坡頂建構(gòu)筑物對既有邊坡的安全性影響分析

唐家富 賀 渝 陸 梟

(1.重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400020； 2.重慶市渝北區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶 401120)

坡頂建構(gòu)筑物對既有邊坡的安全性影響分析

唐家富1賀 渝2陸 梟1

(1.重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400020； 2.重慶市渝北區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶 401120)

介紹了某邊坡坡頂修建重要構(gòu)筑物對既有邊坡穩(wěn)定性的影響鑒定過程，通過常規(guī)和有限元數(shù)值分析法對邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，對同類型的坡頂有重要建筑物的邊坡檢測鑒定有一定的工程參考價值。

邊坡，坡頂重要建筑物，安全性

0 引言

重慶是個山區(qū)城市，隨著城市化進(jìn)程的加快，各類邊坡構(gòu)筑物越來越多，其中在邊坡坡頂修建重要建構(gòu)筑物的情況也越來越多，鑒于該類邊坡的特殊性和重要性，GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范將坡頂有重要建構(gòu)筑物的邊坡工程單列一章進(jìn)行詳細(xì)介紹。本文以某邊坡坡頂修建重要構(gòu)筑物對既有邊坡安全性影響的鑒定為例，探討該類邊坡的檢測鑒定，為同類邊坡鑒定提供參考。

1 工程概況

該邊坡位于重慶市綦江區(qū)，邊坡為鐵路修建時開挖形成，該段邊坡為巖質(zhì)邊坡，主要由砂巖和泥巖組成，長約195 m，高約20 m～30 m，呈弧形，邊坡坡面已噴射混凝土進(jìn)行了坡面防護(hù)、局部主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)及局部支撐支護(hù)。由于在邊坡坡頂需修建多棟建筑，且建筑距離邊坡坡頂外緣較近，為明確在建建筑對既有邊坡穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行了本次鑒定。

2 資料調(diào)查

2.1 工程地質(zhì)

場地位于中峰寺向斜東翼，地層產(chǎn)狀281°∠5°，巖層傾角較平緩。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場區(qū)內(nèi)及附近無斷層通過。在場地附近的基巖陡坎露頭中測得兩組裂隙：產(chǎn)狀分別為：

1)96°∠54°，裂隙延伸長度2 m～3 m，間距1.0 m～2.0 m，閉合，無充填，貫通性好，為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合差；

2)298°∠75°，裂隙長度1.5 m～3 m，間距1.0 m～2.0 m，張開0.5 mm～2 mm，少量泥質(zhì)充填，為軟弱結(jié)構(gòu)面，結(jié)合很差；巖體中構(gòu)造裂隙不發(fā)育～較發(fā)育，場區(qū)巖體總體上較完整，多為層狀結(jié)構(gòu)，層面為貫通性軟弱結(jié)構(gòu)面，結(jié)合很差。

邊坡設(shè)計參數(shù)取值建議：

邊坡巖體破裂角：取外傾結(jié)構(gòu)面傾角或外傾結(jié)構(gòu)面交線傾角和45°+φ/2兩者中的較小值，建議：泥巖45°+φ/2=60°,砂巖45°+φ/2=62°；邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角：建議泥巖取50°，砂巖取55°。

2.2 邊坡設(shè)計和施工資料

由于該邊坡為修建鐵路時開挖并支護(hù)，現(xiàn)已經(jīng)無法收集到該邊坡相關(guān)資料。根據(jù)邊坡頂部地產(chǎn)開發(fā)項目施工圖顯示在該邊坡側(cè)主要設(shè)計有4號樓、5號樓和6號樓以及地下2層車庫。

2.3 邊坡變形監(jiān)測資料調(diào)查

委托方提供了《××項目邊坡監(jiān)測月報》，該監(jiān)測月報顯示結(jié)論“從監(jiān)測數(shù)據(jù)初步分析建筑物、地面宏觀調(diào)查情況：經(jīng)巡查，在該月監(jiān)測期內(nèi)被監(jiān)測的建筑物、邊坡未發(fā)生異常變形現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)與邊坡變形有關(guān)的地質(zhì)異常反應(yīng)，從地質(zhì)巡查表明建筑物、邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)”。

