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深圳市勘察研究院有限公司
摘要：滑坡的形成原因是多因素造成的，其中雨水是诱发滑坡的主要外因。本文结合滑坡治理工程，对其支护方案对比选择并进行优化设计。
关键词：滑坡支护；方案；选择；设计
1 工程概况
1.1地质条件
某边坡由于连日降雨，己经产生滑动，滑坡后缘张裂缝清晰可见，宽度为10-40 cm，如图1所示。
图1 滑坡后缘张裂缝
滑体位于山体斜坡地中下部，平均厚度12.5m，滑动，面如图2所示。滑坡所处地形坡度20°- 40°滑坡高度約为60.5 m。该滑坡地层总体走向为NW，倾向为NE50°-60°。滑坡主要为上部松散堆积体产生滑动，边坡原有的挡土墙支护结构己不能满足工程需要，而且在滑坡下方有厂房和居民区，所以该滑坡必须重新支护。
图2滑坡剖面示意图
根据钻探和现场地质调查，滑坡体地层由耕植土、薪土夹碎块石组成，下伏基岩为灰岩夹泥质灰岩，自上而下依次为：①耕植土，褐黄色，由薪土夹碎石组成，厚度一般为0.5 m，分布在自然坡面表层，植物根系发育，结构疏松；②土，黄色，土体结构较松散，含大量泥岩风化残块，土程性质一般；③强风化石灰岩，灰色，薄至中厚层状夹泥岩，细品结构，整体性较差，岩体基本质量等级为111、W类；④中风化白云岩，灰白色，薄至中厚层状，隐品健品结构，岩体基本质量等级为11、111类；⑤弱风化砂岩，灰黄色，薄至中厚层状，中粒砂状结构，岩芯成柱状，强度较好。
滑坡区内地下水类型主要为碳酸岩岩溶水，赋存于石灰岩及白云岩的岩体溶蚀裂隙中，水量受地形、岩性等因素的控制，区内地下水总体上由北向南径流，在地势低注部位以泉的形式出露地表。通过钻孔进行水位观测，在钻探深度范围内未揭穿地下水，说明地下水位埋藏很深，在支护设计中可以不考虑地下水的影响，该边坡安全等级为二级。
1.2滑坡的成因及支护方案
根据现场勘察，产生滑坡的原因主要有两个：一是滑坡由耕植土、II土、强风化岩体组成，这部分岩土体强度低，稳定性差；二是滑坡产生前该地区连续降雨多日，加之耕植土透水性较好，大量降水经地表渗入滑体中且未能及时排出，岩土体容重及下滑力显著增加，导致产生滑动。滑坡先由上部岩土体松动下滑，然后带动下部岩土体滑动，该滑坡类型为推移式滑坡，按滑坡体物质组成和滑坡与地质构造的关系又可称为覆盖层滑坡。
根据该滑坡的工程地质条件，拟采用预应力锚索框架梁及抗滑桩来支护，这两种支护形式施工技术都比较成熟，在边坡支护工程中得到了广泛的应用。采用3套支护方案：方案1采用预应力锚索框架梁支护；方案2采用抗滑桩与预应力锚索框架梁联合支护；方案3采用双排抗滑桩支护。
图3为支护方案示意图，方案1为预应力锚索框架梁结构，将边坡分为二级结构，中间设置4m宽平台，其中预应力锚索锚固段为6m，锚固于弱风化砂岩中，锚固吨位为30 t，锚索为4束直径为15.24 mm的钢绞线，间距取4m，框架梁采用0.5mx0.5m矩形截面，弹性模量取19 GPa。方案2为抗滑桩与预应力锚索框架梁联合支护方案，其中抗滑桩嵌入弱风化砂岩中7m，抗滑桩直径为1.2m，弹性模量取31 GPa，抗滑桩与最下排预应力锚索锚头距离为19.7 m锚索参数与方案1中相同。方案3为双排抗滑桩支护方案，抗滑桩相隔10.2 m，嵌岩深度仍为7m，抗滑桩直径也仍为1.2m。
图3支护方案示意图
2 支护方案比较分析
