既有軟質(zhì)巖邊坡工程檢測(cè)鑒定技術(shù)研究

龍 舉，帥海樂

(1.貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽550006;2.貴州省建筑科學(xué)研究檢測(cè)中心，貴州 貴陽550006)

貴州地處山區(qū)，因建筑場(chǎng)地所需，各類型的邊坡工程隨處可見，邊坡工程事故時(shí)有發(fā)生。本文依托貴州省煙草公司某烤煙中轉(zhuǎn)倉庫邊坡工程，并結(jié)合實(shí)際工作中遇到各類邊坡工程由于種種原因出現(xiàn)險(xiǎn)情的工程實(shí)例，探索既有軟質(zhì)巖邊坡工程的檢測(cè)鑒定技術(shù)，解決其檢測(cè)鑒定的技術(shù)難題。

1 工程概況

1.1 概況

貴州省煙草公司某烤煙中轉(zhuǎn)倉庫工程，場(chǎng)地位于斜坡地帶，經(jīng)過大開挖整平后作為建筑場(chǎng)地使用，在場(chǎng)地內(nèi)東側(cè)、南側(cè)、西側(cè)平場(chǎng)后，形成永久性高邊坡。

根據(jù)竣工資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，各段邊坡分布情況見圖1。

圖1 貴州省煙草公司某烤煙中轉(zhuǎn)倉庫工程邊坡分段示意圖

東側(cè)A段和B段邊坡長約120 m，高6.45 m～27.48 m;南側(cè)C段和D段邊坡長約240 m，高10.62 m ～27.93 m;西側(cè) E段邊坡長約88 m，高0.00 m ～19.11 m。其中A段邊坡采用懸臂抗滑樁支護(hù);B、C、D和E段邊坡原設(shè)計(jì)采用巖石噴錨支護(hù)。該邊坡工程在修建過程中，在B段至C段處發(fā)生了3次淺層垮塌事故后，設(shè)計(jì)單位對(duì)原巖石噴錨支護(hù)體系部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，變更后為格構(gòu)式非預(yù)應(yīng)力錨桿擋墻。

邊坡設(shè)計(jì)變更后施工過程中，整個(gè)邊坡的變形穩(wěn)定，根據(jù)竣工驗(yàn)收資料中邊坡變形監(jiān)測(cè)資料顯示，邊坡從2008年7月10日至2009年3月24日期間(約220 d)水平位移最大變形量為16 mm，下沉15 mm。坡體在支護(hù)結(jié)構(gòu)作用下處于穩(wěn)定狀態(tài)，且該邊坡通過了竣工驗(yàn)收。

2009年7月經(jīng)過半個(gè)雨季后(該地區(qū)雨季為每年5月至9月)，部分區(qū)段邊坡的坡頂及坡底排水溝發(fā)生下沉和側(cè)翻，邊坡變形逐漸明顯。2009年8月15日至9月10日期間，南側(cè)邊坡支護(hù)體系倉庫段出現(xiàn)嚴(yán)重變形、開裂，其中C－1段變形最為嚴(yán)重。

1.2 檢測(cè)難點(diǎn)

(1)邊坡已出現(xiàn)坡體明顯變形、坡頂開裂、支護(hù)體系下墜、支擋結(jié)構(gòu)開裂等嚴(yán)重問題，且工程地質(zhì)條件復(fù)雜，眾多巖土工程問題并存，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)鑒定工作危險(xiǎn)性高，難度大。

(2)針對(duì)場(chǎng)地復(fù)雜的地質(zhì)條件，需要選擇適宜有效的手段對(duì)該場(chǎng)地巖土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行全面了解，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。

(3)開裂和變形最嚴(yán)重的區(qū)段采用的支護(hù)形式是格構(gòu)式非預(yù)應(yīng)力錨桿擋墻。該種支護(hù)形式隱蔽工程多，且已通過竣工驗(yàn)收，對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定難度非常大。

