濟(jì)南市港西路改建工程邊坡穩(wěn)定性評(píng)估

劉夢　鄭向東　鄭雪飛

[摘要]港西路改建工程部分路段需要對(duì)邊坡進(jìn)行機(jī)械開挖或爆破開挖，本次工作主要針對(duì)該部分邊坡在開挖施工前、開挖施工準(zhǔn)備期、開挖施工后及運(yùn)營期邊坡的狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

[關(guān)鍵詞]邊坡 水文地質(zhì) 穩(wěn)定性

[中圖分類號(hào)] U213.1+3 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-444-1

1引言

濟(jì)南市港西路是濟(jì)南市區(qū)通往南部山區(qū)的重要南北通道，由于年久失修，坑槽、網(wǎng)裂、沉陷等路面病害嚴(yán)重，交通事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響車輛通行，同時(shí)存在安全隱患，急需對(duì)港西路進(jìn)行拓寬改造。根據(jù)設(shè)計(jì)，部分路段需要對(duì)路塹邊坡進(jìn)行開挖，甚至需要進(jìn)行爆破?，F(xiàn)針對(duì)擬開挖邊坡K3+500～K3+750、K8+200～K9+300段進(jìn)行安全穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)，并論證爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

2工程概況

港西路全線長約17.7公里，采用I級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)改建，設(shè)計(jì)速度均為60公里/小時(shí)，路基寬度為24.5米。本次評(píng)估區(qū)段為K3+500～K3+750和K8+200～K9+300兩處，共計(jì)約1300m。

3工程地質(zhì)條件

3.1氣象、水文

濟(jì)南地處中緯度內(nèi)陸地帶，屬暖溫帶大陸性氣候，春季干燥少雨，夏季炎熱多雨。濟(jì)南地區(qū)在6～9月大量集中降水，12月至翌年3月降水量較小。降水量在空間上分配也有差異，南部山區(qū)多年平均降水量大于北部平原。

線路區(qū)附近發(fā)育的河流主要有錦秀川水庫、大漢峪溝、蟠龍水庫、龍灣水庫。

3.2地形地貌

線路區(qū)跨越低山丘陵、山間盆地多個(gè)地貌單元，地形南高北低，地形地貌較復(fù)雜，評(píng)估區(qū)主要為低山丘陵，地形起伏較大。

3.3地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)地殼中生代燕山期強(qiáng)烈活動(dòng)，巖漿侵入形成閃長巖、輝長巖體等，形成了NNE、NNW和近EW向的三組斷裂。與線路區(qū)較近的斷裂主要有港溝斷裂、東塢斷裂。新生代喜山運(yùn)動(dòng)初期，本區(qū)屬隆起階段，造成地層向北及北東傾斜，缺失古近系。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造活動(dòng)不發(fā)育。

3.4水文地質(zhì)

場區(qū)水文地質(zhì)單元屬于濟(jì)南市白泉泉域上游，屬于地下水補(bǔ)給徑流區(qū)，場區(qū)內(nèi)地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水二種地下水類型。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)評(píng)估區(qū)段地下水均埋藏較深，K3+500～K3+750段地表水亦不發(fā)育，對(duì)工程影響較??；K8+200-K9+350段地表水稍發(fā)育，現(xiàn)有邊坡坡面有裂隙水滲出，該段邊坡受水的影響較大。

3.5地層

線路區(qū)的地層巖性比較簡單，上部少量坡殘積的碎石土，主要為灰?guī)r或白云巖碎塊，棱角狀，徑4～10cm，粉質(zhì)粘土充填。土、石工程分級(jí)屬Ⅱ級(jí)普通土；

下部為不同時(shí)期的石灰?guī)r或白云巖，線路區(qū)K4+200巖石較完整，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，邊坡出露巖石較巖質(zhì)新鮮；K8+200～K9+160段巖石較破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。土、石工程分級(jí)屬Ⅴ～Ⅵ級(jí)，次堅(jiān)石～堅(jiān)石。

4邊坡各施工過程中的狀態(tài)分析

4.1K3+500～K3+750邊坡

4.1.1開挖施工前

K3+500～K3+750段為灰?guī)r，坡向62°，巖層產(chǎn)狀250°∠10°，層理與坡面逆向，有一組微弱發(fā)育的節(jié)理，產(chǎn)狀121°∠80°，巖體較完整，為穩(wěn)定邊坡，理論上安全坡角為80°，邊坡不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，上部巖石可能發(fā)生小規(guī)模崩塌或落石現(xiàn)象，根據(jù)邊坡結(jié)構(gòu)面關(guān)系赤平投影圖判定巖體穩(wěn)定性類型為最穩(wěn)定的。