边坡设计常采用极限平衡法，但是该方法不能得到边坡的变形、稳定性系数、塑性区分布情况等结果，无法综合判断支护方案的优劣，且对该滑坡而言，滑坡下方有厂房及民居，因此边坡的稳定性及位移均应满足设计要求。目前数值模拟手段在边坡稳定性评价中得到了广泛应用，为了对比分析上述3种支护方案的支护效果，采用数值分析软件FLAC3D计算出边坡的位移、应力分布、剪应变增量等指标，来综合分析各方案的优劣。该滑坡原始地形数值模型网格见图4，滑坡岩土体物理力学参数见表1。
图4原始地形数值模型网格
表1 滑坡岩土体物理力学参数
图5为未支护时的边坡位移计算结果，最大水平位移为873.970 mm最大沉降为614.940 mm，说明边坡位移较大，稳定性系数计算结果为1.012，边坡为临界状态，急需支护。计算结果与实际情况较吻合，这也说明了岩土体物理力学参数的取值是合理的。
（a）垂直向位移云图 （b）水平向位移云图
图5未支护时边坡位移计算结果（单位：mm）
3种支护方案中，抗滑桩较容易施工，对环境的影响较小，但造价略高；预应力锚索框架梁施工时不易操作，且对环境影响大，需要坡面清理等工序，会破坏原有的绿化，但和抗滑桩相比，其工期略短，造价略低。因此方案1的特点是造价低，难施工，工期长，对环境影响大；方案3的特点是造价高，易施工，工期短，对环境影响小；方案2位于两者之间。经过概算，方案1，2，3的造价分别为228万元、235万元和265万元，从造价的角度来说方案1最佳，方案3最差。
图6为3种支护方案水平位移计算结果，其中方案1最大水平位移为18.046 mm，发生较大位移部位主要位于滑体上部；方案2最大水平位移为23.242 mm，发生较大位移部位主要位于滑体的中上部；方案3最大水平位移为37.667 mm，发生较大位移部位主要位于滑体下部。从最大水平位移情况来看，方案1最小，方案3最大，说明采用预应力锚索框架梁支护结构要优于其他两种形式，其中方案2比方案1最大水平位移增大了28.79%，方案3比方案1最大水平位移增大了108.73%。
（a）方案1
（b）方案2
（c）方案3 图6支护方案水平位移计算结果（单位：mm）
为了更好地对比这3种方案的计算结果，将边坡稳定性系数、最大沉降、最大剪应变增量也列入比较，结果见表2。
从表2可以看出，各项指标均显示方案3支护效果最差。方案2与方案1相比，稳定性系数减小了3.80%最大沉降减小了1.13%最大剪应变增量增大了2.82%，可见方案1和方案2相差不大，因此这两种支护方案均可采用。由于抗滑桩的结构稳定性要强于预应力锚索框架梁，即锚索随着时间的推移会出现预应力损失和失效的现象，而且滑坡下方为一条公路和一家木材厂，更需注重支护结构的耐久性；而从造价来看，方案2只是略大于方案1，所以综合比较宜采用方案2进行支护加固。
表2 支护方案计算结果
3 支护方案优化设计
根据比选结果，对方案2采用的联合支护形式进行优化设计。优化设计主要考虑抗滑桩的位置，设计了4种方案，见图3（d），其中方案b与方案2相同。方案a，c，d中抗滑桩与最下排预应力锚索锚头距离分别30.9m，9.6m和1.0m。通过计算分析这4种方案以确定抗滑桩的最佳位置。
