状态，在采取锚杆加固之后，边坡在不同工况下开挖均处于稳定状态，表明锚杆加固支护有效地提高了坡体的稳定性。
图9 边坡计算分析模型：锚杆加固状态整体稳定性分析
图10 边坡计算分析模型：锚杆加固状态局部稳定性分析
2.5 设计方案决策
考虑到现场场地和地形的限制和约束，以及加固方案施工的可行性，最终选择用锚杆加固作为加固措施。锚杆加固的方案性价比相对比较高，对周边环境影响小，适应场地周遭约束。考虑到边坡土壤以及地下水对锚杆钢筋具有轻度的腐蚀性，作者提出了应对腐蚀的防护措施，使用镀锌钢筋，实际用料钢筋半径再加2mm的腐蚀牺牲厚度。
边坡锚杆加固状态稳定性计算结果 表4
从环境和可持续性的角度出发，作者建议保护现有的树木，并且锚杆加固完工后在坡面上进行种植和绿化。在排水方面，提出建议在坡顶和坡脚同时修建U型排水沟，以及坡峰到坡脚的跌水槽建立一个完整的地表水如雨水等的收集排水系统。
为了监测锚杆加固工程施工对邻近地面和建筑物、构筑物的影响，还提出了一个综合的沉降以及振动监测方案，通过安装沉降标记点、倾斜和建筑物沉降检查点和振动检查点来检测地面沉降、现有建筑物、构筑物的倾斜和振动，监测的频率建议是在整个施工期间每天都测量所有监测点，这样就能及时掌握工程动态以及对附近环境的影响。
本文运用Geo－Studio软件对未加固的边坡及加固后的稳定性分析计算，得出以下结论：边坡在未加固情况下在天然和暴雨工况下存在局部不稳定，边坡均可能出现失稳状态，针对该边坡采取锚杆加固方案后，其稳定性明显得到提高，在各工况下均处于稳定状态。
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