遼西某巖質(zhì)邊坡變形破壞機(jī)制分析與治理對(duì)策

1.引言

一般情況下，山區(qū)的房屋建筑工程往往要進(jìn)行山體開挖，開挖形成的邊坡多緊鄰建筑物，可能造成建筑物基坑與邊坡連接形成高切坡，嚴(yán)重影響邊坡的穩(wěn)定性[1]-[3]。遼西某巖質(zhì)邊坡，正是受下方基坑開挖而發(fā)生了變形破壞。該邊坡為人工開挖形成的南西-北東走向巖石邊坡。邊坡設(shè)計(jì)高8.5m、坡腳寬3.0m 的園區(qū)道路。園區(qū)地下車庫(kù)外墻距離該條道路的最小距離為12.0m，該地庫(kù)基礎(chǔ)底與園區(qū)道路的高差為12.5m。按照設(shè)計(jì)圖紙，道路上部的邊坡坡面施工錨桿加固結(jié)構(gòu)。但在實(shí)際施工時(shí)，邊坡尚未加固就進(jìn)行地庫(kù)基坑的開挖，造成地庫(kù)基坑邊坡與上部的永久邊坡坡面連接在一起，形成了18m 高的邊坡，邊坡上部坡度約50°，邊坡中下部坡度大于60°。

開挖后，坡頂和坡面上出現(xiàn)數(shù)條裂縫，局部塊體發(fā)生明顯滑移，滑移形成的裂縫最寬約2.0m。隨后基坑內(nèi)停止土石方開挖，并在坡腳回填土石方。但基坑還需要往下開挖3.0m，若不及時(shí)采取有效的治理措施，邊坡發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性較大。邊坡一旦失穩(wěn)，將形成方量達(dá)2.5×104m3的滑坡，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并帶來嚴(yán)重的社會(huì)影響。為確保永久邊坡的穩(wěn)定、地庫(kù)基坑開挖的安全，必須查明邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件，研究邊坡的變形破壞機(jī)制，并提出防治措施。

2.邊坡工程地質(zhì)條件

該邊坡場(chǎng)地屬于山前斜坡，邊坡坡頂區(qū)域?yàn)榈貏?shì)較低區(qū)域，是地表水的匯水區(qū)域。

場(chǎng)地內(nèi)地層主要為殘積土、強(qiáng)風(fēng)化礫巖和中風(fēng)化礫巖。礫巖為粗粒礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礫石大小不一，分選性較差，礫石粒徑最大達(dá)700mm，最小值8mm，以8mm～30mm者居多。礫石含量約占80%，填充物主要為風(fēng)化的泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)物，約占20%。礫石成分以安山巖和凝灰?guī)r屑為主，次為石英巖屑，并含少量泥巖巖屑。

如圖1所示，邊坡坡體上部為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，巖體為碎裂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面有泥質(zhì)充填物，局部可見20mm～300mm 厚黏土夾層，結(jié)構(gòu)面無明顯規(guī)律，碎塊間結(jié)合較差，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。邊坡下部分為中風(fēng)化礫巖，巖體為裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面有泥質(zhì)充填物，結(jié)構(gòu)面無明顯規(guī)律，碎塊間結(jié)合一般，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

圖1 邊坡典型工程地質(zhì)剖面圖

3.邊坡變形破壞特征及機(jī)制分析

3.1 邊坡變形及滑面特征

由西向西逐步開挖邊坡下部基坑的過程中，邊坡發(fā)生了滑移，邊坡坡頂和坡面上均出現(xiàn)了裂縫，并形成了大小兩個(gè)滑坡體，其中小滑坡體為大滑坡體上的次生滑坡體，小滑坡體尺寸為16.4m×17m，滑坡體的分布如圖2所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、工程鉆探和工程物探綜合分析可知，該邊坡有兩個(gè)滑動(dòng)面，兩個(gè)滑動(dòng)面為同一組含黏性土充填物的兩個(gè)構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，滑坡體由三組構(gòu)造結(jié)構(gòu)面B、C 和F 組合形成，滑坡體的結(jié)構(gòu)面和坡面赤平投影如圖3所示。

圖2 大小滑坡體位置及坡體裂縫分布圖

圖3 結(jié)構(gòu)面及坡面赤平投影圖（上半球投影）

圖4 結(jié)構(gòu)面照片（左圖為結(jié)構(gòu)面C，右圖為結(jié)構(gòu)面B）

圖5 滑坡剖面圖（主滑移方向）

小滑坡體由結(jié)構(gòu)面B 和C 切割形成，兩組結(jié)構(gòu)面均為剪切構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面平整，有泥質(zhì)填充物，可見擦痕，如圖4所示。結(jié)構(gòu)面B 走向157°，張開度1.5m～1.8m，裂縫深1.8m～4.0m；結(jié)構(gòu)面C，走向105°，裂縫寬5.0cm～20.0cm，裂縫兩側(cè)錯(cuò)臺(tái)高差1m；巖體滑移后，坡面上形成了兩條拉裂縫：A 裂縫和B 裂縫。裂縫A 走向69°，寬1.8m～2.0m，裂縫深1.8m～6.0m；裂縫D 寬6cm～20cm，小滑坡體前緣還發(fā)育數(shù)條張拉裂縫，寬度4cm～10cm。