图7为方案a，c，d水平位移计算结果，由图6（b）和图7可以看出，方案a，b，c，d最大水平位移分别为32.676 mm，23.242 mm，14.012 mm、11.991 mm。从最大水平位移来看，方案d最优，但是从最大水平位移发生部位来看，方案a，b，c均位于滑坡中上部，而方案d则位于滑坡的下部，这是由于滑体下部无任何支护结构所致。虽然方案d最大水平位移值最小，但是这种支护方案存在安全隐患，抗滑桩距锚索太近，滑体下部容易再次滑动。为了详细比较这4种方案，对边坡稳定性系数、最大沉降、最大剪应变增量计算结果（表3）做进一步的分析，从表3可以看出，方案c稳定性系数最大，且剪应变增量最小，虽然方案d的最大水平位移及沉降均最小，但其稳定性系数为1.353，比方案c要小12.03 %，综合考虑，认为方案c为最佳方案，其稳定性系数比方案1还提高了4.41%。因此最终确定抗滑桩与最下排锚索锚头距离在10m左右为最佳。
表3 优化方案计算结果
4 方案实施效果
经过方案的对比及优化，该滑坡选择方案c进行了支护，图8为边坡支护完成后的水平位移的部分监测记录，监测仪器为XB338型滑动式测斜仪，根据支护后边坡的变形特征，将监测点的位置设于滑体中部即变形较大部位（参见图7（b）方案c的计算结果）。la后边坡最大水平位移为10.285 mm。
说明支护效果良好，优化设计是成功的。与数值模拟结果相比，目前监测结果略小于模拟结果，因为数值模拟结果为变形的最终结果，而监测结果为中间状态，可以看出数值模拟结果与实测结果比较吻合。
（a）方案a
（b）方案b
（c）方案c
图7优化方案水平位移计算结果（单位：mm）
图8边坡支护完成后位移
5 结论
a.通过比选，抗滑桩结合预应力锚索框架梁支护方案为最佳方案，能够提供较大的安全系数，有效地控制滑坡位移。
b.抗滑桩与预应力锚索框架梁间距越近，滑坡的最大水平位移越小，但从边坡的稳定性系数来看，存在一个最佳间距，大于或小于最佳间距稳定性系数均呈减小趋势，该滑坡最佳間距为10m左右。
c.在比选支护结构时，不能单纯地分析滑坡的位移，位移小并不代表支护效果佳，应当综合分析滑坡的稳定性系数、剪应变增量等因素。
摘要：滑坡的形成原因是多因素造成的，其中雨水是诱发滑坡的主要外因。本文结合滑坡治理工程，对其支护方案对比选择并进行优化设计。
关键词：滑坡支护；方案；选择；设计
1 工程概况
1.1地质条件
某边坡由于连日降雨，己经产生滑动，滑坡后缘张裂缝清晰可见，宽度为10-40 cm，如图1所示。
图1 滑坡后缘张裂缝
滑体位于山体斜坡地中下部，平均厚度12.5m，滑动，面如图2所示。滑坡所处地形坡度20°- 40°滑坡高度約为60.5 m。该滑坡地层总体走向为NW，倾向为NE50°-60°。滑坡主要为上部松散堆积体产生滑动，边坡原有的挡土墙支护结构己不能满足工程需要，而且在滑坡下方有厂房和居民区，所以该滑坡必须重新支护。
图2滑坡剖面示意图
根据钻探和现场地质调查，滑坡体地层由耕植土、薪土夹碎块石组成，下伏基岩为灰岩夹泥质灰岩，自上而下依次为：①耕植土，褐黄色，由薪土夹碎石组成，厚度一般为0.5 m，分布在自然坡面表层，植物根系发育，结构疏松；②土，黄色，土体结构较松散，含大量泥岩风化残块，土程性质一般；③强风化石灰岩，灰色，薄至中厚层状夹泥岩，细品结构，整体性较差，岩体基本质量等级为111、W类；④中风化白云岩，灰白色，薄至中厚层状，隐品健品结构，岩体基本质量等级为11、111类；⑤弱风化砂岩，灰黄色，薄至中厚层状，中粒砂状结构，岩芯成柱状，强度较好。
滑坡区内地下水类型主要为碳酸岩岩溶水，赋存于石灰岩及白云岩的岩体溶蚀裂隙中，水量受地形、岩性等因素的控制，区内地下水总体上由北向南径流，在地势低注部位以泉的形式出露地表。通过钻孔进行水位观测，在钻探深度范围内未揭穿地下水，说明地下水位埋藏很深，在支护设计中可以不考虑地下水的影响，该边坡安全等级为二级。