1.3 檢測(cè)概況

通過調(diào)查該場(chǎng)地的原始地形和前期施工情況，并搜集勘察、設(shè)計(jì)等相關(guān)資料，采用多種勘察手段相結(jié)合的方法查明了該邊坡工程所在場(chǎng)地的巖土工程條件，進(jìn)行了大量的原位測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)獲得了該邊坡巖土體的物理力學(xué)參數(shù)。同時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)等多種檢測(cè)手段對(duì)該邊坡工程的外觀質(zhì)量、噴射混凝土面板厚度和配筋、格構(gòu)梁配筋和混凝土強(qiáng)度及保護(hù)層厚度、錨桿抗拔承載力和灌漿體完整性(灌漿飽滿度)的施工質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)巖土參數(shù)，對(duì)原設(shè)計(jì)文件進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，就現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性、邊坡狀態(tài)對(duì)建筑物的影響等因素進(jìn)行分析，對(duì)該邊坡工程的施工質(zhì)量和現(xiàn)狀作出了準(zhǔn)確合理的鑒定結(jié)論，并提出合理的處理建議。

2 既有軟質(zhì)巖邊坡工程檢測(cè)鑒定技術(shù)

2.1 邊坡工程常用的加固方法及支護(hù)體系破壞原因

邊坡按不同的分類指標(biāo)可分為很多種，不同類型的邊坡，由于其巖土體的結(jié)構(gòu)和性狀不同，其穩(wěn)定性也會(huì)不同，尤其是含有軟弱層和不利結(jié)構(gòu)面的坡體，常常出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)滑塌[1－3]。評(píng)價(jià)一個(gè)邊坡的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)其地形地貌、形態(tài)特征、地層條件、地下水活動(dòng)和出露位置、工程荷載條件、振動(dòng)、氣候條件和地表植被發(fā)育等各種因素綜合確定[4－7]。當(dāng)邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算不能滿足要求時(shí)，就需要采取工程措施來進(jìn)行邊坡加固[1]。邊坡加固的本質(zhì)在于改變滑動(dòng)體滑面上的平衡條件，提高抗滑能力[1]。邊坡常用的加固的方法有擋墻、抗滑樁、錨桿(索)、錨噴護(hù)面、削坡卸載、排水降壓、地面防滲等[8]。

導(dǎo)致邊坡工程既有支護(hù)體系破壞的原因很多，包括工程地質(zhì)因素的內(nèi)部原因、人類活動(dòng)和自然災(zāi)害的外部原因、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題或施工問題等，或者是這些因素共同引起。破壞的發(fā)展過程也各不相同，有在施工中就產(chǎn)生破壞的，也有經(jīng)過較長時(shí)間積累發(fā)展在使用多年后才暴露出嚴(yán)重影響的，還有在外界影響下突發(fā)產(chǎn)生的。比如地震或人工爆破的影響，特大暴雨或異常洪水的影響，或者支護(hù)體系的設(shè)計(jì)或施工質(zhì)量存在問題，當(dāng)出現(xiàn)惡劣工況時(shí)，在一些觸發(fā)因素的作用下，就會(huì)導(dǎo)致支護(hù)體系破壞，從而導(dǎo)致坡體失穩(wěn)[9－12]。

一般情況下，人工開挖的反傾層狀巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性好。然而在工程實(shí)踐中，人們常常忽略了某些巖體所具有的一些特殊性，從而導(dǎo)致在建或已建邊坡出現(xiàn)工程問題。

2.2 既有邊坡工程檢測(cè)鑒定的目的和必要性

貴州地處山區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜多變，因勘察、設(shè)計(jì)、施工和管理不當(dāng)?shù)仍蛟斐梢恍┻吰鹿こ檀嬖谫|(zhì)量低劣、安全度低、耐久性差、抗震性能低及年久失修的問題。對(duì)存在安全隱患或影響正常使用的邊坡工程急需進(jìn)行檢測(cè)鑒定、加固治理。然而既有邊坡工程鑒定與加固涉及邊坡工程施工質(zhì)量、工程與水文地質(zhì)、巖土力學(xué)、支護(hù)結(jié)構(gòu)、錨固技術(shù)、施工及監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面，且邊坡工程巖土特性復(fù)雜多變，破壞模式、巖土體計(jì)算參數(shù)、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法均存在諸多不確定性[13]。因此，對(duì)邊坡工程的檢測(cè)鑒定技術(shù)的研究有著非常重要的意義。

2.3 既有邊坡工程檢測(cè)鑒定的原則

邊坡工程檢測(cè)鑒定應(yīng)遵循下列原則[14]:

