論坡率允許值表的取舍

方玉樹

（1后勤工程學(xué)院，重慶 401311；2巖土力學(xué)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401311）

0 引言

當(dāng)采用放坡措施處理邊坡時(shí)，需要確定坡率允許值。依照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]，土質(zhì)均勻良好、地下水貧乏、無不良地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)環(huán)境條件簡(jiǎn)單時(shí)，土質(zhì)邊坡坡率允許值可根據(jù)坡高和土體類別、狀態(tài)查表（見表1）確定，無外傾軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡坡率允許值可根據(jù)坡高和邊坡巖體類別、風(fēng)化程度查表（見表2）確定。

表1 土質(zhì)邊坡坡率允許值[1，2]

本文對(duì)上述坡率允許值表存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了建議。

1 坡率允許值表存在的問題

表2 巖質(zhì)邊坡坡率允許值[1]

1.1 對(duì)按抗滑穩(wěn)定要求進(jìn)行放坡的邊坡而言，坡率允許值與邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不匹配

邊坡坡率應(yīng)達(dá)到抗滑穩(wěn)定要求。因此，從抗滑穩(wěn)定性角度來說，坡率允許值在原則上是邊坡達(dá)到抗滑穩(wěn)定的坡率上限值，設(shè)計(jì)坡率不大于這個(gè)值時(shí)邊坡抗滑穩(wěn)定，設(shè)計(jì)坡率大于這個(gè)值時(shí)邊坡未達(dá)到抗滑穩(wěn)定。

這樣的坡率允許值與很多因素有關(guān)，即使在均勻、各向同性、無地下水、無坡上荷載的相對(duì)簡(jiǎn)單條件下，它也與坡高、坡頂傾角、巖土體內(nèi)摩擦角、巖土體粘聚力、巖土體重度以及對(duì)應(yīng)于不同安全等級(jí)和不同運(yùn)行時(shí)間（永久邊坡工程和臨時(shí)邊坡工程）的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)有關(guān)，這些因素中，不僅坡高、坡頂傾角、對(duì)應(yīng)于不同安全等級(jí)和不同運(yùn)行時(shí)間的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)是變量，而且?guī)r土體內(nèi)摩擦角和粘聚力（即使對(duì)于相同的巖土體類型）也都是變量。變量如此之多，建立一個(gè)涵蓋所有變量、可以取代穩(wěn)定性計(jì)算的坡率允許值表是相當(dāng)困難的，更不用說存在外傾硬性結(jié)構(gòu)面、垂向上巖土體性狀有變化的邊坡了。上述坡率允許值表，既沒有對(duì)應(yīng)不同安全等級(jí)和不同設(shè)計(jì)使用年限的安全系數(shù)，更沒有建立在數(shù)量十分龐大的抗滑穩(wěn)定性計(jì)算基礎(chǔ)上，因此表中的坡率允許值離真正意義上的坡率允許值還相距甚遠(yuǎn)。實(shí)際上，完整、較完整的非極軟巖邊坡抗滑穩(wěn)定性剛好滿足要求的坡率遠(yuǎn)大于表中坡率允許值；高度較小時(shí)，堅(jiān)硬、硬塑粘性土邊坡抗滑穩(wěn)定性剛好滿足要求的坡率也遠(yuǎn)大于表中坡率允許值。

正如付文光等人所言[3]：“現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)已是日常工具，計(jì)算整體穩(wěn)定性是對(duì)設(shè)計(jì)者最基本的要求……查表設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代工程建設(shè)與現(xiàn)代工程管理的需要”。

1.2 對(duì)按抗拉裂變形要求進(jìn)行放坡的巖質(zhì)邊坡而言，坡率允許值的影響因素選擇不當(dāng)

一些巖石強(qiáng)度較高、完整性較好的受巖體強(qiáng)度控制的巖質(zhì)邊坡，雖然相當(dāng)高陡，但其抗滑穩(wěn)定性仍然很高。如果只考慮抗滑穩(wěn)定性，這些邊坡是無需支護(hù)的。這些邊坡在無支護(hù)時(shí)在邊緣附近的坡頂范圍有可能出現(xiàn)拉裂變形，隨著時(shí)間的推移它可能導(dǎo)致危巖的形成繼而導(dǎo)致崩塌的發(fā)生。因此，對(duì)這些邊坡單獨(dú)采取放坡措施時(shí)，坡率不僅應(yīng)滿足邊坡抗滑穩(wěn)定要求，還應(yīng)滿足邊坡不發(fā)生明顯拉裂變形的要求。