3 現(xiàn)場調(diào)查、檢測

3.1 邊坡外觀檢查

現(xiàn)場對邊坡的外觀質(zhì)量情況進(jìn)行了檢查，經(jīng)現(xiàn)場檢查，除局部噴射混凝土出現(xiàn)剝落外，其余部分未發(fā)現(xiàn)坡面外觀有裂縫、變形等缺陷。

3.2 邊坡坡率和立面檢查

為了對該邊坡安全性進(jìn)行評價，本次檢測共布置了10個檢測斷面，現(xiàn)場采用全站儀對該邊坡橫斷面和邊坡坡頂線和坡腳線進(jìn)行了實測，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，繪制了檢測斷面圖，選取典型斷面如圖1所示。

4 邊坡穩(wěn)定性分析、評價

4.1 定性分析

1)赤平投影分析。根據(jù)勘察報告中提供的巖層和裂隙走向、產(chǎn)狀，結(jié)合現(xiàn)場測量的邊坡坡向進(jìn)行定性分析，其赤平投影圖如圖2所示。

從圖2可知，巖層產(chǎn)狀與邊坡呈反向相交，為逆向(內(nèi)傾)邊坡，巖層產(chǎn)狀對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響??；裂隙組Ⅰ傾向與坡向呈大角度切向相交，主要起切割巖體作用，對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響?。涣严督MⅡ傾向與坡向呈反向相交，主要起切割巖體作用，對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響較小。邊坡整體穩(wěn)定性較好，可能的破壞模式以局部不穩(wěn)定掉塊為主。

邊坡無不利外傾結(jié)構(gòu)面，邊坡穩(wěn)定受巖體強度控制，邊坡主要破壞模式為局部掉塊。邊坡由泥巖和砂巖組成，其中泥巖為極軟巖，邊坡巖體類型為Ⅳ類，邊坡安全等級為一級。邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值取50°(按泥巖取)，邊坡破裂角取60°(按泥巖取)。

2)邊坡垮塌區(qū)范圍。根據(jù)GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范第3.2.3條估算邊坡塌滑區(qū)范圍，估算邊坡塌滑區(qū)范圍的計算公式如下：

L=H/tanθ

(1)

選取斷面2—2′,5—5′,7—7′和9—9′對邊坡的塌滑區(qū)范圍進(jìn)行了估算，其中：邊坡破裂角取60°，邊坡高度在相應(yīng)斷面上量取，計算結(jié)果見表1。

表1 塌滑區(qū)范圍計算結(jié)果

通過以上計算可知：4號、5號、6號樓以及地下車庫均在邊坡塌滑區(qū)影響范圍以外，故4號、5號、6號樓以及地下車庫對邊坡安全性無影響。

4.2 定量計算

1)平面滑動計算分析。

通過以上定性分析，本次以破裂面(60°)作為潛在滑動面，選取典型斷面2—2′采用平面滑動法對邊坡穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行計算評價。計算公式如下：

Ks=(γVcosθtgψ+Ac)/γVsinθ=(25×61.08×cos60°×tg30.39°+32.45×450)/(25×61.08×sin60°)=11.38>1.35(一級邊坡安全系數(shù))，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)(γ，c，ψ由勘察報告獲取;A,V由圖1上量取；θ取破裂面60°)。

2)邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析。

鑒于該邊坡的重要性，本次采用有限單元法進(jìn)一步分析邊坡的穩(wěn)定性。本次選取了9個斷面，采用ANSYS建模分析，分析方法為強度折減法。將坡頂建筑荷載按照集中荷載考慮加載到坡頂，然后選取初始折減系數(shù)，將巖土體強度參數(shù)進(jìn)行折減，將折減后的參數(shù)作為輸入，進(jìn)行有限元計算，若程序收斂，則巖土體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后再增加折減系數(shù)，直到程序恰好不收斂，此時的折減系數(shù)即為穩(wěn)定或安全系數(shù)。

經(jīng)計算9個斷面的邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果均大于1.35(一級邊坡安全系數(shù))，各斷面穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果見表2。

