衡陽(yáng)某項(xiàng)目邊坡穩(wěn)定性分析與支護(hù)設(shè)計(jì)

吳 苗

(湖南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 工程概況

該項(xiàng)目為衡陽(yáng)美的·白鷺灣住宅小區(qū)，位于湖南省衡陽(yáng)市珠暉區(qū)，湖南高鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院東南部，東鄰武廣高鐵，北鄰耒水，西鄰東外環(huán)路(東三環(huán))，交通便利。

擬建項(xiàng)目南側(cè)、東南側(cè)為山包，現(xiàn)狀地形與小區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高相差約0 m～18.4 m，需進(jìn)行大體量的挖方削坡，經(jīng)建設(shè)方與其南側(cè)紅線外地塊業(yè)主協(xié)商后，對(duì)其間的坡體進(jìn)行削方，將南側(cè)AB段坡頂標(biāo)高降低至與鄰地塊場(chǎng)地內(nèi)標(biāo)高相同，約為95.0 m～95.4 m；東南側(cè)BC段坡頂標(biāo)高降低至約99.0 m。根據(jù)地層情況差異、紅線至建筑物邊線距離等，采用重力式擋土墻、分級(jí)放坡+錨索格構(gòu)梁等支護(hù)形式，緊鄰的一層地下室基坑采用土釘墻支護(hù)。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件

2.1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地地貌單元為剝蝕丘陵地貌，根據(jù)邊坡專項(xiàng)巖土工程勘察報(bào)告，各地層自上而下依次為：

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖③(K)：褐紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。巖芯呈碎塊狀，少量短柱狀。原巖結(jié)構(gòu)清晰，礦物風(fēng)化跡象明顯，巖石結(jié)構(gòu)已風(fēng)化破壞松散，浸水易軟化，崩解。巖石堅(jiān)硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。層厚1.00 m～7.40 m，層頂標(biāo)高74.68 m～97.91 m。該層分布于整個(gè)場(chǎng)地。

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖④(K)：褐紅色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。礦物成分為石英、長(zhǎng)石及粘土礦物，鈣質(zhì)膠結(jié)，巖石中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈短柱狀—破碎狀，浸水易軟化，日曬易開(kāi)裂。巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，巖體完整程度為較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。層厚1.3 m～16.50 m，層頂標(biāo)高66.8 m～94.96 m。該層分布于大部分場(chǎng)地。

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖④1(K)：褐紅色，青灰色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。礦物成分為石英、長(zhǎng)石及粘土礦物，鈣質(zhì)膠結(jié)，巖石中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈長(zhǎng)柱狀，浸水易軟化，日曬易開(kāi)裂。巖石堅(jiān)硬程度為較軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。揭露層厚2.90 m～8.30 m，層頂標(biāo)高69.70 m～90.63 m。該層分布于場(chǎng)地部分鉆孔揭露。

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑤(K)：褐紅色，青灰色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造。礦物成分為石英、長(zhǎng)石及粘土礦物，鈣質(zhì)膠結(jié)，巖石中等風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈長(zhǎng)柱狀，浸水易軟化，日曬易開(kāi)裂。巖石堅(jiān)硬程度為較軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。揭露層厚2.50 m～28.60 m，層頂標(biāo)高63.50 m～87.16 m。該層分布于整個(gè)場(chǎng)地。

2.2 特殊性巖土

泥質(zhì)粉砂巖為特殊性巖土，具微膨脹性，遇水易軟化崩解，失水易干裂；強(qiáng)風(fēng)化層巖石結(jié)構(gòu)已風(fēng)化破壞松散，手掰易斷，其天然抗壓強(qiáng)度為小于1.0 MPa；中風(fēng)化④層天然抗壓強(qiáng)度為2.3 MPa，中風(fēng)化④1及⑤層天然抗壓強(qiáng)度為3.7 MPa～3.8 MPa，為極軟巖。這主要是因衡陽(yáng)盆地是在中生代末期形成的內(nèi)陸斷拗湖盆，在白堊系—早第三系沉積了一套以碎屑巖、泥巖所組成的紅色巖層，以固結(jié)度差、混積性強(qiáng)、厚度變化大為特點(diǎn)；且該地冬冷夏熱、干濕變化大、風(fēng)化作用強(qiáng)烈，所以紅層的物理力學(xué)性質(zhì)特別弱。衡陽(yáng)地區(qū)滑坡、邊坡垮塌等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，罪魁禍?zhǔn)妆闶撬?/p>