(1)邊坡工程鑒定應(yīng)明確鑒定的對(duì)象、范圍和要求。

(2)既有邊坡工程加固前應(yīng)進(jìn)行邊坡工程鑒定。

(3)在下列條件下，應(yīng)進(jìn)行邊坡工程安全性鑒定:遭受災(zāi)害、事故或其他應(yīng)急鑒定時(shí);存在較嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷或出現(xiàn)影響邊坡工程安全性、適用性或耐久性的材料劣化、構(gòu)件損傷或其他不利狀態(tài)時(shí);對(duì)鄰近建筑物安全有影響時(shí);進(jìn)行改造、擴(kuò)建及使用環(huán)境改變時(shí);需要進(jìn)行整體維護(hù)、維修時(shí);達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限擬繼續(xù)使用時(shí);需進(jìn)行司法鑒定時(shí);使用性鑒定中發(fā)現(xiàn)安全性問題時(shí)。

(4)在下列情況下，可進(jìn)行邊坡工程正常使用性鑒定:使用維護(hù)中需要進(jìn)行常規(guī)性的檢查;邊坡工程有特殊使用要求的鑒定。

(5)當(dāng)邊坡工程存在耐久性問題時(shí)，應(yīng)進(jìn)行邊坡工程耐久性鑒定。

2.4 既有邊坡工程檢測(cè)鑒定的程序

邊坡工程檢測(cè)鑒定可按圖2進(jìn)行[14]。

圖2 既有邊坡工程檢測(cè)鑒定程序圖

3 檢測(cè)結(jié)果

3.1 工程地質(zhì)條件補(bǔ)勘

鑒于事故邊坡變形較嚴(yán)重，鉆探和高密度電法勘探工作量主要布置在坡體的上緣及坡腳位置，同時(shí)對(duì)邊坡所處場(chǎng)地進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查。

邊坡巖體的主要結(jié)構(gòu)面的具體情況見表1。

表1 邊坡巖體結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)特征一覽表

通過對(duì)該事故邊坡的工程地質(zhì)條件進(jìn)行補(bǔ)勘可知:

(1)場(chǎng)地位于斜坡地帶，經(jīng)人工改造后，現(xiàn)支撐體系邊坡較陡，大多地段坡度大于60°。

(2)場(chǎng)地受構(gòu)造影響強(qiáng)烈，邊坡巖體產(chǎn)狀變化較大且陡傾角節(jié)理裂隙極發(fā)育，局部扭曲嚴(yán)重，巖體極破碎，巖體完整性差。

(3)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件復(fù)雜，坡體主要由薄層夾中厚層炭質(zhì)泥巖組成，該巖體為極軟巖，巖體力學(xué)性能差(c、φ值低)，巖體易風(fēng)化、遇水易軟化及膨脹、卸荷易松馳、長期蠕變等不良性質(zhì)。場(chǎng)區(qū)以北及以東約200 m～300 m范圍內(nèi)存在明顯的蠕動(dòng)擠壓變形現(xiàn)象;場(chǎng)地附近尚有多處同類巖體的邊坡出現(xiàn)嚴(yán)重變形甚至垮坍。

(4)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件復(fù)雜，附近有多個(gè)水井，且具承壓性，受構(gòu)造及巖體裂隙影響，場(chǎng)地內(nèi)地下水位及水量極不穩(wěn)定。

3.2 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)炭質(zhì)泥巖分別在天然狀態(tài)和人工浸水狀態(tài)下各進(jìn)行三組現(xiàn)場(chǎng)大型直剪試驗(yàn)(見圖3)，試驗(yàn)采用“平推法”;對(duì)炭質(zhì)泥巖(夾鈣質(zhì)泥巖團(tuán)塊)在天然狀態(tài)下進(jìn)行3個(gè)點(diǎn)靜載荷試驗(yàn)(見圖4)，試驗(yàn)采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法加荷。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)共取原狀紅黏土土樣6組和巖樣30組(其中石灰?guī)r10組、炭質(zhì)泥巖10組、鈣質(zhì)泥巖10組)，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)，采用工程類比法，綜合確定場(chǎng)地巖土層相關(guān)指標(biāo)見表2。