進(jìn)入裂縫A 和結(jié)構(gòu)面B 內(nèi)部，可看見小滑坡體的滑動(dòng)面，滑動(dòng)面較平整，滑動(dòng)面干燥，有泥質(zhì)填充物，滑動(dòng)面為構(gòu)造結(jié)構(gòu)面?；瑒?dòng)面在坡面以下1.8m～6.0m，滑動(dòng)面傾向85°～88°，傾角30°～35°。

大滑坡體的邊界由結(jié)構(gòu)面C、裂縫E 以及結(jié)構(gòu)面F 構(gòu)成。結(jié)構(gòu)面F 為構(gòu)造結(jié)構(gòu)面，裂縫E 是大滑坡體后緣的張拉裂縫。裂縫E 寬10cm～15cm，深度大于5.0m，結(jié)構(gòu)面F張開度5cm，為節(jié)理面錯(cuò)動(dòng)后張開。該結(jié)構(gòu)面為大滑坡體的滑動(dòng)面，傾向80°～85°，傾角30°。

根據(jù)邊坡的巖體結(jié)構(gòu)特征和坡面裂縫發(fā)育情況，可判斷該邊坡主滑動(dòng)方向的剖面如圖5所示。

3.2 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

在影響邊坡穩(wěn)定性或促成邊坡滑動(dòng)的諸多因素中，不良的工程地質(zhì)條件和巖體結(jié)構(gòu)條件是主要內(nèi)因，巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面特別是軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡巖體變形及邊坡失穩(wěn)破壞起控制作用，邊坡的變形破壞主要受軟弱結(jié)構(gòu)面及其與坡面組合特征的控制，在非地質(zhì)因素中，影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要為大量降雨、人為坡腳開挖及大爆破等[4]-[6]。邊坡坡體內(nèi)的三組軟弱結(jié)構(gòu)面切割形成大小兩個(gè)滑坡體，結(jié)構(gòu)面均有黏性土充填物，充填物厚度達(dá)20mm～300mm，遇水易軟化。邊坡坡頂區(qū)域地勢(shì)較低，形成地表水匯水區(qū)，雨季降水形成的地表水順著此處坡面排泄。邊坡巖體主要由強(qiáng)風(fēng)化礫巖組成，礫巖為泥質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)度低，特別是邊坡開挖大面積爆破震動(dòng)作用使得碎裂巖體松動(dòng)，加快了地表水滲入和邊坡巖體的變形。隨著地庫(kù)基坑開挖，邊坡高度逐漸增高，邊坡變形也逐漸增加。坡腳的開挖改變了邊坡的受力狀態(tài)，誘發(fā)了邊坡坡體的滑移。

3.3 邊坡變形破壞機(jī)制分析

根據(jù)前述對(duì)巖體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性影響因素分析，認(rèn)為該邊坡的變形破壞模式為滑移-拉裂。邊坡的變形表現(xiàn)為兩個(gè)階段：一是邊坡滑移初始階段。雨季過后，在自重作用下，隨著邊坡高度的增加，坡腳臨空面的逐漸形成，由軟弱結(jié)構(gòu)面切割形成的大型塊體，順著軟化的結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移，即邊坡中上部巖體向下滑移，邊坡下部的滑移面尚未臨空，造成邊坡下部巖體縱向受壓，泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖發(fā)生擠壓破壞，碎裂狀巖體結(jié)構(gòu)面擠密閉合。邊坡整體處于時(shí)效變形階段，坡面上的巖體發(fā)生松動(dòng)，變形不顯著；二是邊坡滑移-拉裂加速階段。坡腳爆破開挖，造成小滑坡體滑面快速臨空，為邊坡塊體的變形提供了足夠的空間，小滑坡體加速變形，坡腳處巖體滑移塌落，同時(shí)邊坡中上部塊體及其表層發(fā)生滑移拉裂形成了數(shù)條張拉裂縫。由于大滑坡體的滑動(dòng)面在坡腳尚未完全臨空，且滑動(dòng)面傾向與邊坡坡向夾角約30°，大滑坡體滑移實(shí)際為塊體的旋轉(zhuǎn)滑移，滑移量較小，滑坡體后緣形成的張拉裂縫寬度不均，靠近F 結(jié)構(gòu)面處的裂縫E 較寬，靠近C 結(jié)構(gòu)面處的裂縫較窄，局部地面未見裂縫。

坡腳回填土石方后，邊坡整體仍處于時(shí)效變形階段，小滑坡體處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，應(yīng)盡快采取措施控制邊坡的變形和進(jìn)一步破壞。

