挖方邊坡穩(wěn)定性及治理措施實(shí)例分析

周志國(guó)，符必昌，周志彬

( 昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093)

大關(guān)縣教育局?jǐn)M建大關(guān)縣第二高中，場(chǎng)地現(xiàn)狀為原始地貌，由于整平標(biāo)高，場(chǎng)地整平后，場(chǎng)地北東側(cè)食堂及室內(nèi)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、學(xué)生宿舍、實(shí)驗(yàn)樓、配電室等沿線擬建建筑的北東側(cè)形成了4條挖方邊坡(1#邊坡、2#邊坡、3#邊坡、4#邊坡)。為了確保場(chǎng)地整平后形成的邊坡穩(wěn)定性及建設(shè)項(xiàng)目的安全性，需要對(duì)建場(chǎng)地整平后形成的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并提出合理的防治工程方案建議。

1 邊坡工程地質(zhì)條件

1.1 邊坡概況

1#邊坡，坡長(zhǎng)約84 m，挖方高約11.0～17.0 m，走向約144°(324°)，傾向234°。整平開挖后邊坡坡體物質(zhì)主要為①層耕土、②層含礫粉質(zhì)粘土、③層碎石、④1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖，為土質(zhì)邊坡，為永久性邊坡。

2#邊坡，坡長(zhǎng)約134 m，挖方高約10.0～11.0 m，走向約137°(317°)，傾向227°。整平開挖后邊坡坡體物質(zhì)主要為①層耕土、②層含礫粉質(zhì)粘土、③層碎石、④1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖，為土質(zhì)邊坡，為永久性邊坡。

3#邊坡，坡長(zhǎng)約61 m，挖方高約11.0～15.0 m，走向約135°(315°)，傾向225°。整平開挖后邊坡坡體物質(zhì)主要為①層耕土、②層含礫粉質(zhì)粘土、③層碎石，為土質(zhì)邊坡，為永久性邊坡。

4#邊坡，坡長(zhǎng)約79 m，挖方高約8.0～12.0 m，走向約135°(315°)，傾向225°。整平開挖后邊坡坡體物質(zhì)主要為①層耕土、②層含礫粉質(zhì)粘土、③層碎石，為土質(zhì)邊坡，為永久性邊坡。

1.2 邊坡巖土類型及力學(xué)指標(biāo)

場(chǎng)地內(nèi)1#～4#邊坡所處區(qū)段地層巖土性質(zhì)基本一致。根據(jù)巖土特性、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果等，揭露巖土綜合分析評(píng)價(jià)如下：

(1) ①層耕土(Q4pd)：深褐、褐灰色，稍濕-濕，結(jié)構(gòu)松散-稍密，孔隙大，夾少量植物根莖及大量腐植物，該層分布于1#～4#邊坡所處區(qū)段地表，分布穩(wěn)定。據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，建議承載力特征值fak=60 kPa。

(2) ②層含礫粉質(zhì)粘土：灰黃、深褐色，可塑，濕，切面較粗糙，無光澤，韌性中等，干強(qiáng)度較高，礫石含量15%～25%，礫徑0.2～2.0 cm，局部夾少量孤石。該層1#～4#邊坡所處區(qū)段均有分布，僅局部(13個(gè)鉆孔)未揭露該層，分布較穩(wěn)定。含水率ω=18.16%～42.19%，平均值ω=26.44%，重力密度ρ=12.5～20.6 kN/m3，平均值ρ=15.4 kN/m3，濕密度ρd=1.77～2.11 g/cm3，平均值為1.94 g/cm3，孔隙比e=0.53～1.14，平均值為0.75，飽和度Sr=81.96%～99.90%，平均值Sr=94.38%，液性指數(shù)IL=0.14～0.95，平均值IL=0.56，固結(jié)快剪：凝聚力Ccq=22.48～56.68 kPa，標(biāo)準(zhǔn)值Ccq=37.68 kPa，內(nèi)摩擦角φcq=5.44°～19.67°，標(biāo)準(zhǔn)值φcq=13.11°，浸水快剪：凝聚力C=10.25～26.55 kPa，標(biāo)準(zhǔn)值C=17.46 kPa，內(nèi)摩擦角φ=4.15°～8.94°，標(biāo)準(zhǔn)值φ=4.55°，壓縮系數(shù)平均值a1-2= 0.3 MPa-1，壓縮模量平均值Es1-2=6.14 MPa；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N=4.0～16.0擊/30 cm，平均錘擊數(shù)為7.5擊，據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，建議承載力特征值fak=160 kPa。