3.3 水質(zhì)分析

本次補(bǔ)充勘察共取兩件水樣于室內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)分析，根據(jù)水質(zhì)分析報(bào)告，場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物不構(gòu)成碳酸鹽侵蝕性。

3.4 既有邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量檢測(cè)

(1)外觀質(zhì)量檢測(cè):

格構(gòu)梁平面布置、縱橫間距、截面尺寸符合設(shè)計(jì)文件要求;個(gè)別錨桿位置不在節(jié)點(diǎn)中心(見圖5)。邊坡格構(gòu)立柱存在不在同一軸線上的問題，坡面凹凸不平，節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)巖腔(見圖6)。施工中的坡面凹凸不平，不利于局部坡體的穩(wěn)定性、不利于豎向荷載的傳遞，也導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)部位應(yīng)力集中，不利于構(gòu)件的受力。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)大型直剪試驗(yàn)

圖4 靜載試驗(yàn)

表2 邊坡巖土物理力學(xué)指標(biāo)表

圖5 錨桿不在節(jié)點(diǎn)內(nèi)

(2)混凝土分項(xiàng)工程檢測(cè):

采用鉆芯法抽檢混凝土噴射厚度，檢測(cè)結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)格構(gòu)梁混凝土強(qiáng)度進(jìn)行抽檢，滿足設(shè)計(jì)要求的合格率為72.3%。格構(gòu)梁混凝土保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)的最小厚度要求。

圖6 坡面凹凸、節(jié)點(diǎn)破壞

(3)鋼筋分項(xiàng)工程檢測(cè)

噴射混凝土面板為單層雙向配筋，拉結(jié)筋為“X”型布置，鋼筋規(guī)格和直徑均符合設(shè)計(jì)文件要求。格構(gòu)梁采用的主筋和箍筋的規(guī)格和直徑均符合設(shè)計(jì)要求，但節(jié)點(diǎn)部位箍筋間距大于200 mm，不符合設(shè)計(jì)文件要求。

(4)錨桿質(zhì)量檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)通過錨桿無損檢測(cè)儀對(duì)31根錨桿進(jìn)行灌漿體完整性(灌漿飽滿度)進(jìn)行抽檢。合格率為87.1% 。

在進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)時(shí)，由于后張法張拉端錨具的錨板多采用圓柱狀，該項(xiàng)目的邊坡本身開裂嚴(yán)重，且錨桿與坡面都有一定傾角，從工期和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮，不具備重新設(shè)置鋼筋混凝土錨墊墩來保證錨桿與承壓面垂直的條件。為了檢測(cè)操作方便，試驗(yàn)效果可靠，研制了一種張拉端夾片式錨具[15]，有效的解決了以上問題。試驗(yàn)結(jié)果表明，5根試驗(yàn)錨桿在12 t荷載作用下，位移量很小，抽樣的錨桿抗拔承載力滿足設(shè)計(jì)要求。從邊坡的破壞表征來看，錨桿的承載力也尚未達(dá)到極限。

(5)排水體系與設(shè)施檢查

邊坡的深層排水孔數(shù)量和平面布置上，不符合設(shè)計(jì)要求。淺表排水孔施工不符合設(shè)計(jì)要求。坡頂截水溝設(shè)置與自然地坪過渡處理不當(dāng)，局部地段坡頂截水溝不能發(fā)揮作用(見圖7)。局部坡面滲水嚴(yán)重，已經(jīng)明顯出現(xiàn)鈣化痕跡。

圖7 排水體系失效

(6)格構(gòu)擋墻基礎(chǔ)檢測(cè)

通過在邊坡底部布置探坑對(duì)格構(gòu)擋墻基礎(chǔ)進(jìn)行開挖揭露，發(fā)現(xiàn)豎向格構(gòu)無可靠基礎(chǔ)，且存在大量地下水(見圖8)，加之排水體系與設(shè)施不能發(fā)揮作用，導(dǎo)致錨桿格構(gòu)擋墻基礎(chǔ)的持力層軟化嚴(yán)重。

