降雨入滲作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性及坡頂建筑安全性檢測(cè)與分析

董武忠 謝強(qiáng)

1.湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院 2.湖南城市學(xué)院土木工程檢測(cè)中心 湖南 益陽 413000

1、前言

一般情況下，邊坡表層土體含水量隨氣候的變化而變化，旱季時(shí)處于非飽和狀態(tài)、雨季時(shí)處于飽和、過飽和狀態(tài)，降雨入滲是天然山坡與工程邊坡（基坑）引發(fā)邊坡失穩(wěn)的主要誘因之一，降雨對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定影響較為復(fù)雜，涉及到降雨特性、土的特性以及雨水土的相互作用問題，高華喜等（2007）研究了深圳市降雨與滑坡的歷史資料，暴雨尤其是大暴雨與滑坡的關(guān)系非常密切，相關(guān)系數(shù)達(dá)況下，降雨入滲作用可能危及坡頂建筑的安全。本文結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例，介紹了在降雨入滲作用下，土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，以及坡頂建筑的安全性的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和分析。

2、工程概況

0.8以上，周葵等（2017）探討了不同降雨強(qiáng)度對(duì)洛莫滑坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律，王棟梁（2014）降雨入滲條件下框架預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性研究。王繼華（2006）研究了降雨動(dòng)能外部作用和降雨入滲后坡體內(nèi)部產(chǎn)生的有關(guān)作用。坡頂存在既有建筑物的情

益陽城區(qū)某高層住宅小區(qū)建設(shè)施工中，因修建小區(qū)道路上邊形成了高度約15米，坡度系數(shù)為m=1.75的土質(zhì)邊坡，坡頂有一（6+1）層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，工程施工正值當(dāng)?shù)赜昙?，由于?shí)際切坡坡比較小（i=1：1.75），施工中忽視了坡面的防雨措施，在連續(xù)兩天降雨后坡體位移開始加大，坡頂建筑物出現(xiàn)開裂，于是對(duì)坡頂住戶人員進(jìn)行緊急疏散，對(duì)坡面土體進(jìn)行了緊急覆蓋，見圖1和圖2。為確保坡頂居民安全，受開發(fā)商委托，本單位對(duì)該切坡體和坡頂住宅做安全性鑒定，并對(duì)坡頂建筑實(shí)施為期2年的安全監(jiān)控。

圖1 道路邊坡與坡頂住宅位置圖

圖2 坡面臨時(shí)防雨措施

3、邊坡安全性鑒定邊坡失穩(wěn)機(jī)理及安全性鑒定

降雨作用誘發(fā)土質(zhì)邊坡失穩(wěn)的原因主要有兩個(gè)方面，其一是邊坡作用效應(yīng)加大了，降雨使土體含水量增加，導(dǎo)致土體下滑力（力矩）加大，在有邊坡有支擋結(jié)構(gòu)的情況下，增加了支擋圍護(hù)結(jié)構(gòu)所承受的主動(dòng)土壓力；其二是邊坡抗力降低，降雨順著土體原有的裂縫下滲，粘聚力、內(nèi)摩擦角及基質(zhì)吸力降低，從而在整體上降低了土體的抗剪強(qiáng)度。邊坡變形及失穩(wěn)將坡頂建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降或失穩(wěn)，導(dǎo)致建筑墻體開裂、整體垮塌等災(zāi)害。

對(duì)降雨入滲作用下，邊坡失穩(wěn)機(jī)理和坡頂建筑安全性進(jìn)行鑒定應(yīng)依據(jù)國家規(guī)范執(zhí)行，主要依據(jù)有：民用建筑的安全性分析依據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-2015)，邊坡穩(wěn)定性依據(jù)《建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范》（GB50843-2013)。

依據(jù)GB50330-2013規(guī)定，坡頂有重要建筑物的邊坡為一級(jí)邊坡，其邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst不小于1.35。又依據(jù)GB50843-2013，既有邊坡工程穩(wěn)定狀態(tài)分為四種，如表1所示。降雨入滲邊坡的安全性應(yīng)不小于Fst。