表2 各斷面穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果

本次選取典型斷面2將計算過程描述如下：當(dāng)巖土體強度折減系數(shù)F=1.8時，此時邊坡模型有塑性應(yīng)變，但沒有貫通到坡頂。當(dāng)巖土體強度折減系數(shù)F=2.0時，塑性區(qū)貫通到坡頂，并且此時解不收斂，表明此時邊坡已經(jīng)破壞，因此，該邊坡模型的安全系數(shù)取值為1.8。圖3，圖4為2號斷面的計算圖。

5 綜合分析

通過對該邊坡的現(xiàn)場調(diào)查、測繪及查閱了委托方提供的技術(shù)資料，經(jīng)多種方法分析，4號、5號、6號樓及地下車庫對邊坡安全性影響有如下分析：

1)根據(jù)現(xiàn)場對邊坡外觀檢查，發(fā)現(xiàn)除局部噴射混凝土出現(xiàn)剝落以外，未發(fā)現(xiàn)坡面有其他外觀質(zhì)量缺陷；也未發(fā)現(xiàn)邊坡體有滑移或外力引起的裂縫等異常狀況，邊坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定。

2)根據(jù)委托方提供的技術(shù)資料(含監(jiān)測月報)，結(jié)合本次現(xiàn)場調(diào)查、測繪和定性、定量分析，評估認(rèn)為：4號、5號、6號樓及地下車庫對該段邊坡安全性無影響。其理由如下：

a.邊坡不是順向坡，無不利結(jié)構(gòu)面，邊坡穩(wěn)定受巖體強度控制，巖體較完整。

b.4號、5號、6號樓及地下車庫均在邊坡塌滑區(qū)范圍以外，故其對邊坡影響小。

c.采用平面滑動法對邊坡體進(jìn)行計算分析，邊坡穩(wěn)定系數(shù)均大于1.35(一級邊坡安全系數(shù))，表明邊坡整體穩(wěn)定。

d.考慮建筑物上部荷載作用采用有限元數(shù)值分析法對該段邊坡進(jìn)行計算分析，其穩(wěn)定系數(shù)均大于1.35(一級邊坡安全系數(shù))，表明邊坡整體穩(wěn)定。

e.根據(jù)監(jiān)測資料顯示，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3)該段邊坡坡頂未修建截、排水溝，另有部分坡體表面噴射混凝土破損現(xiàn)象，建議盡快修建相應(yīng)的截、排水溝，對邊坡坡面進(jìn)行正常維護(hù)、維修處理。

4)由于該段邊坡高度大，坡腳和坡頂均有重要建筑，邊坡破壞后果很嚴(yán)重，建議加強對該段邊坡的監(jiān)測和巡視檢查工作，監(jiān)測時間不宜少于2年，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時向有關(guān)單位匯報，以便采取相應(yīng)的處理措施。

6 評估結(jié)論及建議

通過查閱了委托方提供的技術(shù)資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、測繪，經(jīng)綜合分析，有如下評估結(jié)論和建議：

1)4號、5號、6號樓及地下車庫對邊坡安全性未產(chǎn)生影響，邊坡安全性未改變，邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。

2)建議：

a.在邊坡坡頂修建相應(yīng)的截、排水溝，對局部坡面進(jìn)行維護(hù)、維修處理。

b.對邊坡進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測時間不宜少于2年，監(jiān)測過程中若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時向有關(guān)單位匯報，以便采取相應(yīng)的處理措施。

[1] GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB 50843—2013，建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis on the safety impact of top slope buildings upon existing slope

Tang Jiafu1He Yu2Lu Xiao1

(1.ChongqingAcademyofBuildingScience,Chongqing400020,China;2.ChongqingYubeiCommunityConstructionEngineeringQualitySupervisionStation,Chongqing401120,China)

The paper introduces influence identification process of important buildings built on the slope top upon existing slope stability, and carries out stability analysis on the slope with common and finite element numerical analysis methods, which has certain engineering guiding value for identifying and examining slope safety with important building on the slope top.

slope, important buildings on the slope top, safety

2015-06-24

唐家富(1982- )，男，工程師； 賀 渝(1978- )，男，高級工程師； 陸 梟(1989- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0078-03

TU413.62

A