某棚戶區(qū)改造場平工程挖方邊坡穩(wěn)定性分析

陳 璠

(貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽 550000)

0 引 言

擬建工程項(xiàng)目邊坡底部平場標(biāo)高為512.00～524.00 m，平場開挖后，將在西側(cè)形成長280 m、高約0.0～99.0 m的巖質(zhì)邊坡，邊坡表層強(qiáng)風(fēng)化部分易形成圓弧滑塌，中風(fēng)化部分易沿節(jié)理裂隙面滑塌，邊坡穩(wěn)定性較差，邊坡易失穩(wěn)。強(qiáng)風(fēng)化層分布在基巖上部，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，巖芯呈砂狀、碎塊狀、塊狀。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

擬建場地還未進(jìn)行平場開挖，屬新征規(guī)劃建設(shè)用地，均為原始自然地貌，地貌類型為溶蝕、侵蝕低中山地貌。場地經(jīng)平場后西側(cè)將形成0～99.00 m高的永久性場地邊坡。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及已有區(qū)域地質(zhì)資料分析，邊坡場地內(nèi)無斷層通過，地層產(chǎn)狀225°∠30°，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，地層巖性較簡單，地質(zhì)構(gòu)造較簡單。但在場地南側(cè)500 m外有斷層通過，巖層呈單斜狀產(chǎn)出。場地受南側(cè)斷層影響，場地內(nèi)基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，地層分布連續(xù)，為元古界上板溪群Ptbmb板巖。

場地受南側(cè)斷層影響，基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)場地北側(cè)道路開挖的邊坡調(diào)查，場地主要發(fā)育有3組節(jié)理，第Ⅰ組節(jié)理36°∠55°，第Ⅱ組節(jié)理175°∠70°，第Ⅲ組節(jié)理108°∠38°。

1)節(jié)理裂隙。場地有3組節(jié)理裂隙較發(fā)育：①Ⅰ組節(jié)理產(chǎn)狀為36°∠55°，密度3～5條/m，裂面平整，張開度為1～3 mm，間距0.2～0.4 m，一般間距0.3 m，可見延伸度0.3～1 m，節(jié)理面較粗糙，局部泥質(zhì)充填。②Ⅱ組節(jié)理產(chǎn)狀：175°∠70°，發(fā)育間距0.3～0.7 m，一般間距0.5 m，可見延伸度0.5～1.2 m，一般可見延伸度0.8 m左右，層間一般張開度3 mm，節(jié)理面夾泥質(zhì)充填，裂面較粗糙；③Ⅲ組節(jié)理108°∠38°，密度1～3條/m，裂面平整，張開度為1～3 mm，間距0.3～1 m，一般間距0.6 m，可見延伸度0.5～1.5 m，節(jié)理面較平整，局部泥質(zhì)充填。根據(jù)規(guī)范判斷巖體結(jié)構(gòu)面類型為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度為結(jié)合差。

2)巖層層面。根據(jù)場地北側(cè)道路開挖揭露的邊坡地質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)，巖層為薄至中厚層狀，表面平直，無膠結(jié)，層面間斷性夾泥質(zhì)充填，層面張開度1～3 mm，根據(jù)GB50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》4.3.1條和4.3.2條，巖體結(jié)構(gòu)面類型為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度為結(jié)合差。

1.3 氣象

擬建場地屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，氣候溫和，降水充沛，雨熱同期，有明顯的旱季和雨季之分。區(qū)內(nèi)多年平均年降雨量1 050.5 mm，其中5-10月的降雨量占全年的80 %。多年平均氣溫為12.5℃，夏季平均氣溫為23.2℃，最冷1 月平均氣溫為1.9℃。無霜期280-300天。

1.4 水文地質(zhì)條件

場地地勢較高，無地表水通過。場地地下水的埋藏條件受地形、地貌、地層巖性和水的補(bǔ)給來源控制，按地下水的埋藏條件場地地下水分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。

1)松散覆蓋層孔隙水：含水層為松散素填土及第四系粉質(zhì)土層，地下水類型為上層滯水，水量極小，其補(bǔ)給來源主要靠大氣降水，受季節(jié)性影響較大。

2)基巖裂隙水：場區(qū)含水層為板溪群板巖，其含水量小，含水性不均勻，且埋藏較深。根據(jù)場地鉆探完工24 h后進(jìn)行鉆孔水位量測，各鉆孔內(nèi)基本無水，大部分鉆孔為干孔，局部鉆孔有水為施工殘留水。場地地下水水位埋藏較深，擬建物基礎(chǔ)施工及基礎(chǔ)材料不受地下水的影響，其地下水水文地質(zhì)條件簡單。

1.5 腐蝕性評價

根據(jù)鄰近工程資料及工程建筑經(jīng)驗(yàn)，場地土對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

2 巖土參數(shù)及邊坡巖土構(gòu)成

出露地層為元古界上板溪群(Ptbmb)板巖。強(qiáng)風(fēng)化板巖層單元：灰～深灰色，灰黃色，巖體破碎，層理發(fā)育，層間泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙極發(fā)育，裂隙面上泥質(zhì)侵染。強(qiáng)風(fēng)化層分布在基巖上部，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，巖芯呈砂狀、碎塊狀、塊狀。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。

