梁志荣，刘静德，李 伟，魏 祥，陈新喜，李 赟，余少乐

(1 上海申元岩土工程有限公司， 上海 200011； 2 中国建筑第八工程局有限公司， 上海 200135)

0 概述

山地建筑是结合山地地貌特征，依照坡度差异进行建筑布局，取得错落有致的效果，使建筑与山地自然景观相协调的建筑形态。近年来，山地建筑在国内发展日益繁荣。然而，为满足建筑和景观设计需求，山地建筑建设期间往往会对边坡原始形态造成破坏，影响边坡稳定性。

山地建筑对边坡稳定性影响主要体现在以下几个方面：1)山地建筑施工期间存在大体量的削坡挖方，产生高陡边坡问题；2)由于建筑竖向设计坡顶填方或新增浅基础建筑物，坡顶加载导致边坡失稳；3)建筑施工影响原坡体地下水排泄路径，地下水位升高，边坡稳定性降低。

目前，山地建筑设计中常常存在对边坡加固治理及边坡失稳预防措施不足的问题，以致山地建筑建设诱发滑坡灾害的工程事故时有发生。实际上，山地建筑所在边坡，应根据地质条件及水文条件，综合评估原边坡及施工阶段与竣工后阶段等不同工况下的边坡稳定性，对边坡进行加固设计，并通过信息化施工进行复核和调整。

抗滑桩可将桩身上部承受的滑坡推力传递到嵌固段的岩土体上，从而改善边坡受力条件，实现边坡加固的目的[1]。抗滑桩具有施工便捷、施工速度快、加固效果显著等特点，在边坡加固工程中得到广泛应用。目前，单排抗滑桩边坡加固设计方法较为成熟[2-4]，工程应用较多[5-6]，但关于多排抗滑桩边坡加固设计的研究相对较少。

本文结合南京某山地建筑项目边坡加固治理工程，详细阐述山地建筑边坡多排抗滑桩加固治理设计方法。

1 工程概况

1.1 边坡概况

该山地建筑位于南京某山坡下部，场地北侧标高约+114.0m，南侧标高约+68.0m，南北高差约46m，场地南侧与主峰高差达169.5m。场地南侧设2层地下室，地下室基底标高+64.0m，基坑北侧挖深达22m，基坑南侧挖深约4m。

图1、图2分别为原基坑支护设计平面图及北侧支护剖面图。因基坑开挖深度变化较大，原基坑支护设计采用2种围护形式：1)北侧地势较高，挖深较深，采用坑顶放坡+灌注桩+3道钢筋混凝土角撑的围护形式，灌注桩采用φ1 000@1 800/2 000，桩长20.6m；2)南侧地势较低，开挖较浅，采用放坡+土钉加固的围护形式。

图1 原基坑支护设计平面图

图2 原基坑北侧支护剖面图

基坑开挖到底时，连续出现长时强降雨，基坑及上部边坡出现失稳破坏迹象，见图3。边坡失稳迹象包括：基坑北侧围护桩变形显著增大、桩间挂网喷浆面层部分开裂脱落，第一、第二道钢筋混凝土角撑局部断裂；场地114平台以上坡面出现圈椅状贯通拉裂缝，垂直落距达30～200cm，边坡地表水平变形速率达40～60mm/d；场地114平台东、西侧挡土墙明显开裂剪断；场地内21，23，24，26，27号楼发生明显均匀沉降，13，15，19号楼发生明显不均匀沉降和倾斜，沉降速率约10～40mm/d，最大可达68mm/d；13及15号楼墙体及梁柱节点开裂，其南侧建筑挡墙明显向南倾斜，局部开裂。上述迹象显示项目场地边坡滑坡前兆极为显著，边坡上缘已形成滑面，见图4。

图4 欠稳定边坡平面示意图

为避免滑面贯通形成滑坡，临时采取基坑回填、设置截/排水沟、张拉裂缝灌浆、分级设置降水井等应急抢险措施。采取抢险措施后，边坡及建筑变形速率都有明显降低，抢险效果显著。但一旦遭遇长时强降雨，边坡变形速率均显著增加，说明边坡处于欠稳定状态，地下水对边坡稳定性影响显著。为保证项目复工和建成后的安全性，必须对边坡进行永久性加固治理。

1.2 工程地质概况

图5为该山地建筑场地地层分布，自上而下依次为：①层杂填土、②层碎石土、③1层强风化蚀变安山质凝灰岩、③2a层破碎中风化蚀变安山质凝灰岩及③2层中风化蚀变安山质凝灰岩。需要说明的是，由于岩土勘察单位不同，图5与图2中土层定名有所差异。各土层物理力学参数见表1。

