邊坡崩塌成因及修復(fù)分析

郭沖

摘 要：文章以惠州市惠陽區(qū)環(huán)城路某路段左側(cè)高邊坡坍塌為研究對(duì)象，分析邊坡崩塌的原因，并對(duì)修復(fù)方案進(jìn)行分析，得出了重要結(jié)論。

關(guān)鍵詞：邊坡；崩塌；穩(wěn)定性；修復(fù)

1 工程地質(zhì)概況

2014年5月份，惠州市惠陽區(qū)連降大雨或暴雨，惠陽區(qū)環(huán)城路某路段左側(cè)高邊坡受水災(zāi)毀壞嚴(yán)重，在某處發(fā)生崩塌，已嚴(yán)重影響后續(xù)正常開放通車，邊坡崩塌范圍長(zhǎng)50m。

（1）工程概況?；蓐枀^(qū)環(huán)城路某路段左側(cè)高邊坡，坡長(zhǎng)147m，最大坡高約53m，六級(jí)坡，具體原設(shè)計(jì)情況如下：坡率自下而上分別為1：0.5、1：0.75、1：1：、1：1.25、1：1.25、1：1.25；第一級(jí)坡坡高8m，第六級(jí)坡坡高5m，其余坡級(jí)每級(jí)10m，邊坡平臺(tái)寬度2m，平臺(tái)設(shè)截水溝；第一、二級(jí)坡采用錨桿格子梁+TBS植草防護(hù)，第三、四級(jí)采用三維網(wǎng)植草防護(hù)，第五、六級(jí)采用植草防護(hù)。（2）地質(zhì)概況。該邊坡地處微丘臺(tái)地地貌，坡體植被發(fā)育，坡頂呈渾圓狀，自然坡度約為15°～22°；地層巖性為第四系殘坡積粘性土，基底為侏羅世花崗巖及其風(fēng)化層組成。

2 邊坡崩塌原因分析

通常影響邊坡穩(wěn)定性的因素，可分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素包括巖土性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖土結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力和殘余應(yīng)力等，且取決于邊坡自身的工程地質(zhì)條件，一般隨著外界條件的改變而逐漸發(fā)生變化，其變化具有緩慢性；外部因素包括工程荷載條件、開挖卸荷、臨空條件、邊坡開挖形態(tài)、氣候條件等，其變化具有瞬時(shí)、隨機(jī)性，大部分存在不可預(yù)見因素，如降雨、地震等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及收集的地質(zhì)資料，K4+492.8～K4+640路段邊坡受到最大的外界因素影響主要有施工期的開挖卸荷和降雨兩種；內(nèi)部因素主要為邊坡巖土體性質(zhì)。

（1）外因分析。K4+492.8～K4+640路段左側(cè)高邊坡施工期間，因開挖卸荷打破原始邊坡的應(yīng)力平衡，致使邊坡產(chǎn)生一定的變形，若開挖支護(hù)合理這種變形隨著邊坡施工的結(jié)束將逐漸趨于穩(wěn)定，通常施工結(jié)束半年內(nèi)開挖變形將基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。高邊坡施工完工（2011年9月）至邊坡崩塌（2014年5月），有近三年時(shí)間邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，此外，根據(jù)施工單位及監(jiān)理單位提供的有關(guān)該邊坡施工資料，說明邊坡的施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。由此，可充分說明原邊坡開挖支護(hù)設(shè)計(jì)基本合理且施工質(zhì)量也符合要求，邊坡的崩塌不是因?yàn)檫吰麻_挖卸荷或支護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生的變形破壞。俗話說“十個(gè)邊坡九個(gè)水”，即水是引起邊坡失穩(wěn)的主要外部因素之一。降雨等形成的地表水沿巖體結(jié)構(gòu)面或巖土體下滲至坡體內(nèi)部，一方面增加巖土體的重度，另一方面使巖土體或結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度降低，同時(shí)，滲透水也補(bǔ)給到地下水中，使地下水位或水壓（在受壓狀態(tài)下）增加，也將造成巖土體的抗剪強(qiáng)度降低。根據(jù)近15年惠陽國(guó)家基本氣象站5月雨量統(tǒng)計(jì)，2011年～2014年，5月降雨量分別為165.1mm、142.4mm、388.0mm、716.5mm，由此可以看出，2014年5月的降雨量是往年的2～4倍。短時(shí)間的強(qiáng)降雨，邊坡的排水系統(tǒng)來不及疏導(dǎo)坡面、坡體水，隨著雨水在坡體內(nèi)的下滲及匯聚，坡體水產(chǎn)生較大的孔隙水壓，降低巖土體抗剪強(qiáng)度，使得節(jié)理裂隙不斷貫通，最后導(dǎo)致邊坡巖土抗滑力不夠而失穩(wěn)。因此，影響該邊坡失穩(wěn)的主要外部因素為短時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)降雨。（2）內(nèi)因分析。該邊坡地處花崗巖區(qū)，崩塌的巖土體主要為花崗巖殘積土及全風(fēng)化花崗巖（基本風(fēng)化成土的花崗巖，其性質(zhì)接近于花崗巖殘積土）?；◢弾r的主要成分是石英、長(zhǎng)石，次為云母及角閃石，石英抗風(fēng)化能力強(qiáng)，長(zhǎng)石、云母等抗風(fēng)化能力弱，使得花崗巖殘積土礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，次生礦物主要為高嶺石和伊利石，高嶺石是長(zhǎng)石的風(fēng)化產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)致密，但吸水性強(qiáng)，遇水后易膨脹和軟化，具可塑性和強(qiáng)壓縮性；伊利石是云母在堿性介質(zhì)中的風(fēng)化產(chǎn)物，具有較強(qiáng)的親水性、膨脹性及失水收縮性。因此，花崗巖殘積土中通常含砂粒、粉粒較多，粘粒含量較少，一般具有孔隙比較大、裂隙發(fā)育、粘聚力小、內(nèi)摩擦較大等特點(diǎn)，雨水容易通過孔隙或裂隙滲入，一方面使土體內(nèi)部產(chǎn)生不均勻應(yīng)力，粘粒擴(kuò)散層達(dá)到最大厚度的時(shí)間短，粒間連結(jié)力很快消失，導(dǎo)致土體遇水易崩解，裂隙繼續(xù)發(fā)育，當(dāng)裂隙發(fā)育到一定程度并存在臨空條件時(shí)，在重力的作用下形成不同規(guī)模的崩塌；另一方面，隨著雨水的滲入，使巖土或結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度降低，間接減小了邊坡抗滑力，降低穩(wěn)定性致使邊坡失穩(wěn)。