表1 既有邊坡工程穩(wěn)定狀態(tài)劃分

3.1 邊坡地質(zhì)及其特性

1、工程地質(zhì)勘察：根據(jù)建設(shè)單位提供的地質(zhì)勘察報(bào)告（報(bào)告主要依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2011編制），該土質(zhì)邊坡上層為人工雜填土（厚度1.5m-2.5m），下層為粘土（紅粘土，厚度大于15m）、下伏基巖為武陵期玄武巖（本次勘察未揭露）。各層土物理力學(xué)指標(biāo)及邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值如表2。

表2 切坡巖土計(jì)算參數(shù)與放坡推薦值

2、邊坡土體特性：邊坡土體基本上是由單一的紅粘土組成。紅粘土是一種特殊土體，成谷雨（1989）對(duì)此地紅粘土特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要結(jié)論有：①自由膨脹率為17-30%，無膨脹性；②紅粘土有氣孔遺跡，但不具有濕陷性。；③透水性差，在排水條件較好時(shí)，土的穩(wěn)定性較好，但排水條件差時(shí)，水體直接紅粘土斷面接觸，則紅粘土在重力作用下迅速自行崩解成軟泥。

3、經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，由于降雨作用，坡頂建筑物地基滲水進(jìn)入坡體，最大入滲深度達(dá)基礎(chǔ)平面以下2米，因此濕潤(rùn)土體從坡頂雜填土計(jì)算達(dá)5米。以坡頂建筑物基礎(chǔ)底面為邊坡穩(wěn)定分析地面線頂面，則住宅條形基礎(chǔ)作用超載為120kN/m，雜填土與紅粘土等效超載為46.8kN/m。水解后紅粘土力學(xué)強(qiáng)度急劇降低，直剪結(jié)果φq=2°，Cq≦8kPa。

3.2 邊坡降雨前后穩(wěn)定性分析

依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2013），計(jì)算土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定系數(shù)FS，規(guī)范建議采用簡(jiǎn)化BISHOP法，即公式1：

式中符號(hào)意義見（GB50330-2013）附錄A，計(jì)算時(shí)不考慮水壓力影響，取Ui=0。降雨前和降雨后計(jì)算參數(shù)摩擦角φ和粘聚力C采用表3所示。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘查得知，雨水已完全下滲上層在雜填土，坡頂磚砌擋墻垮塌，導(dǎo)致臨近擋墻的建筑物排水溝開裂，雨水下滲至橫墻基礎(chǔ)底部。偏安全地取雨水濕潤(rùn)鋒室內(nèi)地坪以下2米，坡面土體受雨水入滲約0.5米，為便于計(jì)算，雨水濕潤(rùn)鋒以上土體重度取20kN/m，雨水濕潤(rùn)鋒以下重度19.5kN/m，如表3所示。室內(nèi)地坪以上2.3米厚度雜填土按超載考慮。

具體計(jì)算時(shí)，采用同濟(jì)啟明星邊坡slope分析邊坡降雨前后的穩(wěn)定系數(shù)（如圖3所示，采用簡(jiǎn)化BISHOP法，總應(yīng)力模式），分析結(jié)果表3所示，結(jié)果表明，在確保坡面水土不流失的情況下，邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)仍然小于1.35，屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 穩(wěn)定系數(shù)分析結(jié)果（簡(jiǎn)化BISHOP法，總應(yīng)力模式）

圖3.邊坡穩(wěn)定分析

圖4 垂直度測(cè)點(diǎn)布置

4、建筑物安全性鑒定與監(jiān)測(cè)