图5 典型地质剖面图

根据应急勘察报告，边坡潜在滑面揭露深度2.5～23.7m，潜在滑带厚度约0.3～0.4m，滑带土主要由填土、碎石土组成。

边坡岩土体物理力学参数 表1

为开展边坡加固治理，首先通过参数反分析确定滑带土体的力学参数，具体步骤如下：1)模拟分析确定潜在最不利滑带位置；2)通过极限平衡法分析滑带土抗剪强度指标(c，φ)取不同值时的边坡稳定性安全系数Fs；3)因边坡已呈现滑坡迹象，故选取天然工况Fs=1.05、饱和工况Fs=0.95时的(c，φ)指标作为滑带土的力学参数，即：天然工况下c1=6kPa，φ1=13°；饱和工况及地震工况下c2=6kPa，φ2=12°。

1.3 水文地质条件

项目场地内地下水主要为潜水和基岩裂隙水，其中潜水主要赋存于杂填土层及碎石土层中，主要受大气降水及地表水影响，连续的强降雨后现场实测地下水位约1.00～4.90m。

1.4 气象水文条件

滑坡区属长江水系，场区内未见常年溪流。区内雨量充沛，年降水量1 200mm，年平均降水量1 106mm，降水最多季节为7月份，降水量达494.5mm。

2 边坡失稳机制及潜在滑面分析

2.1 边坡失稳机制

(1)边坡浅部地层以杂填土及碎石土为主，地表水极易下渗，而场地内逐级施工挡土墙，阻断地下水排泄路径，排水不畅，导致地下水位升高。

(2)场地南侧地下室基坑开挖到底后遭遇强降雨，坑外地下水位急剧上升，坑外水压力显著增大；坑内外土体浸水软化，坑外主动土压力增大，坑内被动土压力降低。同时，基坑采用灌注桩+3道开口式钢筋混凝土角撑，支撑体系受力不平衡。基坑支护结构抵抗力不足，钢筋混凝土局部剪断，围护桩及坑外土体位移显著。

(3)边坡浅部土体为①层杂填土和②层碎石土，渗透性较好，而③1层强风化蚀变安山质凝灰岩为弱透水性，近似为不透水层。边坡浅部土层的潜水下渗滞留于碎石土与强风化蚀变安山质凝灰岩交界面，导致二者交界面的岩土体软化，形成潜在软弱面。

2.2 潜在滑面分析

尽管边坡上部已出现滑坡前兆且滑坡后缘极为显著，但边坡中下部地表特征不明确，应急岩土工程勘察也未能揭示中下部潜在滑面分布。根据现场监测所反映的边坡变形特征，推测边坡可能形成整体圆弧滑动、整体/局部顺层滑动、局部圆弧滑动等破坏模式，如图6所示。

图6 潜在滑动面分布模式

(1)整体圆弧滑动：潜在滑面沿碎石土与强风化岩交界面呈圆弧状南北贯通，自南侧基坑底剪出，形成整体圆弧滑动。

(2)整体和局部顺层滑动：边坡上部欠稳定坡体向下发展，自边坡中部剪出，形成局部顺层滑动。若坡底基坑欠稳定土体向上扩展，与上部贯通，将形成整体顺层滑动。

(3)局部圆弧滑动：边坡上部潜在滑面呈圆弧状向下发展，自边坡中部剪出；坡底基坑开挖形成下部圆弧滑面，自基坑底剪出。

3 山地建筑边坡加固治理设计

3.1 边坡工程设计工况及安全系数

本边坡工程安全等级为Ⅰ级，设计考虑天然工况、饱和工况及地震工况，不同工况下边坡稳定性安全系数分别为：天然工况1.35，饱和工况1.20，地震工况1.15。经验算，边坡加固控制工况为天然工况和饱和工况，本文仅详细介绍这2种工况的设计。

3.2 桩前滑坡推力与桩后抗力计算

本山地建筑边坡加固设计主要考虑采用预应力锚索抗滑桩进行支挡。但由于边坡潜在滑动模式较为复杂，潜在滑面分布位置较多，滑面可能影响范围较长且潜在滑面埋深较深。同时，坡底地下室复工需采取支护措施以保证基坑开挖安全。因此，仅采用单排抗滑桩难以保证不同潜在滑面的支护要求，设计考虑采用3排抗滑桩的边坡加固形式，分别设在场地114平台、边坡中部第一、二排建筑物之间、坡底地下室基坑上部，其中第三排抗滑桩同时具有边坡加固与基坑支护作用。

抗滑桩设计前对各排桩的桩前滑坡推力及桩后抗力进行计算。桩前滑坡推力取桩前剩余下滑力和主动土压力二者间的较大值。桩后抗力取计算阻滑力和被动土压力二者间的较小值，若滑面已贯通，则不考虑桩后抗力。表2与表3分别是主滑面各排抗滑桩桩前滑坡推力及桩后抗力计算结果。由表2与表3计算结果可知，不同滑动模式下，各排桩桩前滑坡推力及桩后抗力差异显著，边坡加固设计时应选取较不利工况进行抗滑桩设计。