中風(fēng)化板巖單元：灰～深灰色，黑色，薄～中厚層狀，巖體層理發(fā)育，層間泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂隙面上鐵質(zhì)侵染，巖芯一般呈塊狀、短柱狀、柱狀，巖芯采取率一般65 %～85 %。根據(jù)取樣試驗(yàn)，中風(fēng)化板巖自然單軸抗壓強(qiáng)度為28.4 MPa，屬較軟巖類，中風(fēng)化板巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。綜合確定本單元巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類。

3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 邊坡特征

設(shè)計(jì)安全等級為一級，重要性系數(shù)YS=1.1。我公司受劍河縣城鎮(zhèn)建設(shè)投資有限責(zé)任公司委托，對其擬建的“劍河縣城中村棚戶區(qū)改造項(xiàng)目邊坡工程” 進(jìn)行邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)工作。

3.1.1 A-B段

該段為場地開挖平場后，將在場地西側(cè)形成的長167 m，坡高0.0～95.0 m的永久性場地邊坡。邊坡底標(biāo)高512.00～518.00 m，坡頂標(biāo)高611.0 m，主要為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化板巖組成的巖質(zhì)邊坡，開挖方向98°，擬開挖坡角51°，巖層傾向225°，傾角30°，逆向坡。坡頂為山地，坡腳還未進(jìn)行開挖。

3.1.2 B-C段

該段為場地開挖平場后，將在場地西側(cè)形成的長113 m，坡高0.0～99.0 m的永久性場地邊坡。邊坡底標(biāo)高518.00～524.00 m，坡頂標(biāo)高617.0 m，主要為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化板巖組成的巖質(zhì)邊坡，開挖方向98°，擬開挖坡角38°，巖層傾向225°，傾角30°，逆向坡。坡頂為山地，坡腳還未進(jìn)行開挖。

3.2 采用平面滑動法計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs ：

1)BC段：放坡條件較好，邊坡按第3組節(jié)理面傾角放坡開挖后，邊坡無外傾結(jié)構(gòu)面，但邊坡巖體較破碎，邊坡受第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組節(jié)理裂隙相互交割，易形成楔形體，邊坡易出現(xiàn)崩塌掉塊破壞。

2)AB段：根據(jù)GB50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，采用平面滑動法計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs：

R=[(G+Gb)cosθ-Qsinθ-Vsinθ-U]tgφ+cL

(式2)

T=(G+Gb)sinθ+Qcosθ+Vcosθ(式3)

式中：T——滑體單位寬度重力及其他外力引起的下滑力(kN/m)；

R——滑體單位寬度重力及其他外力引起的抗滑力(kN/m)；

c——滑面的粘聚力(kPa)；

φ——滑面的內(nèi)摩擦角(°)；

L——滑面長度(m)；

G——滑體單位寬度自重(kN/m)；

Gb——滑體單位寬度豎向附加荷載(kN/m)；方向指向下方時取正值，指向上方時取負(fù)值；

θ——滑面傾角(°)；

U——滑面單位寬度總水壓力(kN/m)；

V——后緣陡傾裂隙面上的單位寬度總水壓力(kN/m)；

Q——滑體單位寬度水平荷載(kN/m)；方向指向坡外時取正值，指向坡內(nèi)時取負(fù)值；

hw——后緣陡傾裂隙充水高度(m)，根據(jù)裂隙情況及匯水條件確定。

邊坡擬按假設(shè)邊坡按1：0.75～1：1放坡開挖，其對1-1’～3—3′剖面進(jìn)行穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算，則穩(wěn)定性計(jì)算示意圖見圖1，圖2，圖3。

圖1 1-1剖面穩(wěn)定性計(jì)算圖

圖2 1-2剖面穩(wěn)定性計(jì)算圖

圖3 1-3剖面穩(wěn)定性計(jì)算圖

根據(jù)計(jì)算，1-1’，2-2’，3-3’剖面穩(wěn)定性系數(shù)見表1。

表1 穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算表

剖面編號1-1'2-2'3-3'T=G*sinθ5 686.17479.910 232.2穩(wěn)定性系數(shù)Fs1.131.121.15穩(wěn)定性評價基本穩(wěn)定基本穩(wěn)定基本穩(wěn)定邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)γt1.351.351.35剩余下滑力1242.21708.12002.0

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，邊坡按一定比例(1：0.75～1：1)放坡開挖后，1-1’，2-2’，3-3’剖面穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.13、1.12、1.15，則邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35。

4 結(jié) 語

擬建工程項(xiàng)目地層巖性較簡單，出露地層為元古界上板溪群板巖。中風(fēng)化板巖屬較軟巖類，中風(fēng)化板巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，確定本單元巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類。B-C段邊坡按第三組節(jié)理面傾角放坡開挖后，邊坡無外傾結(jié)構(gòu)面，本文不作詳細(xì)計(jì)算說明。A-C段，采用平面滑動法計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs，分別采取三個剖面根據(jù)計(jì)算結(jié)果，邊坡按一定比例放坡開挖后，三個剖面穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.13、1.12、1.15，則邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，該邊坡為一級永久性邊坡，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35，則對該邊坡需進(jìn)行支護(hù)處理。