4.治理對(duì)策研究

根據(jù)大小滑坡體的變形破壞機(jī)制，結(jié)合后期建筑基坑施工情況，對(duì)該滑坡體的治理應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)方面：

（1）滑面是含黏性土充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面，控制塊體在滑面上的滑移是邊坡治理的重點(diǎn)。

（2）邊坡坡頂為地表水匯水區(qū)，且邊坡巖體為強(qiáng)風(fēng)化礫巖，巖體呈碎裂狀，地表水滲入塊體內(nèi)，促使軟弱結(jié)構(gòu)面軟化，降低了滑動(dòng)面的抗滑力。

（3）邊坡下方建筑基坑開挖采用大面積爆破開挖，爆破震動(dòng)和坡腳挖除是邊坡塊體滑移的主要誘因。

綜上所述，結(jié)合邊坡后期施工要求，制定以下治理措施[5]-[8]：

一是考慮到小滑坡體中部位置為擬建的園區(qū)道路，園區(qū)道路與擬建的地庫(kù)基坑高差約13m，園區(qū)道路距離地庫(kù)外墻的最小距離為11.5m，故在擬建園區(qū)道路位置內(nèi)側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，抗滑樁樁端位于大滑坡體滑動(dòng)面以下5m，以增加大小兩個(gè)滑坡體的抗滑力，提高其穩(wěn)定性系數(shù)。由于兩個(gè)滑坡體的滑移方向不同，抗滑樁采用圓形抗滑樁，樁徑1.8m，樁間距3.6m,樁長(zhǎng)12.0m～17.5m。

二是滑坡體坡頂?shù)牧芽pE 內(nèi)注入水泥漿填充，以防止雨水滲入。在邊坡坡頂設(shè)置排水溝，坡面留置排水通道，防止地表水入滲坡體內(nèi)。在邊坡腳設(shè)置排水溝，邊坡噴護(hù)面層上設(shè)置泄水孔。園區(qū)道路以上部分的滑坡體坡面上打錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、混凝土噴護(hù)，對(duì)邊坡巖體進(jìn)行加固，同時(shí)防止雨水順著裂隙滲入滑動(dòng)面。

三是抗滑樁和巖體加固后，再進(jìn)行建筑基坑開挖，基坑的開挖應(yīng)盡量采用機(jī)械開挖，若必須采用爆破開挖，應(yīng)控制爆破范圍和炸藥量。開挖后的邊坡應(yīng)保持一定的坡率，邊坡坡度不大于60°。基坑開挖過程中，應(yīng)做好邊坡的變形監(jiān)測(cè)，并盡快完成地庫(kù)基坑的回填。

治理措施實(shí)施后，基坑按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖，在后續(xù)地下室的施工過程中，邊坡未發(fā)生變形，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5.結(jié)論

本文通過對(duì)遼西某巖質(zhì)邊坡的工程地質(zhì)條件調(diào)查，結(jié)合邊坡的巖體結(jié)構(gòu)類型和裂縫發(fā)育特征，研究了邊坡的變形破壞機(jī)制，提出了加固上部坡面碎裂巖體和中下部設(shè)置抗滑樁的治理措施。

該邊坡為構(gòu)造結(jié)構(gòu)面組合形成的塊狀體邊坡，受巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地形地貌和爆破開挖坡腳等因素影響，邊坡發(fā)生了變形破壞，形成了大小兩個(gè)滑坡體。

組合形成邊坡塊體的三組結(jié)構(gòu)面為含黏性土充填物的軟弱結(jié)構(gòu)面，其中滑動(dòng)面為軟弱結(jié)構(gòu)面。在地下水的作用下，軟弱結(jié)構(gòu)面軟化形成滑移面，在坡腳開挖后，滑移面臨空，滑坡體產(chǎn)生滑移，在坡體上和坡頂形成了張拉裂縫。該邊坡的變形破壞機(jī)制為滑移-拉裂模式。

基于邊坡的變形破壞機(jī)制，結(jié)合邊坡后期施工要求，提出了采用抗滑樁控制滑坡體的滑移，邊坡巖體采用錨桿加固，坡面噴射鋼筋混凝土面層的治理措施。同時(shí)，提出做好邊坡的防排水措施，并對(duì)邊坡下方的建筑基坑開挖做了要求。

在巖石地層地區(qū)，建筑邊坡開挖后，邊坡下方可能會(huì)開挖基坑。如果兩者距離較近，基坑的開挖，會(huì)增加邊坡的高度，導(dǎo)致邊坡坡腳被挖出，造成邊坡失穩(wěn)破壞。因此，對(duì)于這類邊坡+基坑的組合邊坡工程，應(yīng)同時(shí)考慮在邊坡設(shè)計(jì)和基坑設(shè)計(jì)，基坑施工前應(yīng)先進(jìn)行邊坡加固，再進(jìn)行基坑開挖，基坑開挖也應(yīng)該采取加固措施。