原則上說，邊坡拉裂變形計(jì)算需借助數(shù)值計(jì)算方法，但是，一方面，目前在工程界全面推行數(shù)值計(jì)算方法尚不可行；另一方面，拉裂變形開展情況與巖體中既有各種大大小?。òㄎ⑿〉暮碗[蔽的）結(jié)構(gòu)面的性狀（位置、幾何尺寸、產(chǎn)狀、強(qiáng)度等）密切相關(guān)而通過工程勘察查清這些結(jié)構(gòu)面的性狀是十分困難的，因此，就這個(gè)問題而言，數(shù)值計(jì)算結(jié)果也不一定可靠?；谶@兩點(diǎn)，以防范邊坡拉裂變形造成危巖崩塌為目的的坡率控制還是以依靠既有工程經(jīng)驗(yàn)為宜。對(duì)巖石強(qiáng)度較高、完整性較好、受巖體強(qiáng)度控制的邊坡而言，對(duì)坡率起控制作用的不是抗滑穩(wěn)定性而是拉裂變形。上述巖質(zhì)邊坡坡率允許值表，對(duì)巖體完整、較完整或較破碎的永久巖質(zhì)邊坡而言，在實(shí)際效果上可視為控制巖質(zhì)邊坡拉裂變形造成危巖崩塌的坡率經(jīng)驗(yàn)值表。這個(gè)表的意義不是保證邊坡抗滑穩(wěn)定性，而是限制邊坡拉裂變形，使之對(duì)永久邊坡而言不轉(zhuǎn)化為危巖崩塌。

坡高相同情況下巖質(zhì)邊坡控制拉裂變形的坡率限值取決于巖體抗拉強(qiáng)度，而巖體抗拉強(qiáng)度取決于巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度或者說取決于巖體基本質(zhì)量等級(jí)。

上述巖質(zhì)邊坡坡率允許值表中邊坡巖體類別和巖石風(fēng)化程度不能代表巖石堅(jiān)硬程度和巖體完整程度，不能代表巖體基本質(zhì)量等級(jí)，故不能作為控制拉裂變形的坡率限值的影響因素。

此外，表2中“Ⅳ類強(qiáng)風(fēng)化巖包括各類風(fēng)化程度的極軟巖”的注解與建筑邊坡巖體分類表中“完整的極軟巖可劃為III類或IV類”的注解矛盾：根據(jù)前者，極軟巖邊坡坡率按表2中Ⅳ類強(qiáng)風(fēng)化巖邊坡取值；根據(jù)后者，完整的極軟巖劃為III類時(shí)，其邊坡坡率按表2中III類巖體邊坡取值。當(dāng)巖石微（未）風(fēng)化時(shí)，后者的坡率是前者的3倍；當(dāng)巖石中風(fēng)化時(shí)，后者的坡率是前者的2倍。

1.3 對(duì)按抗拉裂變形要求進(jìn)行放坡的土質(zhì)邊坡而言，坡率允許值表中碎石土部分不適用

從抗滑穩(wěn)定角度而言，堅(jiān)硬、硬塑粘性土邊坡也有一定的自穩(wěn)高度。但如果不實(shí)施支護(hù)，這樣的邊坡也會(huì)發(fā)生明顯的拉裂變形，同樣給人不安全感，甚至引起垮塌。因此，對(duì)堅(jiān)硬、硬塑粘性土邊坡進(jìn)行放坡處理時(shí)，同巖質(zhì)邊坡一樣，坡率不僅應(yīng)滿足邊坡抗滑穩(wěn)定要求，還應(yīng)滿足邊坡不發(fā)生明顯拉裂變形的要求。上述土質(zhì)邊坡坡率允許值表，對(duì)永久的堅(jiān)硬、硬塑粘性土邊坡而言，在實(shí)際效果上可視為防范土質(zhì)邊坡出現(xiàn)嚴(yán)重拉裂變形的坡率經(jīng)驗(yàn)值表。這個(gè)表的意義不是保證永久堅(jiān)硬、硬塑粘性土邊坡抗滑穩(wěn)定性而是限制其拉裂變形。

土體因抗拉強(qiáng)度很低常忽略不計(jì)，其實(shí)粘性土也是有抗拉強(qiáng)度的，粘性土抗拉強(qiáng)度與其粘聚力相伴而生，有粘聚力就有抗拉強(qiáng)度，沒有粘聚力就沒有抗拉強(qiáng)度，只是抗拉強(qiáng)度比粘聚力小。因此，可以認(rèn)為，坡高相同情況下粘性土邊坡控制拉裂變形的坡率限值取決于土體粘聚力，而土體粘聚力取決于稠度狀態(tài)，土體越堅(jiān)硬，粘聚力越大。故上述土質(zhì)邊坡坡率允許值表中的粘性土部分用做防范土質(zhì)邊坡出現(xiàn)嚴(yán)重拉裂變形的坡率限值表時(shí)依然可以將稠度狀態(tài)作為坡高相同情況下坡率限值的影響因素。

充填物為堅(jiān)硬或硬塑粘性土的碎石土，其粘聚力應(yīng)比同樣稠度的粘性土小得多，但在表1中其坡率允許值還大于粘性土。故表1中碎石土部分的坡率允許值不能視為防范土質(zhì)邊坡出現(xiàn)嚴(yán)重拉裂變形的坡率限值，也就是說，對(duì)按抗拉裂變形要求進(jìn)行放坡的土質(zhì)邊坡而言，坡率允許值表中碎石土部分不適用。