3 修復(fù)設(shè)計(jì)方案

為保證邊坡穩(wěn)定，防止路塹高邊坡地質(zhì)病害的產(chǎn)生，修復(fù)設(shè)計(jì)針對(duì)高邊坡坍塌范圍采取重新放坡挖除虛土，在坍塌范圍內(nèi)的原第一級(jí)邊坡錨桿格子梁內(nèi)鋪筑C15片石砼護(hù)面墻，并對(duì)破損的格子梁進(jìn)行修復(fù)；第二級(jí)邊坡鋪筑C15片石砼護(hù)面墻；第三級(jí)邊坡增設(shè)鋼花管錨桿格子梁（錨桿長(zhǎng)18m）+C15片石砼護(hù)面墻進(jìn)行加固處理，同時(shí)將原高邊坡的第五級(jí)邊坡平臺(tái)向內(nèi)移2m，原第六級(jí)邊坡向內(nèi)移1m；第四、五級(jí)邊坡采用三維網(wǎng)植草護(hù)坡方案。對(duì)該坍塌范圍做好防排水措施，原設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)如截水溝、急流槽等漏做的或未完善的需進(jìn)行完善處理。未產(chǎn)生滑坡的邊坡排水系統(tǒng)需與本次修復(fù)邊坡排水系統(tǒng)接順，交界面處護(hù)坡、平臺(tái)也需接順，確保整個(gè)邊坡排水系統(tǒng)順暢。此外，花崗巖殘積土邊坡更容易因雨水的滲入而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，對(duì)整個(gè)邊坡增設(shè)泄水斜管疏導(dǎo)坡體水。

圖1

根據(jù)地質(zhì)基本情況，第一級(jí)坡基本為強(qiáng)～中風(fēng)化花崗巖，第二～六級(jí)坡為花崗巖殘坡積土以及全風(fēng)化花崗巖組成，并由修復(fù)設(shè)計(jì)方案的斷面建立數(shù)值分析模型，分析修復(fù)后的邊坡在非正常工況Ⅰ下（即暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)）邊坡的穩(wěn)定性。分析過程中，根據(jù)現(xiàn)狀邊坡安全系數(shù)Fs=1.0（滑坡臨界狀態(tài)），通過實(shí)測(cè)滑動(dòng)面和圓弧搜索（搜索最小安全系數(shù)下的滑動(dòng)面位置）來反分析巖土參數(shù)（取兩種情況c、？準(zhǔn)值平均值），分析方法采用簡(jiǎn)化Bishop法。錨桿長(zhǎng)度L=18m時(shí)，F(xiàn)s=1.05，即邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，并具備一定的安全儲(chǔ)備。（圖1）

4 結(jié)束語

（1）影響邊坡穩(wěn)定性致使邊坡產(chǎn)生崩塌失穩(wěn)的主要外部影響因素是短時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)降雨，內(nèi)部影響因素是花崗巖殘積土或全風(fēng)化花崗巖遇水易崩解，且?guī)r土體短時(shí)間內(nèi)受強(qiáng)降雨的影響抗剪強(qiáng)度急劇降低、坡體孔隙水壓急劇升高，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。（2）修復(fù)設(shè)計(jì)方案基本可行，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析，修復(fù)后邊坡在非正常工況Ⅰ下（即暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)）邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=1.05，即邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，并具備一定的安全儲(chǔ)備。（3）加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)評(píng)估開挖施工對(duì)邊坡自身穩(wěn)定性，提供預(yù)警信息；通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行工序和工藝的調(diào)整，以便采取更為合理、有效的支護(hù)措施，及時(shí)指導(dǎo)施工，優(yōu)化施工方案，避免邊坡工程事故發(fā)生。（4）加強(qiáng)邊坡動(dòng)態(tài)加固設(shè)計(jì)，根據(jù)施工過程中的地質(zhì)情況、變形監(jiān)測(cè)等對(duì)設(shè)計(jì)方案適時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保邊坡穩(wěn)定及施工安全。

參考文獻(xiàn)

[1]莫進(jìn)豐.開挖邊坡變形穩(wěn)定性分析與穩(wěn)定性控制研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2010.

[2]宋從軍.路塹高邊坡開挖變形理論及控制措施研究[D].重慶：西南交通大學(xué)，2004.

[3]曹興松，周德培.邊坡開挖影響范圍和潛在滑面研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004.