1.2滑坡的成因及支护方案
根据现场勘察，产生滑坡的原因主要有两个：一是滑坡由耕植土、II土、强风化岩体组成，这部分岩土体强度低，稳定性差；二是滑坡产生前该地区连续降雨多日，加之耕植土透水性较好，大量降水经地表渗入滑体中且未能及时排出，岩土体容重及下滑力显著增加，导致产生滑动。滑坡先由上部岩土体松动下滑，然后带动下部岩土体滑动，该滑坡类型为推移式滑坡，按滑坡体物质组成和滑坡与地质构造的关系又可称为覆盖层滑坡。
根据该滑坡的工程地质条件，拟采用预应力锚索框架梁及抗滑桩来支护，这两种支护形式施工技术都比较成熟，在边坡支护工程中得到了广泛的应用。采用3套支护方案：方案1采用预应力锚索框架梁支护；方案2采用抗滑桩与预应力锚索框架梁联合支护；方案3采用双排抗滑桩支护。
图3为支护方案示意图，方案1为预应力锚索框架梁结构，将边坡分为二级结构，中间设置4m宽平台，其中预应力锚索锚固段为6m，锚固于弱风化砂岩中，锚固吨位为30 t，锚索为4束直径为15.24 mm的钢绞线，间距取4m，框架梁采用0.5mx0.5m矩形截面，弹性模量取19 GPa。方案2为抗滑桩与预应力锚索框架梁联合支护方案，其中抗滑桩嵌入弱风化砂岩中7m，抗滑桩直径为1.2m，弹性模量取31 GPa，抗滑桩与最下排预应力锚索锚头距离为19.7 m锚索参数与方案1中相同。方案3为双排抗滑桩支护方案，抗滑桩相隔10.2 m，嵌岩深度仍为7m，抗滑桩直径也仍为1.2m。
图3支护方案示意图
2 支护方案比较分析
边坡设计常采用极限平衡法，但是该方法不能得到边坡的变形、稳定性系数、塑性区分布情况等结果，无法综合判断支护方案的优劣，且对该滑坡而言，滑坡下方有厂房及民居，因此边坡的稳定性及位移均应满足设计要求。目前数值模拟手段在边坡稳定性评价中得到了广泛应用，为了对比分析上述3种支护方案的支护效果，采用数值分析软件FLAC3D计算出边坡的位移、应力分布、剪应变增量等指标，来综合分析各方案的优劣。该滑坡原始地形数值模型网格见图4，滑坡岩土体物理力学参数见表1。
图4原始地形数值模型网格
表1 滑坡岩土体物理力学参数
图5为未支护时的边坡位移计算结果，最大水平位移为873.970 mm最大沉降为614.940 mm，说明边坡位移较大，稳定性系数计算结果为1.012，边坡为临界状态，急需支护。计算结果与实际情况较吻合，这也说明了岩土体物理力学参数的取值是合理的。
（a）垂直向位移云图 （b）水平向位移云图
图5未支护时边坡位移计算结果（单位：mm）
3种支护方案中，抗滑桩较容易施工，对环境的影响较小，但造价略高；预应力锚索框架梁施工时不易操作，且对环境影响大，需要坡面清理等工序，会破坏原有的绿化，但和抗滑桩相比，其工期略短，造价略低。因此方案1的特点是造价低，难施工，工期长，对环境影响大；方案3的特点是造价高，易施工，工期短，对环境影响小；方案2位于两者之间。经过概算，方案1，2，3的造价分别为228万元、235万元和265万元，从造价的角度来说方案1最佳，方案3最差。
图6为3种支护方案水平位移计算结果，其中方案1最大水平位移为18.046 mm，发生较大位移部位主要位于滑体上部；方案2最大水平位移为23.242 mm，发生较大位移部位主要位于滑体的中上部；方案3最大水平位移为37.667 mm，发生较大位移部位主要位于滑体下部。从最大水平位移情况来看，方案1最小，方案3最大，说明采用预应力锚索框架梁支护结构要优于其他两种形式，其中方案2比方案1最大水平位移增大了28.79%，方案3比方案1最大水平位移增大了108.73%。