4.1.2開挖施工準(zhǔn)備期

爆破準(zhǔn)備期需要對(duì)爆破段進(jìn)行清表、鉆孔裝藥等工作，由于巖體較完整，準(zhǔn)備工作對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響很小。

4.1.3開挖施工后

爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性有一定影響，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)坡率開挖不會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生滑動(dòng)，開挖后邊坡穩(wěn)定。但邊坡存在的破損巖體，受爆破影響可能失穩(wěn)，存在崩塌隱患。爆破時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制藥量，防止超挖。

4.1.4運(yùn)營期

按設(shè)計(jì)資料，邊坡開挖后坡率1：0.5，邊坡為穩(wěn)定邊坡，運(yùn)營期應(yīng)做好坡面防護(hù)，防止其受風(fēng)化影響穩(wěn)定性降低。

4.2K8+200～K9+300邊坡

4.2.1K8+200～K9+090段邊坡

4.2.1.1施工開挖前

K8+200～K8+770段邊坡巖體較完整，邊坡穩(wěn)定。 K8+770～K9+090段巖體為白云巖，受構(gòu)造影響巖體較破碎，巖層產(chǎn)狀250°∠12°，存在兩組結(jié)構(gòu)面，節(jié)理②產(chǎn)狀11°∠78°，4～6條/米，節(jié)理③產(chǎn)狀73°∠76°，0～1條/米。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查，K8+200～K9+090段有一東南走向斷層F1，該斷層產(chǎn)狀與節(jié)理②近似，是其控制斷層，該斷層在K8+900～K9+130段均有出露，此段巖體受其影響，都比較破碎。該段坡向20°，層理與坡面逆向，根據(jù)赤平投影分析此段邊坡整體穩(wěn)定。但是由于巖體較破碎，受雨水浸泡、凍融等作用極易發(fā)生崩塌、落石等現(xiàn)象。

4.2.1.2施工準(zhǔn)備期

爆破準(zhǔn)備期需要對(duì)爆破段進(jìn)行清表、鉆孔裝藥等工作，對(duì)該段破碎巖體有造成崩塌的可能，施工過程中應(yīng)注意防護(hù)。

4.2.1.3施工開挖后

該段邊坡按設(shè)計(jì)開挖后，邊坡穩(wěn)定，根據(jù)赤平投影分析邊坡穩(wěn)定角為76°，考慮到該段邊坡巖體較破碎，坡率過大容易導(dǎo)致崩塌發(fā)生。對(duì)于極破碎的巖體，爆破容易導(dǎo)致新的結(jié)構(gòu)面發(fā)生，所以應(yīng)盡可能采用機(jī)械破碎。爆破影響深度以不超過5米為宜，對(duì)深挖路段采用預(yù)裂分層爆破，嚴(yán)格控制用藥量，防止超挖。

4.2.1.4運(yùn)營期

按設(shè)計(jì)資料，邊坡開挖后坡率1：0.75，小于穩(wěn)定角76°，坡體不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，邊坡穩(wěn)定。本段邊坡巖體破碎，邊坡開挖后，坡面應(yīng)注意防水，坡頂可設(shè)置截水溝。

4.2.2K9+090～K9+300段邊坡

4.2.2.1施工開挖前

該段邊坡坡向323°，巖層產(chǎn)狀250°∠12°，存在兩組結(jié)構(gòu)面，節(jié)理②產(chǎn)狀11°∠78°，4～6條/米，節(jié)理③產(chǎn)狀73°∠76°，0～1條/米，根據(jù)赤平投影分析安全坡角為76°。分別將層理和兩組節(jié)理組成三組結(jié)構(gòu)面組合，得到最不利組合為層面和節(jié)理②。而節(jié)理②正是受港溝斷裂的次生斷層F1控制，現(xiàn)有邊坡出現(xiàn)多處崩塌，多是沿節(jié)理面脫落，而經(jīng)過分析邊坡最不利結(jié)構(gòu)面組合也由節(jié)理②組成，可見F1斷層及其影響的節(jié)理②對(duì)邊坡的穩(wěn)定性起決定作用。

對(duì)于第二種組合，采用楔形體穩(wěn)定性分析計(jì)算，③號(hào)節(jié)理作為張裂隙， ②號(hào)節(jié)理面與層理面形成楔形體，巖石的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按照層理結(jié)構(gòu)面取值，Ck=100kPa，k=30，②號(hào)節(jié)理面Ck=20kPa，k=15，邊坡高度按40m，寬30m計(jì)算，考慮暴雨（I）和地震（II）下的不利工況，采用理正巖質(zhì)邊坡計(jì)算軟件對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算：