(3) ③層碎石：灰黃、深褐色，中密，濕，主要為崩塌堆積的強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化灰?guī)r，局部夾少量孤石、塊石，碎石含量50%～80%，粒徑一般為3～15 cm，粘性土充填。該層在鉆孔揭露范圍內(nèi)均有分布，分布穩(wěn)定。重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)經(jīng)桿長(zhǎng)修正后錘擊數(shù)N63.5=2.7～37.8擊/10 cm。重型圓錐動(dòng)力觸探經(jīng)桿長(zhǎng)修正后平均錘擊數(shù)為9.1擊。據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，建議承載力特征值fak=200 kPa。

(4) ④1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖：紫紅色，結(jié)構(gòu)破碎，呈中-厚層狀分布，巖芯呈碎塊狀、餅狀，少數(shù)短柱狀，巖芯采取率65%～70%，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD<25%，屬極差的，巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，完整程度為破碎，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。該層1#～4#邊坡所處區(qū)段均有分布，分布穩(wěn)定。產(chǎn)狀235°∠45°。重型圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)經(jīng)桿長(zhǎng)修正后錘擊數(shù)N63.5=7.3～28.1擊/10 cm。重型圓錐動(dòng)力觸探經(jīng)桿長(zhǎng)修正后平均錘擊數(shù)為13.4擊，各孔重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)均有反彈現(xiàn)象。點(diǎn)荷載Is=0.05 MPa，折算后的單軸飽和抗壓強(qiáng)度frk=2.0 MPa。建議承載力特征值為fak=500 kPa。

(5) ④2層中風(fēng)化泥巖：紫紅色，呈中厚層狀分布，質(zhì)硬，巖芯呈短柱狀、長(zhǎng)柱狀，采取率75%～85%，巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD 25%～50%，屬差的，為較軟巖，巖層產(chǎn)狀235°∠45°。該層頂板埋深為8.0～32.2 m，揭露層厚0.7～17.2 m，平均厚度6.38 m。該層分布于1#～4#邊坡所處區(qū)段下部。

2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

2.1 巖土參數(shù)

為準(zhǔn)確地對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性作出定量評(píng)價(jià)和為防護(hù)工程設(shè)計(jì)提供必要的技術(shù)參數(shù)，對(duì)場(chǎng)地地基巖土取樣進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)分析，本次邊坡計(jì)算參數(shù)推薦值取值說明：①層耕土取值本次提供經(jīng)驗(yàn)參考值；②層含礫粉質(zhì)粘土取值,在室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，同時(shí)借鑒類似工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)取值；③層碎石取值，由于碎石間隙為粉質(zhì)粘土充填，邊坡可能產(chǎn)生滑移主要由較軟弱的粉質(zhì)粘土控制，該粉質(zhì)粘土性狀與②層粉質(zhì)粘土相似，因此③層取值參考②層數(shù)據(jù)，同時(shí)借鑒類似工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)取值；④1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖取值采用現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試(重型動(dòng)力觸探試驗(yàn))數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值查表，同時(shí)借鑒類似工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)取值；④2層中風(fēng)化泥巖取值，取值采用室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)平均值或統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，巖體內(nèi)摩察角根據(jù)巖塊內(nèi)摩察角結(jié)合巖體完整程度(較破碎)，折減系數(shù)為0.83，折減取值。場(chǎng)地內(nèi)穩(wěn)定地下水水位在1.0～8.5 m，考慮巖土體浸水后物理力學(xué)性質(zhì)有所下降，水位以上土體選用下表(表1)固結(jié)剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)，水位以下土體選用下表(表1)飽和剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)，邊坡計(jì)算巖土參數(shù)見表1。

表1 邊坡計(jì)算指標(biāo)參數(shù)建議值表

備注:帶“*”者為地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值或工程類比值。

2.2 附加荷載

地下水壓力：邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用水土合算法計(jì)算，不考慮地下水壓力。

建筑物荷載：由于邊坡上部未布置擬建建筑，場(chǎng)地內(nèi)擬建建筑均處于邊坡下方，因此，計(jì)算不考慮建筑物荷載。

挖方區(qū)屬7度抗震設(shè)防烈度區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15 g，第三組，穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)考慮地震作用力。

