托顶法处理边坡失稳.doc

托顶法处理边坡失稳1、 概述北塘水系工程，位于天津市北塘地区，滨海新区中部，塘沽区东北部，东至渤海海岸线，南至北塘大街，西至塘汉快速路，北至永定新河，是滨海新区的核心地段。本工程的建设改善了周边人居环境，促进沿线土地开发及周边地区的经济发展，为推动区域建设起到积极的作用，是滨海新区城市中心的重要功能区。水系工程含河道工程与景观湖工程两部分。其中景观湖位于国际会议产业区，该地区原为蓟运河故河道，后经多年前填垫，地表变化较大。本次工程任务之一就是将该地区恢复为原始河道，并沿酒店周围建成环岛水系。本文主要介绍景观湖边坡失稳的处理情况。景观湖采用干砌石与格构梁组合护坡形式，湖底高程0.5001.400m之间采用干砌石护坡，高程1.4002.500m之间采用格构梁护坡，护坡格室内填充景观卵石。高程2.500m以上根据景观要求采用植草护坡与设计地面高程接顺。边坡坡比为1：4。北塘水系景观湖护坡施工过程中，施工单位按设计边坡1：4进行开挖至设计湖底高程时发生滑坡，坡脚拱起现象严重，局部地区按设计断面开挖后拱起高度达到1.50m。滑坡稳定坡比随时间推移持续变缓，现场采取处理措施前，边坡滑动至稳定坡比达到1：7。2、 地质概况根据勘察单位提供的地质勘察报告，该场地埋深25.00m深度范围内，地基土按成因年代可分为以下3层，按力学性质可进一步划分为5个亚层，分而述之如下：人工填土层（Qml）厚度1.304.80 m，底板标高为3.00-1.36 m，该层主要由素填土组成，呈黄褐色，可塑状态，无层理，粉质粘土质，含植物根系，属中高压缩性土。全新统中组海相沉积层（Q42m）埋深约2.5020.00m段，厚度15.7020.20 m，顶板标高3.00-1.36 m，该层土从上而下可分为3个亚层。第一亚层，淤泥质土为主：主要由淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土组成，厚度一般为10.7016.00 m，呈灰色，流塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属高压缩性土。该层地基承载力70kpa。第二亚层，粉质粘土：厚度一般为1.808.00 m，呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。局部缺失。该层地基承载力110kpa。第三亚层，粉土：厚度一般为0.705.40 m，呈灰色，中密状态，无层理，含贝壳，属中(偏低)压缩性土。局部孔附近缺失该层。该层地基承载力160kpa。全新统下组陆相冲积层（Q41al）本次勘察钻至最低标高-22.00 m，未穿透此层，揭露最大厚度5.70 m，顶板标高为-15.70-17.20 m，主要由粉质粘土组成，呈灰黄黄灰色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土透镜体。该层地基承载力150kpa。结合本工程护坡形式，边坡坡身及基底主要为深厚淤泥质粘土层。计算边坡稳定时，起主要作用的也为该层土。该层土抗剪强度指标见下表：地层编号统计项目直剪固结快剪直 剪 快 剪C(kPa)(度)C(kPa)(度)6a最大值/最小值16.0/10.016.5/8.011.0/7.08.4/5.0标准值10.889.248.366.693、 滑坡原因分析滑坡产生后，相关单位对边坡失稳现象进行了分析。设计单位对方案阶段的计算成果进行了复核，并采用前述表中6a土层抗剪试验成果最小值再次进行边坡稳定计算。