楊 波

(中鐵五局集團建筑工程有限責任公司，貴州 貴陽 550001)

0 引言

貴陽市人民大道是貴陽市打造的首條海綿城市大道，道路線位與既有軌道交通1號線幾乎重合，位于軌道交通1號線區(qū)間上方3～8 m，道路線位與既有黔靈西路交叉路口下方設有地下商場一座，地下商場基坑施工過程中，因東側邊坡上部化糞池泄漏致邊坡土體“溜塌”[1]。常規(guī)的處理一般有削坡、坡頂卸載、坡腳壓載，結合實際情況施工單位按經驗以加設反壓碼的形式對塌方處進行常規(guī)處理，處理完畢后邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。可是加設反壓碼的形式對邊坡滲水真的有效嗎，理論依據是否充分呢，畢竟是工程人員的經驗技術，能否經得起推敲。

1 工程概況

“人民大道北段(一期)道路工程—黔靈西路地下商場”位于人民大道中樁里程K2+289～K2+403 m處，是一個商業(yè)性地下商場，商場平面為“口”字形，南北向長88.8 m，東西向寬56.0 m，地下商場頂板設計高程1063.852 m，地下商場底板標高1057.252 m，設計為1F地下商場，基底為50 cm碎石+10 cm素混凝土墊層，基坑采用明挖法施工。

基坑開挖后地下商場形成7～11.98 m(地表距地下商場結構底面距離)的基坑邊坡。邊坡巖土構成為雜填土(Qml)、紅黏土(Qel+dl)及安順組白云巖，基坑開挖后，主要形成土質邊坡，局部為土層+白云巖組合邊坡(表1)。

表1 各巖土層工程參數Tab.1 Engineering parameters of the rock and soil layers

根據邊坡巖土構成(圖1)、巖層產狀、基坑周邊情況及基坑暴露時間，設計定義為二級基坑邊坡。邊坡穩(wěn)定性安全系數為1.25，邊坡采用1∶1放坡結合錨桿噴射混凝土的方式施工，錨桿長度4.5 m，錨固段4 m，自由端0.5 m，按20°傾角鉆孔，錨桿間距為2 m×2 m。

圖1 邊坡土層現狀示意圖Fig.1 Current situation of the soil layers of the slope

地下商場東側基坑邊坡距既有臨時道路約4 m，東側邊坡施工完畢后，坡頂外側2 m地表下約3 m處化糞池發(fā)生泄漏，次日基坑邊坡出現局部溜塌(圖2)，溜塌長度約10 m，溜塌深度約5 cm，且有繼續(xù)向下發(fā)展的趨勢，為防止基坑滑塌，施工單位果斷采取坡腳加設反壓碼的形式進行溜塌治理，沿坡腳順坡澆筑高3 m，寬2 m的C20素混凝土擋墻一道，擋墻嵌入基底20 cm。反壓碼施工完畢后，邊坡溜塌現象得到制止，經觀測，基坑變形速率滿足規(guī)范。

圖2 邊坡溜塌現狀Fig.2 Current situation of the slope collapse

2 塌方處理方案的理論分析

施工過程中，對于常規(guī)邊坡塌方，施工單位一般都會不加思索的采取削坡、坡頂卸載、坡腳壓載三種方式對邊坡進行即時處理[2]，黔靈西路地下商場東側邊坡坡頂無堆載，坡頂緊鄰既有臨建道路，常規(guī)處理中最快、最安全、最有效的治理方式莫過于坡腳壓載。

2.1 原設計方案的邊坡受力分析

根據設計要求，邊坡穩(wěn)定性系數取1.25，根據現場實際開挖情況量測，東側邊坡開挖后形成雜填土+硬塑紅黏土組合邊坡。

考慮到設計選取斷面與實際開挖斷面不一致，根據東側實際開挖情況建模，采用理正巖土工程計算分析軟件進行實際分析，巖層模型如圖3。

根據軟件要求輸入各地層數據，采用瑞典條分法，自動搜索最危險滑裂面，考慮到邊坡高度僅11.11 m，為精確計算，條分法的土條寬度取 0.5 m，搜索時圓心和半徑步長均取 1 m，計算簡圖如圖4。

圖4 受力計算簡圖Fig.4 Stress calculation diagram

根據軟件計算結果，按設計工況下施工，土體總的下滑力=753.522(kN)，總的抗滑力=1223.428(kN)，邊坡整體趨于穩(wěn)定，邊坡滑動安全系數為1.624>1.25，符合設計及規(guī)范要求。也就是說，在自然狀態(tài)下，按設計工況施工，邊坡不會出現滑塌風險。