圖8 豎向格構(gòu)無可靠基礎(chǔ)，且地下水豐富

3.5 支護(hù)設(shè)計(jì)復(fù)核與驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)典型剖面，采用補(bǔ)勘所得巖土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，對(duì)原設(shè)計(jì)文件進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。其中B段邊坡現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)Ks＞2.00，C－1段邊坡現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)為Ks=1.02，C－2段邊坡現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)Ks=1.37;D段邊坡現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)Ks=1.73;E段邊坡現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)Ks=1.61。

3.6 檢測(cè)鑒定結(jié)果

(1)場(chǎng)地受構(gòu)造影響強(qiáng)烈，邊坡工程地質(zhì)條件復(fù)雜，坡體巖質(zhì)軟，巖體力學(xué)性能差(c、φ值低)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖體具易風(fēng)化、遇水軟化及膨脹等不良性質(zhì);設(shè)計(jì)采用的巖土力學(xué)參數(shù)不符合實(shí)際情況，致使結(jié)構(gòu)抗力及安全儲(chǔ)備不足;錨桿格構(gòu)立柱根部未設(shè)置基礎(chǔ)，立柱埋深過淺，且臨近排水溝，加之坡腳巖體破碎程度較高，遇水易軟化;對(duì)于坡面處理不當(dāng)、邊坡內(nèi)部排水體系不暢;大部分格構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、箍筋間距偏大、施工縫留設(shè)位置不規(guī)范。

(2)C－1段邊坡經(jīng)驗(yàn)算，現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)偏低，且產(chǎn)生了嚴(yán)重的變形及開裂現(xiàn)象，原支護(hù)體系安全性不能滿足規(guī)范及正常使用要求，經(jīng)綜合分析邊坡目前處于滑坡發(fā)育初期之蠕動(dòng)擠壓變形階段，在技術(shù)上具備加固條件。

(3)B段、C－2段、D段和E段邊坡，現(xiàn)有支護(hù)體系穩(wěn)定性安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，但經(jīng)檢測(cè)支護(hù)體系未發(fā)現(xiàn)明顯的變形及開裂情況，但存在格構(gòu)擋墻無基礎(chǔ)、坡面不平整、大部分構(gòu)件混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求、格構(gòu)梁節(jié)點(diǎn)施工不規(guī)范、排水系統(tǒng)不能發(fā)揮作用等質(zhì)量缺陷，應(yīng)采取措施進(jìn)行整改，以保證支護(hù)體系正常發(fā)揮作用。

(4)A段邊坡，由于設(shè)計(jì)為懸臂樁，施工過程中坡頂有水平位移，但在檢測(cè)期間未發(fā)現(xiàn)變形進(jìn)一步發(fā)展。因場(chǎng)地工程地質(zhì)條件復(fù)雜，建議由原監(jiān)測(cè)單位繼續(xù)對(duì)該段邊坡的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以掌握坡體及支擋結(jié)構(gòu)的變形情況及變形趨勢(shì)。如邊坡變形趨向收斂和穩(wěn)定，則可正常使用;如變形繼續(xù)發(fā)展，再考慮處理措施。

4 結(jié)語

通過對(duì)既有軟巖邊坡工程檢測(cè)鑒定技術(shù)進(jìn)行研究，提出了適合該類型邊坡工程檢測(cè)鑒定的適用方法，在實(shí)際工程中進(jìn)行應(yīng)用，取得了良好的效果，主要得出以下研究結(jié)論:

(1)通過試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐，形成了一套既有軟質(zhì)巖事故邊坡工程的檢測(cè)鑒定體系;

(2)由于軟質(zhì)巖(炭質(zhì)泥巖)的遇水軟化、膨脹，卸荷后易松弛、蠕變等的特性，在邊坡(特別是切向坡)工程施工過程中常常被忽視，而造成嚴(yán)重的工程事故或隱患。通過大量測(cè)試與分析，認(rèn)為軟質(zhì)巖邊坡工程需重點(diǎn)考慮巖土體自身的特性對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，這為以后類似工程提供了借鑒;

(3)研制的一種張拉端夾片式錨具克服了現(xiàn)有錨具在針對(duì)邊坡及基坑支護(hù)過程中需要設(shè)置錨墊墩才能保證錨索與承壓面垂直的不足。在鋼絞線與坡面不垂直時(shí)，不用專門設(shè)置混凝土錨墊墩，僅使用該錨具可保證鋼絞線與承壓面垂直，施工方便，效果可靠。

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