计算后发现当边坡坡比为1：4时，施工期边坡稳定安全系数为1.289，正常运用期安全系数为1.367，这些结果都表明，前期计算过程是没有问题的。在施工单位配合下，现场按相同深度采用不同坡比又进行了几次开挖，最后发现，边坡在达到1：7时，坡脚不再隆起。设计按此坡比进行了反算，计算后推导出滑动区域的土层内摩擦角应该在1.8左右。按反算的结果，该层土应属于淤泥性质，但现场勘察单位判别，该层土基本上还是属于淤泥质粘土。造成这种情况的原因，分析是软土流变造成的。工程区域位于蓟运河故道，形成时间数百年。后经填垫后，未经充分固结及沉降。河道内填垫的淤泥质粘土含水量大，水与土颗粒之间由于物理化学作用，形成了强结合水和弱结合水。对于这样一种介质，其应力、应变、时间的关系不是简单的函数关系。变形不仅取决于加载时刻的应力，而且与加载以前的历史有关。土体的抗剪强度往往随时间而减小，即长期的强度小于相对瞬时强度。即使数年，地基土仍具有含水量高、孔隙比大、强度低、变形大和动力特性差的特点。以上两起事故显然用传统的计算理论是无法解释的。4、处理方案滨海软土地区边坡失稳常用的加固措施，一般有以下几种：改变边坡几何形态：削减滑坡区的下滑力，可以放缓边坡，或采用反压方式增强坡脚抵抗力。加强排水：有效降低边坡地下水位，减小坡体重量，从而减小下滑力。一般采用排水钻孔或盲沟方式。支挡结构：采用刚性抗滑桩、地连墙等方式阻止滑弧通过，桩体直接承受水平推力。置换法：加强坡体自身抗剪强度，改善后的土体可自身稳定。通常采用换填、搅拌桩、旋喷桩、高压灌浆等方式加强土体自身强度。针对本工程，由于规划用地原因，边坡无法放缓；根据边坡计算结果，危险滑弧位于地下6m处，换填方法不太实际；地基土为淤泥质粘土，排水困难；因为工期紧张的缘故，置换法虽然造价不高，但达到水泥龄期时间又较长，也不适用；采用刚性抗滑桩方法处理，需要将桩打入好土层锚固，单桩长度较长，方案也是不经济的。基于以上多方面因素考虑，设计提出采用托顶法来处理边坡失稳。托顶法原理是利用管桩来承担坡体部分重力荷载，从而减小边坡实际高度。进行边坡稳定计算时，下滑力不再包含被托顶的土体的荷载，从而变成较低高度的边坡稳定计算。根据本工程反算的抗剪强度值，当边坡坡高1.1m时，1：4边坡稳定。因此设计托顶荷载高度为2m。考虑到工期及便于施工等因素，托顶桩采用预制管桩。按2m堆土并考虑部分施工荷载进行计算，采用10m长300预制PHC管桩即可满足要求，桩间距为1.5m。处理方案平面布置图如下：边坡剖面图如下：为防止桩间土仍产生下滑力，在表层土开挖后，应在桩与被托顶土之间设置褥垫层。褥垫层可将被托顶土体荷载较均匀的传至管桩上，避免产生下滑力。褥垫层可采用格栅包裹方式处理，褥垫层做法如下：通过复核计算，该方案与抗滑桩方案相比，造价较低且计算过程清晰。边坡实际产生滑坡土体仅1.1m，无论计算和现场开挖，安全系数还是较为安全的，避免了用传统瑞典条分法计算流变软土失效的困难。5、结论沿海地区软土层分布广泛，地质条件复杂。近年填海造地过程中，大量产生冲填土、吹填土等欠固结土地基，具有显著的流变性。在一些重要工程中，仅仅考虑土变形的弹性是不可靠的。本工程案例虽能解决边坡失稳的情况，但不具有普遍性。改造后的边坡易沉降不均，地表局部隆起，施工造价也高，但对于重要性不高的景观水系工程还是适用的。若真正解决流变土变形问题，还是应更深入了解和研究这种土质，积累大量工程实践成果，建立新的本构模型并形成较为可靠的本构方程。参考文献：1刘金龙，陈陆望，王吉利.边坡稳定方法简述J.水电能源科学，2008，26（1）：133-1362陈铁林，陈生水，周成，沈珠江.（20