2.2 黏土軟化后的邊坡受力分析

受東側邊坡頂部已廢棄化糞池滲漏的影響，滲點下部主要為紅黏土，紅黏土具有浸水膨脹、失水收縮等特點，遇水后粘聚力降低，重度變小。上部雜填土主要為塊石、碎石、黏土等組合而成，為原舊路路基填料，土層遇水后較紅黏土遇水變異特性較穩(wěn)定。

硬塑性紅黏土在遇水后發(fā)育為可塑-軟塑紅黏土，各土質參數下降，與硬塑性黏土相比，變化主要有土體重度由16.8 kN/m3變?yōu)?6.3 kN/m3，地基承載力由210 kPa變?yōu)?90 kPa，內聚力由35 kPa變?yōu)?8.8 kPa，內摩擦角由10°變?yōu)?.3°，基底摩擦系數由0.3變?yōu)?.25。

根據土質出現的變化，調整2.1中建模數據，按可塑紅黏土參數取值，根據軟件計算結果顯示，土體總的下滑力=757.559(kN)，總的抗滑力=655.909(kN)，邊坡滑動安全系數為0.866<1.25。

可以看到，在黏土軟化后，邊坡土體下滑力幾乎不變，但抗滑力卻大幅減小，黏土軟化后土體下滑力增加4.037 kN，抗滑力減小567.519 kN，抗滑力損失約46.4%。邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡滑塌風險隨之而來。

2.3 黏土軟化后邊坡治理理論研究

(1) 加設反壓碼的理論計算

邊坡施工完畢次日，技術人員巡查發(fā)現邊坡有溜塌征兆，變化速率超過規(guī)范允許值，經查實，邊坡溜塌原因主要為邊坡上部未探明廢棄化糞池滲漏，為防止邊坡溜塌繼續(xù)發(fā)展，施工單位按經驗及時采取加設反壓碼擋土墻的形式進行加固。擋土墻沿坡面向上順坡澆筑，高3 m，寬2 m，基礎嵌入基底20 m。

反壓碼施工完畢后，邊坡溜塌趨勢減弱，邊坡逐步趨于穩(wěn)定，溜塌現象沒有進一步向下發(fā)展?！笆聦嵄砻鳎瑢ΤＲ?guī)的邊坡溜塌采用加設反壓碼的治理方案確實有效”，對于本工程中邊坡溜塌采取的加設反壓碼是否真的行之有效，下面將運用理論計算數據予以證實。

利用理正巖土工程分析計算軟件中的擋土墻設計模塊進行建模分析，按實際工況輸入各擋墻及地層參數，受力簡圖如圖5。

圖5 反壓碼受力分析簡圖Fig.5 Stress analysis of the counter weight

根據軟件分析，在加設3 m×2 m擋墻后，新增擋土墻對墻后土體側向抗力僅為41.573 kN，而在2.2中分析得出，土體總的下滑力=757.559 kN，總的抗滑力=655.909 kN，邊坡滑動安全系數為0.866，土體軟化后抗滑力損失567.519 kN，新增擋墻后對土體抗滑力補償僅41.573 kN，補償功率僅7.33%，新增擋墻后土體總的下滑力不變，總的抗滑力為655.909+41.573=697.482 kN，此時邊坡滑動安全系數為0.92<1.25。

經理論分析，按實際工況加設擋土墻后，邊坡仍將處于不穩(wěn)定狀態(tài)，這與實際得出的經驗數據不同。

(2) 假定按削坡方案進行理論研究

通過(1)中的結論得出，對于該工程中發(fā)生黏土軟化后采取的增設反壓碼處理方案，縱然在實際工程中取得了有效治理效果，但在理論上根本行不通。常規(guī)邊坡滑塌處理中采取的坡頂卸載、坡腳壓載、削坡三種手段，本工程東側基坑坡頂無堆載，按常規(guī)處理方案中削坡也應是施工管理人員首先采取的方案之一，削坡可行嗎，下面結合工程實際情況進行簡單的理論分析。

根據現場情況，坡頂外側4 m為既有臨時交通導行道路，削坡高度不宜過大，本次研究按削坡2 m進行研究，按1∶1進行削坡，保證形成的邊坡距離距既有臨時道路仍有兩米的安全距離，防止既有道路失穩(wěn)。計算模型如圖6。