（a）方案1
（b）方案2
（c）方案3 图6支护方案水平位移计算结果（单位：mm）
为了更好地对比这3种方案的计算结果，将边坡稳定性系数、最大沉降、最大剪应变增量也列入比较，结果见表2。
从表2可以看出，各项指标均显示方案3支护效果最差。方案2与方案1相比，稳定性系数减小了3.80%最大沉降减小了1.13%最大剪应变增量增大了2.82%，可见方案1和方案2相差不大，因此这两种支护方案均可采用。由于抗滑桩的结构稳定性要强于预应力锚索框架梁，即锚索随着时间的推移会出现预应力损失和失效的现象，而且滑坡下方为一条公路和一家木材厂，更需注重支护结构的耐久性；而从造价来看，方案2只是略大于方案1，所以综合比较宜采用方案2进行支护加固。
表2 支护方案计算结果
3 支护方案优化设计
根据比选结果，对方案2采用的联合支护形式进行优化设计。优化设计主要考虑抗滑桩的位置，设计了4种方案，见图3（d），其中方案b与方案2相同。方案a，c，d中抗滑桩与最下排预应力锚索锚头距离分别30.9m，9.6m和1.0m。通过计算分析这4种方案以确定抗滑桩的最佳位置。
图7为方案a，c，d水平位移计算结果，由图6（b）和图7可以看出，方案a，b，c，d最大水平位移分别为32.676 mm，23.242 mm，14.012 mm、11.991 mm。从最大水平位移来看，方案d最优，但是从最大水平位移发生部位来看，方案a，b，c均位于滑坡中上部，而方案d则位于滑坡的下部，这是由于滑体下部无任何支护结构所致。虽然方案d最大水平位移值最小，但是这种支护方案存在安全隐患，抗滑桩距锚索太近，滑体下部容易再次滑动。为了详细比较这4种方案，对边坡稳定性系数、最大沉降、最大剪应变增量计算结果（表3）做进一步的分析，从表3可以看出，方案c稳定性系数最大，且剪应变增量最小，虽然方案d的最大水平位移及沉降均最小，但其稳定性系数为1.353，比方案c要小12.03 %，综合考虑，认为方案c为最佳方案，其稳定性系数比方案1还提高了4.41%。因此最终确定抗滑桩与最下排锚索锚头距离在10m左右为最佳。
表3 优化方案计算结果
4 方案实施效果
经过方案的对比及优化，该滑坡选择方案c进行了支护，图8为边坡支护完成后的水平位移的部分监测记录，监测仪器为XB338型滑动式测斜仪，根据支护后边坡的变形特征，将监测点的位置设于滑体中部即变形较大部位（参见图7（b）方案c的计算结果）。la后边坡最大水平位移为10.285 mm。
说明支护效果良好，优化设计是成功的。与数值模拟结果相比，目前监测结果略小于模拟结果，因为数值模拟结果为变形的最终结果，而监测结果为中间状态，可以看出数值模拟结果与实测结果比较吻合。
（a）方案a
（b）方案b
（c）方案c
图7优化方案水平位移计算结果（单位：mm）
图8边坡支护完成后位移
5 结论
a.通过比选，抗滑桩结合预应力锚索框架梁支护方案为最佳方案，能够提供较大的安全系数，有效地控制滑坡位移。
b.抗滑桩与预应力锚索框架梁间距越近，滑坡的最大水平位移越小，但从边坡的稳定性系数来看，存在一个最佳间距，大于或小于最佳间距稳定性系数均呈减小趋势，该滑坡最佳間距为10m左右。
c.在比选支护结构时，不能单纯地分析滑坡的位移，位移小并不代表支护效果佳，应当综合分析滑坡的稳定性系数、剪应变增量等因素。