2.3 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

由于邊坡體地層主要為粉質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉砂巖，滲透性小，邊坡局部已開(kāi)挖，坡面未采取防護(hù)措施，為地下水的開(kāi)放邊界。勘察期為雨季，勘探深度范圍內(nèi)未見(jiàn)穩(wěn)定地下水位，勘察區(qū)周?chē)旅婕捌履_亦未見(jiàn)有地下水順坡面裂隙流出，說(shuō)明邊坡體內(nèi)地下水不豐富，沒(méi)有統(tǒng)一的地下水水位。

根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，邊坡體中泥質(zhì)粉砂巖的滲透系數(shù)為0.10 m/d～0.23 m/d，為弱透水性巖土層。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡穩(wěn)定性影響因素

邊坡體構(gòu)造復(fù)雜，邊坡地層種類較多，其物理力學(xué)性質(zhì)變化較大。雖然邊坡目前基本穩(wěn)定，但后期邊坡施工開(kāi)挖形成新臨空面，破壞坡體應(yīng)力平衡為滑坡和崩塌的形成提供了運(yùn)移空間；邊坡區(qū)處于雨水較多地區(qū)，降雨集中，且降雨強(qiáng)度大，邊坡基巖為泥質(zhì)粉砂巖，在雨淋和日照相互作用下迅速風(fēng)化崩解。

影響邊坡穩(wěn)定性的因素分內(nèi)因和外因，內(nèi)因主要為邊坡的地形、地貌，邊坡的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)環(huán)境及邊坡體物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其空間分布。外因主要為暴雨、邊坡面的正式開(kāi)挖后形成臨空面、坡頂堆載等。

3.2 邊坡破壞模式

邊坡可能的破壞形式有：1)因粉質(zhì)粘土層較薄，強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化裂隙極發(fā)育，邊坡開(kāi)挖后，發(fā)生圓弧滑動(dòng)破壞；2)沿結(jié)構(gòu)面的順層滑坡，以及局部小型崩塌。故對(duì)該邊坡穩(wěn)定性采用赤平投影圖法定性分析、圓弧滑動(dòng)與平面滑動(dòng)下定量分析相結(jié)合的綜合分析方法。

3.3 邊坡結(jié)構(gòu)參數(shù)

邊坡地層主要為雜填土①、粉質(zhì)黏土②、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖③、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂④，巖層裂隙發(fā)育。邊坡坡腳標(biāo)高約為87.6 m，現(xiàn)狀坡頂標(biāo)高約103.0 m～106.0 m，削方后坡頂標(biāo)高約為95.0 m～99.0 m，支護(hù)高度約為7.8 m～11.4 m。坡底外約4.7 m處有一層地下室基坑，開(kāi)挖深度5.1 m。故整體支護(hù)高度為12.9 m～16.5 m。

擬支護(hù)邊坡AB段、BC段均為土巖混合邊坡，AB段土層較薄，BC段土層稍厚。巖層產(chǎn)狀近似水平，產(chǎn)狀為：125°∠3°。邊坡體內(nèi)巖層節(jié)理發(fā)育，根據(jù)地質(zhì)測(cè)繪，發(fā)現(xiàn)兩組節(jié)理，一組節(jié)理走向?yàn)?10°，傾角65°；另一組走向?yàn)?95°，傾角為70°。節(jié)理面較平整，光滑，充填泥質(zhì)物。節(jié)理密度為2條/m～3條/m，節(jié)理延伸長(zhǎng)度一般為2 m～3 m。該兩組節(jié)理均為剪節(jié)理，由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的節(jié)理，閉合性較好。