圖6 削坡受力分析簡圖Fig.6 Stress analysis of the slope cutting

結合受力模型，將各土層參數帶入理正巖土工程分析計算軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊進行分析，削坡后形成的土體總的下滑力=757.869 kN，土體總的抗滑力=655.965 kN，邊坡土體滑動安全系數=0.866<1.25。根據2.2中受力得出，土體軟化后，得出土體總的下滑力=757.559 kN，總的抗滑力=655.909 kN，邊坡土體滑動安全系數=0.866。對比發(fā)現，按削坡方案對土體黏性硬土軟化后造成的邊坡失穩(wěn)治理幾乎無效。

(3)改變錨桿布設方案進行理論研究

1)加長錨桿

按常規(guī)處理方案處理黏土軟化造成的邊坡滑塌均不能得到有效處理，如果采用加長錨桿長度又是否可行呢，采用理正巖土工程分析計算軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊，改變2.2中設定的錨桿長度，錨桿長度增加至9 m(增加1倍)，錨固段長度取8 m，其余參數保持不變，按此工況進行分析計算，得出土體總的下滑力=886.246 kN，總的抗滑力=841.038 kN，滑動安全系數=0.949，通過與2.2中對比發(fā)現，在錨桿加長1倍后，邊坡穩(wěn)定性仍不能滿足規(guī)范要求。

2)加密錨桿

經理論研究分析，加長錨桿對防止邊坡滑塌確實有一定效果，但是治理效果不明顯，若按加密錨桿進行布置會怎么樣呢，同理采用理正巖土工程分析計算軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊，改變2.2中設定的錨桿間距為1 m×1 m，其余參數保持不變，按此工況進行分析計算得出，土體總的下滑力=757.559 kN，總的抗滑力=655.909 kN，滑動安全系數=0.866，與2.2中得出的結果相比，在錨桿加密后，邊坡穩(wěn)定性幾乎沒有改變。

3)取消錨桿

通過上述1)和2)的分析得出，對于黏土軟化后采取加長錨桿后，邊坡穩(wěn)定性系數有一定提高，但采取加密錨桿的形式后，邊坡穩(wěn)定性無變化。說明設計在采取錨桿支護中，錨桿長度已有富余。假定沒有錨桿，邊坡穩(wěn)定性又如何呢。同理采用理正巖土工程分析計算軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊，取消錨桿的布置進行受力分析，得出當取消錨桿后土體總的下滑力變?yōu)?10.647 kN，總的抗滑力變?yōu)?607.775 kN，滑動安全系數減小至0.855，較采用錨桿減小1.27%。

3 結論與建議

通過對本工程東側邊坡溜塌采取的加設反壓碼的形式進行邊坡處理理論分析，當黏性土遇水軟化后，土體抗剪強度急劇下降，邊坡穩(wěn)定性也急劇下降，本工程中按1∶1放坡明挖施工，土體軟化后邊坡穩(wěn)定性系數由1.624變?yōu)?.866，邊坡穩(wěn)定性減弱幅度約46.67%。在土體軟化后，分別采取加設反壓碼，及假定削坡、增加錨桿長度、加密錨桿長度和取消錨桿長度進行理論研究，邊坡穩(wěn)定性系數分別為0.92、0.866、0.949、0.866、0.855，采取加設反壓碼及假定的各種工況下分析對軟化后黏性土體造成的邊坡穩(wěn)定性影響幅度分別為6.24%、0、9.58%、0、-1.27%。

由統(tǒng)計數據得出，在黏性土體遇水軟化后的邊坡治理和預防措施中，采取加長錨桿和加設反壓碼的形式最為有效，加密錨桿及局部削坡方案對防止邊坡失穩(wěn)幾乎沒有效果，當取消錨桿設置后，對整個邊坡穩(wěn)定性影響也較小。

綜上所述，在黏性土層的基坑邊坡中，當黏性土雨水軟化后，邊坡穩(wěn)定性會急劇下降，不管采取何種治理方案，治理效果均不明顯。當然，邊坡治理中還有很多治理方案也可以采取，如注漿、加設抗滑樁、預應力錨索框架梁等[3]，但是否對黏性土遇水軟化造成的邊坡失穩(wěn)有治理效果，這就需要各位施工技術人員根據實際工況進行分析計算了。由此也可以得出，黏性土層中基坑邊坡水毀是重大的風險源之一，施工過程中必須對地下水及地表水加以控制，防止地表水下滲，防止地下水對擬開挖基坑黏性土層造成破壞，當發(fā)現黏性土層邊坡出現失穩(wěn)后，應立即查找原因，對于水體浸泡造成土體參數變化而促使邊坡失穩(wěn)的，應在第一時間將水流引出，同時根據實際情況酌情采取加設反壓碼或還土回填的方式進行處理。