2.3 計(jì)算方法和計(jì)算公式

場(chǎng)地內(nèi)1#～4#邊坡均為土質(zhì)邊坡，邊坡巖土體力學(xué)強(qiáng)度低，在地下水作用(浸水后松散巖土體強(qiáng)度降低)、地震等不利作用影響下存在邊坡巖土體自身強(qiáng)度不足產(chǎn)生滑移。穩(wěn)定性計(jì)算選用圓弧滑動(dòng)模式采用極限平衡法中的瑞典條分法分析，利用北京理正邊坡穩(wěn)定分析軟件進(jìn)行自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)(潛在)破壞面。計(jì)算公式如下：

式中,Fs為邊坡穩(wěn)定系數(shù)；ci為第i計(jì)算條塊滑面黏聚力(kPa)；φi為第i計(jì)算條塊滑面內(nèi)摩擦角(°)；li為第i計(jì)算條塊滑面長(zhǎng)度(m)；θi為第i計(jì)算條塊滑面傾角(°)，滑面傾向與滑動(dòng)方向相同時(shí)取正值，滑面傾向與滑動(dòng)方向相反時(shí)取負(fù)值；Ui為第i計(jì)算條塊滑面單位寬度總水壓力(kN/m)；Gi為第i計(jì)算條塊單位寬度自重(kN/m)；Gbi為第i計(jì)算條塊單位寬度豎向附加荷載(kN/m)；方向指向下方時(shí)取正值，指向坡內(nèi)時(shí)取負(fù)值；Qi為第i計(jì)算條塊單位寬度水平荷載(kN/m)；方向指向坡外時(shí)取正值，指向坡內(nèi)時(shí)取負(fù)值；hψi，hw,i-1為第i及第i-1計(jì)算條塊滑面前端水頭高度(m)；γw為水重度，取10 kN/m3；i為計(jì)算條塊號(hào)，從后方起編；n為條塊數(shù)量。

2.4 計(jì)算結(jié)果

由于填土性質(zhì)未知，僅對(duì)4條邊坡所處區(qū)段現(xiàn)狀自然斜坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，按天然工況、地震工況兩種工況分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2～5。

表2 1#邊坡計(jì)算結(jié)果表

2.5 綜合分析

根據(jù)表2～5及邊坡計(jì)算書進(jìn)行1#～4#邊坡分析評(píng)價(jià)見表6～9(邊坡安全系數(shù)Fs天然狀態(tài)取1.35，地震工況取1.15)；根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

從表6可以看出，1#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此場(chǎng)地整平開挖后1#邊坡穩(wěn)定性差。

從表7可以看出，2#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況下處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，因此場(chǎng)地整平開挖后2#邊坡穩(wěn)定性較差。

表3 2#邊坡計(jì)算結(jié)果

表4 3#邊坡計(jì)算

表5 4#邊坡計(jì)算

表6 1#邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

表7 2#邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)表

表8 3#邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

從表8可以看出，3#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此場(chǎng)地整平開挖后3#邊坡穩(wěn)定性差。

表9 4#邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

從表9可以看出，4#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此場(chǎng)地整平開挖后4#邊坡穩(wěn)定性差。

3 治理措施

考慮場(chǎng)地可能不具備放坡條件及相鄰建筑施工安全等因素，4條開挖邊坡均采用邊坡頂部采用排水護(hù)坡設(shè)施；邊坡坡面采用錨(桿)索框架梁做坡面防護(hù)；邊坡坡腳采用樁板式擋墻進(jìn)行支護(hù)，樁端持力層采用④層下部的中風(fēng)化泥巖。

4 結(jié)論

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算，1#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，場(chǎng)地整平開挖后1#邊坡穩(wěn)定性差；2#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況下處于欠穩(wěn)定-不穩(wěn)定狀態(tài)，場(chǎng)地整平開挖后2#邊坡穩(wěn)定性較差；3#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，場(chǎng)地整平開挖后3#邊坡穩(wěn)定性差；4#挖方邊坡開挖后，天然工況和地震工況均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，場(chǎng)地整平開挖后4#邊坡穩(wěn)定性差。在暴雨和庫(kù)區(qū)水位上升的作用下會(huì)向更不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展, 應(yīng)實(shí)施必要的工程治理。給出的治理措施方案經(jīng)過實(shí)施后證明了其可行性, 對(duì)提高邊坡的安全儲(chǔ)備具有很好的穩(wěn)定作用。

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