1.4 對(duì)按抗拉裂變形要求進(jìn)行放坡的邊坡而言，坡率允許值表對(duì)臨時(shí)邊坡不適用

本文第1.1節(jié)已經(jīng)指出，對(duì)按抗滑穩(wěn)定要求進(jìn)行放坡的邊坡而言，坡率允許值表不適用，這當(dāng)中自然包括了臨時(shí)邊坡。這里要指出的是，對(duì)按抗拉裂變形要求進(jìn)行放坡的邊坡而言，上述兩個(gè)坡率允許值表對(duì)臨時(shí)邊坡不適用。這是因?yàn)椋号R時(shí)邊坡工程是僅在主體工程施工期獨(dú)立使用的邊坡工程，存在時(shí)間短，邊坡拉裂變形的程度顯著低于永久邊坡，其放坡坡率應(yīng)顯著大于永久邊坡。

2 建議

根據(jù)上述分析，建議：

（1）取消用以取代抗滑穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的坡率允許值表，通過抗滑穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)來確定設(shè)計(jì)坡率。

（2）將巖質(zhì)邊坡坡率允許值表改造為永久巖質(zhì)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值表并以坡高和巖體基本質(zhì)量等級(jí)為影響因素（見表3），要求設(shè)計(jì)坡率不僅滿足抗滑穩(wěn)定要求，而且不超過為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值。

表3 永久巖質(zhì)邊坡坡率限值J

表3在坡高25m范圍內(nèi)在實(shí)際效果上與表2基本相當(dāng)，表3與表2不同之處是：

①用巖體基本質(zhì)量等級(jí)取代邊坡巖體類別和巖石風(fēng)化程度。

②給出了坡高25m到50m范圍的巖質(zhì)邊坡坡率限值。根據(jù)重慶高邊坡工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)坡高25m到50m范圍的巖質(zhì)邊坡坡率按表中數(shù)據(jù)取用在防范邊坡拉裂變形造成危巖崩塌上是留有余地的。

（3）將土質(zhì)邊坡坡率允許值表的粘性土部分改造為永久粘性土土質(zhì)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值表（見表4），要求設(shè)計(jì)坡率不僅滿足抗滑穩(wěn)定要求，而且不超過為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值。

表4 由堅(jiān)硬、硬塑粘性土組成的永久土質(zhì)邊坡坡率限值J

（4）另行提供臨時(shí)巖質(zhì)邊坡和臨時(shí)粘性土土質(zhì)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值。目前，臨時(shí)邊坡控制拉裂變形所需坡率限值的經(jīng)驗(yàn)還不多。根據(jù)臨時(shí)邊坡拉裂變形量遠(yuǎn)小于永久邊坡、一些臨時(shí)邊坡直立開挖也未造成不良后果且對(duì)臨時(shí)邊坡控制拉裂變形要求低的實(shí)際情況，從偏安全的角度考慮，可考慮分別將設(shè)計(jì)使用年限不超過2年的臨時(shí)巖質(zhì)邊坡和臨時(shí)土質(zhì)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值取永久巖質(zhì)邊坡和永久土質(zhì)邊坡相應(yīng)坡率限值的一半；將設(shè)計(jì)使用年限不超過2年的臨時(shí)巖質(zhì)邊坡和臨時(shí)土質(zhì)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值按設(shè)計(jì)使用年限取永久邊坡和設(shè)計(jì)使用年限不超過2年的臨時(shí)邊坡相應(yīng)坡率限值的中間值。

3 結(jié)論

（1）現(xiàn)行坡率允許值表存在下列問題：①對(duì)按抗滑穩(wěn)定要求進(jìn)行放坡的邊坡而言，坡率允許值與邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不匹配；②對(duì)按抗拉裂變形要求進(jìn)行放坡的巖質(zhì)邊坡而言，坡率允許值的影響因素選擇不當(dāng)；③坡率允許值表對(duì)臨時(shí)邊坡工程不適用。

（2）建議：①取消用以取代抗滑穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)的坡率允許值表，通過抗滑穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)來確定設(shè)計(jì)坡率；②將巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡坡率允許值表改造為永久巖質(zhì)邊坡和永久土質(zhì)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值表（其中巖質(zhì)邊坡的坡率限值改以坡高和巖體基本質(zhì)量等級(jí)為影響因素），要求設(shè)計(jì)坡率不僅滿足抗滑穩(wěn)定要求，而且不超過為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值；③臨時(shí)邊坡為控制拉裂變形所設(shè)的坡率限值根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限取比永久邊坡小很多的值。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]付文光，羅小滿，孫春陽.淺議建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范中的若干規(guī)定[J].巖土力學(xué)，2012，增刊1:190-195.