經(jīng)過計(jì)算可知邊坡在最不利工況下亦是穩(wěn)定的，不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。以上三種組合關(guān)系，邊坡都是穩(wěn)定的，即自然條件下不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。

但根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，受F1斷層影響，此段巖體較破碎，且?guī)r層或節(jié)理多與邊坡開挖方向逆向，存在多處反向坡，邊坡有多處崩塌現(xiàn)象及崩塌隱患。崩塌危巖體主要是受節(jié)理裂隙面控制，塌落體基本堆積在坡腳，部分巖塊滾落至路中，對(duì)道路交通已構(gòu)成影響，另有部分危巖隨時(shí)會(huì)崩落，影響工程施工及交通安全。

4.2.2.2施工準(zhǔn)備期

爆破準(zhǔn)備期需要對(duì)爆破段進(jìn)行清表、鉆孔裝藥等工作，對(duì)本段破碎巖體的穩(wěn)定性會(huì)造成影響，可能加速導(dǎo)致其發(fā)生崩塌，因此對(duì)于本段，施工準(zhǔn)備時(shí)盡可能對(duì)危石進(jìn)行清理，對(duì)清理難度大的區(qū)域進(jìn)行避讓，并避免雨天施工。

4.2.2.3施工后

根據(jù)前期資料及現(xiàn)場調(diào)查，對(duì)比類似工程實(shí)例，經(jīng)過計(jì)算爆破瞬間，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)受其影響而降低，影響程度達(dá)10%～50%。因此對(duì)邊坡爆破應(yīng)做好施工方案，嚴(yán)格計(jì)算爆破用藥量，若爆破方量過大，容易形成較大的臨空面，嚴(yán)重影響巖體穩(wěn)定。對(duì)于極破碎的巖體，爆破對(duì)其影響程度加大，所以應(yīng)盡可能采用機(jī)械破碎。同時(shí)對(duì)規(guī)模較大的崩塌點(diǎn)應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)措施，防止造成傷害。每次爆破影響深度以不超過5米為宜，對(duì)深挖路段采用預(yù)裂分層爆破，嚴(yán)格控制用藥量，防止超挖。

4.2.2.4運(yùn)營期

按設(shè)計(jì)資料，邊坡開挖后坡率1：0.75，自然狀況下邊坡穩(wěn)定。非正常工況下，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低，爆破后坡面巖體的完整性會(huì)受到影響，對(duì)產(chǎn)生的危巖應(yīng)進(jìn)行清除，坡面應(yīng)做好防護(hù)工作，對(duì)一般邊坡采用框架植草或漿砌片石護(hù)坡，對(duì)破碎的巖質(zhì)邊坡采用錨桿掛網(wǎng)噴漿護(hù)坡，防止其受風(fēng)化影響進(jìn)一步降低穩(wěn)定性。坡面應(yīng)注意防水，坡頂可設(shè)置截水溝。對(duì)于潛在失穩(wěn)的危巖，有條件的可清除，危巖體較大或清除后對(duì)其他巖體產(chǎn)生影響的，應(yīng)采取相應(yīng)的支護(hù)措施。

5結(jié)論

①通過對(duì)邊坡穩(wěn)定性的分析計(jì)算，K3+500～K3+750段為逆向邊坡，安全坡角為80°，邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定，開挖至設(shè)計(jì)坡率后穩(wěn)定。

②K8+200～K9+090段為逆向邊坡，邊坡不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，理論安全坡角為76°，邊坡現(xiàn)狀存在崩塌隱患，開挖至設(shè)計(jì)坡率后邊坡不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，邊坡穩(wěn)定；K9+090～K9+300段為順向邊坡，經(jīng)分析計(jì)算邊坡不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，理論安全坡角為76°邊坡現(xiàn)狀存在崩塌隱患，開挖至設(shè)計(jì)坡率后邊坡不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，但仍存在崩塌隱患。

③邊坡爆破施工后可能形成新的軟弱結(jié)構(gòu)面，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)及時(shí)上報(bào)，重新分析其穩(wěn)定性。

④運(yùn)營期邊坡存在崩塌隱患的邊坡應(yīng)加強(qiáng)管理與監(jiān)測，進(jìn)行必要的日常維護(hù)與災(zāi)害預(yù)警。

參考文獻(xiàn)

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