桩前滑坡推力计算结果/kN 表2

桩后抗力计算结果/kN 表3

3.3 抗滑桩设计计算

采用多排抗滑桩进行边坡加固时，每排桩承担的滑坡推力及受力无法通过传统方法计算[7-10]，本文采用有限元强度折减法进行模拟分析。

有限元数值模拟计算模型水平方向为x向，竖向为y向，x向尺寸为2.5倍坡高，y向尺寸为2倍坡高。模型左右边界施加x向位移约束，模型底部边界设置x，y双向位移约束。计算模型采用三角形网格单元模拟边坡地层，采用梁单元模拟抗滑桩，采用桁架单元模拟预应力锚索。计算考虑坡面荷载25kPa，山地建筑荷载考虑15kPa/层。

表4为不同失稳模式下抗滑桩弯矩及剪力计算结果。由表4可知，2-B滑面对应的各排抗滑桩弯矩总体上较大，这说明边坡发生整体顺层滑动的可能性最大。此外，表4中第一排抗滑桩弯矩最小，第三排抗滑桩弯矩最大。这是由于第三排抗滑桩兼做基坑开挖支护桩，基坑开挖深度达22m，坑底以上无抗力，而第一排桩位于滑坡中上部，该处下滑推力最小，且桩后有一定抗力。

不同失稳模式下多排抗滑桩最大弯矩与剪力计算结果 表4

图7为饱和工况下2-B滑面计算结果。由图7可知，抗滑桩弯矩反弯点基本位于滑带区，滑带以上抗滑桩抵抗土体下滑，受正弯矩；滑带以下为抗滑桩嵌固段，受负弯矩。

图7 饱和工况下2-B滑面计算结果

3.4 山地建筑边坡加固治理方案

根据以上计算，最终确定的山地建筑边坡加固治理方案如下：1)第一排抗滑桩桩径2m，桩间距4m，桩长47～49.5m，桩顶设2道预应力锚索，分别下倾25°与35°，锚索长度45m，锚固长度20m，预应力锁定值650kN；2)第二排抗滑桩桩径2m，桩间距5m，桩长41～43m，桩顶设1道预应力锚索，下倾35°，锚索长度40m，锚固长度16m，预应力锁定值500kN；3)第三排抗滑桩兼做基坑支护桩，桩径1.8m，桩间距2.5m，桩长35m，设6道预应力锚索，水平和竖向间距均为2.5m，下倾35°，锚索长度37～45m，锚固长度16m，预应力锁定值500kN。图8为边坡加固治理设计典型剖面。

图8 边坡加固治理设计典型剖面

3.5 山地建筑边坡稳定性复核验算

为保证加固后山地建筑边坡的稳定性，除采用有限元强度折减法进行模拟分析外，同时采用极限平衡法进行边坡稳定性复核验算，结果见图9。

图9 加固后2-B滑面稳定性验算结果

表5为加固后边坡稳定性安全系数复核验算结果。由表5可知，加固治理后，该山地建筑边坡不同工况下的稳定性安全系数均满足规范要求，即：天然工况Fs≥1.35，饱和工况Fs≥1.20，地震工况Fs≥1.15。这说明当边坡潜在滑面分布复杂，滑面可能影响范围较长且潜在滑面埋深较深时，采用多排抗滑桩能有效提高各种滑动模式下边坡稳定性，保证边坡安全；2-B滑面在不同工况下的边坡稳定性安全系数均最小，说明边坡发生整体顺层滑动的可能性较大，这与抗滑桩的有限元计算结果一致。

边坡加固治理后稳定性安全系数 表5

3.6 边坡监测

图10为抗滑桩施工完成后边坡典型位置监测点水平位移情况，各测点位置见图4。由图10可知，经加固后边坡水平位移逐渐趋于稳定，总体水平位移最大约25mm，满足设计要求，说明采用多排抗滑桩加固后能满足边坡稳定性要求，加固效果良好。

图10 典型测点水平位移变化曲线

4 结论

(1)对于影响范围广的山地建筑边坡，可通过极限平衡法分析确定潜在滑动模式及潜在滑面分布形式，并通过反分析确定滑带土力学参数，为山地建筑边坡加固治理设计提供依据。

(2)当山地建筑边坡潜在滑动模式复杂，潜在滑面影响范围广且滑面埋深较深时，采用多排抗滑桩进行边坡加固治理对不同模式的潜在滑坡均有较好防治效果，能显著改善边坡稳定性。

(3)采用有限元数值模拟，能反映土体-抗滑桩-预应力锚索的协同作用，计算得到不同工况下抗滑桩和锚索的受力特性，为山地建筑边坡加固治理提供依据，确保设计方案安全合理。