依據(jù)（GB50292-2015)附錄H的規(guī)定：邊坡（基坑）或溝渠工程施工，對(duì)建筑安全影響的區(qū)域，可根據(jù)基坑或溝渠側(cè)邊距離建筑基礎(chǔ)底面的最近水平距離B與基坑或溝渠底面距離建筑基礎(chǔ)底面垂直距離H劃分為兩類，本工程屬于第一類，即B/H＞1。處于第一類影響區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)安全性鑒定，應(yīng)考慮臨近地下工程的影響，并應(yīng)對(duì)主體結(jié)構(gòu)損壞及變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

坡頂建筑的安全性依據(jù)GB 50292-2015的規(guī)定進(jìn)行。房屋安全性檢測(cè)包含結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)使用條件、地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)材料性能、承重結(jié)構(gòu)、維護(hù)系統(tǒng)以及易受結(jié)構(gòu)位移影響的管道系統(tǒng)等7個(gè)方面的檢測(cè)分析，應(yīng)按構(gòu)件、子單元、和鑒定單元三個(gè)層次評(píng)級(jí)，見表5。

表5 房屋結(jié)構(gòu)鑒定子單元?jiǎng)澐旨捌滂b定結(jié)果

4.1 地基基礎(chǔ)子單元分析

依據(jù)規(guī)范GB 50292-2015，對(duì)既有建筑物的地基基礎(chǔ)子單元的安全性鑒定最有效的方法是對(duì)建筑物進(jìn)行垂直度觀測(cè)，建筑的傾斜偏移能整體反映地基的安全性。建筑物的垂直度觀測(cè)位置如圖4所示，測(cè)量結(jié)果如表6所示。結(jié)果表明該房屋結(jié)構(gòu)最大整體偏位21.36mm，最大垂直度偏差0.09%，垂直度未超出《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50292-1999)中規(guī)范上限值H/250的要求（Cu級(jí)）

表6 結(jié)構(gòu)側(cè)向偏位測(cè)量記錄表（首次觀測(cè)）

4.2 上部結(jié)構(gòu)子單元分析

該住宅建筑采用條形磚基礎(chǔ)，主體采用磚混結(jié)構(gòu)，樓板采用混凝土預(yù)制樓板和混凝土現(xiàn)澆樓板兩種形式，屋面采用木檁條承重蓋普通紅磚瓦坡屋頂結(jié)構(gòu)，圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置符合相關(guān)規(guī)范要求。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該住宅樓靠近擋土墻一側(cè)二層和三層的縱墻（自承重墻）墻體均出現(xiàn)豎向斜裂縫，且裂縫均為貫通裂縫，最大寬度均已超過3mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，雨水滲入縱墻基礎(chǔ)，地基承載力顯著降低導(dǎo)致上部墻體開裂。上部結(jié)構(gòu)具體評(píng)級(jí)結(jié)果如表5所示。

綜上所述，鑒定單元評(píng)級(jí)為Cu，即要對(duì)開裂墻體立即采取修復(fù)措施。

4.3 建筑物安全性監(jiān)測(cè)

根據(jù)委托方要求，在對(duì)受損房屋進(jìn)行修繕，邊坡治理完成后，繼續(xù)對(duì)房屋進(jìn)行安全性監(jiān)測(cè)。經(jīng)過2年的觀測(cè)，該建筑未出現(xiàn)異常。

5、結(jié)語

1、邊坡穩(wěn)定性結(jié)論：降雨入滲使得該土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性顯著下降，穩(wěn)定系數(shù)下降21%。所幸處置及時(shí)合理，邊坡仍屬基本穩(wěn)定范圍。經(jīng)過治理后，邊坡穩(wěn)定。

2、房屋安全性結(jié)論：邊坡施工影響導(dǎo)致坡頂擋土墻垮塌和房屋排水溝開裂，因未能及時(shí)處置，導(dǎo)致雨水下滲縱墻基礎(chǔ)底部，從而引起墻體開裂。

3、借鑒意義：案例所處地質(zhì)環(huán)境，是當(dāng)?shù)氐湫偷臍埛e紅粘土山丘地貌。該土質(zhì)雖然承載力較高，但抗水性差，所以在邊坡工程（建筑基坑）施工時(shí)，注意防水。