3.4 赤平投影定性分析

場(chǎng)地AB段、BC段均為土巖混合邊坡，邊坡穩(wěn)定性主要受節(jié)理發(fā)育、巖土分界面、巖層產(chǎn)狀及邊坡人工開(kāi)挖坡度綜合影響。邊坡面P產(chǎn)狀0∠53°，巖土分界面基本為水平狀，強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖出露，巖層產(chǎn)狀L1為125°∠3°，發(fā)育兩組節(jié)理J1，J2，產(chǎn)狀分別為110°∠65°，195°∠70°。

AB段赤平投影分析，邊坡P與產(chǎn)狀L1投影弧大角度相交，該段邊坡為近似逆向坡；L1-J1,L1-J2,J1-J2的組合交棱線均位于邊坡P投影弧的對(duì)側(cè)，說(shuō)明組合交線的傾向與邊坡傾向相反，沒(méi)有發(fā)生順層滑動(dòng)的可能。但P-J1組合交叉與坡向P小角度相交，且其視傾角約為33.8°，有可能形成局部平面滑動(dòng)破壞；J1-J2的組合交叉，說(shuō)明存在楔形巖塊，雖為逆向，但坡面巖體松散，易產(chǎn)生崩塌、滑動(dòng)，為較不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。分析結(jié)果如圖1所示。

BC段赤平投影分析，邊坡P與產(chǎn)狀L1投影弧相對(duì)，該段邊坡為逆向坡；L1-J1,L1-J2,J1-J2的組合交棱線均位于邊坡P投影弧的對(duì)側(cè)，說(shuō)明組合交線的傾向與邊坡傾向相反，沒(méi)有發(fā)生順層滑動(dòng)的可能。但P-J2組合交叉與坡向P小角度相交，且其視傾角約為31.8°，有可能形成局部平面滑動(dòng)破壞；J1-J2的組合交叉，說(shuō)明存在楔形巖塊，雖為逆向，但坡面巖體松散，易產(chǎn)生崩塌、滑動(dòng)，為較不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。分析結(jié)果如圖2所示。

3.5 圓弧滑動(dòng)法及極限平衡法定量計(jì)算分析

本邊坡穩(wěn)定性分析考慮兩種工況：工況Ⅰ——“自然”工況以及工況Ⅱ——“暴雨”工況。工況Ⅰ僅考慮現(xiàn)狀邊坡土體自重，工況Ⅱ考慮暴雨之后，地層力學(xué)參數(shù)降低。主要地層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。因緊鄰邊坡下方有低層建筑物，破壞后果嚴(yán)重，故邊坡安全等級(jí)均定為一級(jí)。在兩種工況下，分別采用簡(jiǎn)化bishop法計(jì)算圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)、極限平衡法計(jì)算平面滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)；后者考慮的是邊坡沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生平面滑動(dòng)的情形。分別選取兩段邊坡的代表性剖面進(jìn)行計(jì)算，得出邊坡在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需進(jìn)行支護(hù)。具體計(jì)算成果如表2所示。

表1 巖土層主要參數(shù)建議表

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

4 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

支護(hù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)根據(jù)建設(shè)單位提供的總平面圖、地勘單位提供的場(chǎng)地邊坡專項(xiàng)勘察報(bào)告而定。最終，根據(jù)各段支護(hù)高度、地層情況、坡底及坡頂邊界條件，綜合經(jīng)濟(jì)成本比較等，本項(xiàng)目南側(cè)、東南側(cè)永久性邊坡選擇了放坡+錨索格構(gòu)梁+植草+截排水的支護(hù)形式，基坑采用了土釘墻的支護(hù)形式。

支護(hù)模式典型剖面圖如圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

衡陽(yáng)盆地的軟弱紅層一直是高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，即使其巖層產(chǎn)狀平緩，但因其遇水軟化、失水干裂的特性，給無(wú)數(shù)邊坡工程帶來(lái)困擾。本工程已經(jīng)實(shí)施，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，項(xiàng)目南側(cè)、東南側(cè)邊坡采用放坡+錨索格構(gòu)梁+植草+截排水的支護(hù)形式是可行的，可供類似工程參考。邊坡工程一直是巖土工程所研究的重要課題，軟質(zhì)巖的邊坡支護(hù)尤其復(fù)雜，對(duì)其變形模式、破壞機(jī)理、穩(wěn)定性進(jìn)行研究分析非常具有意義。