淺析高邊坡工程勘察設(shè)計(jì)

邱 慧

（湖南智謀規(guī)劃工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，湖南 株洲 412000）

1 邊坡工程特點(diǎn)

邊坡是由于建筑工程和市政工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對(duì)建（構(gòu)）筑物安全或穩(wěn)定有不利影響的自然斜坡。這個(gè)定義給出了邊坡的三個(gè)本質(zhì)特點(diǎn)：一是有一定坡度；二是臨近人工建筑物；三是它的位移和變形對(duì)建筑物可能有影響。

1.1 差異性

邊坡的巖土性狀有很強(qiáng)的地區(qū)性特點(diǎn)，不同時(shí)期不同地區(qū)的巖土性狀差異很大。同一高度不同平面位置的邊坡，巖土層厚度、種類都存在差異。而且，邊坡工程在開挖前與開挖后的巖土強(qiáng)度因施工過程中的擾動(dòng)，巖土強(qiáng)度會(huì)有一定程度的削減。因此，邊坡工程的勘察與設(shè)計(jì)需針對(duì)每段邊坡的工程特點(diǎn)進(jìn)行。而且，邊坡巖土強(qiáng)度在未開挖前比開挖后要高。在開挖施工過程中存在不可避免的巖土體擾動(dòng)或者由于巖石開挖的爆破振動(dòng)等因素的影響，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，巖土體的強(qiáng)度會(huì)存在一定的衰減。

1.2 多樣性

邊坡類型分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡、土巖混合邊坡。而巖質(zhì)邊坡的破壞型式根據(jù)巖體特征和破壞特征分為滑移型和崩塌型。巖質(zhì)邊坡的巖體類型根據(jù)巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀和直立邊坡自穩(wěn)能力又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類。而巖石和土的類別是如此之多、如此之復(fù)雜，所以巖土是一種最復(fù)雜的材料，無論那種力學(xué)模型都難以全面而準(zhǔn)確地描述它的性狀。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)大

高邊坡工程是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)工程，是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，影響高邊坡工程安全的因素有很多。其影響因素包括：一是土的作用力產(chǎn)生變化，如坡頂堆載、邊坡的打樁、車輛作業(yè)、爆破振動(dòng)等都可以造成土坡作用力失衡；二是水的作用，如雨季時(shí)，地表水下滲，使得高邊坡土體中水量增加導(dǎo)致孔隙的水壓力增加，降低巖土的抗剪強(qiáng)度；三是人為的破壞，不合理的開挖方式導(dǎo)致原有地形地貌被改造，產(chǎn)生新的地質(zhì)問題。

2 高邊坡工程勘察重點(diǎn)

2.1 勘察方法或技術(shù)手段的選擇

勘察方法或技術(shù)手段包括：工程地質(zhì)測(cè)繪、勘探與取樣、原位測(cè)試與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)。邊坡工程勘察應(yīng)先進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查，其次再結(jié)合鉆探、坑（井）探、槽探和物探等方法開展。原位測(cè)試與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)必不可少，它為巖土工程問題分析評(píng)價(jià)提供所需的技術(shù)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)工作一般在施工和運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行。目的在于保證工程質(zhì)量和安全，提高工程效益。

工程實(shí)例：某市政道路邊坡，長(zhǎng)約100m，邊坡最高處約29m。施工過程中山頂出現(xiàn)明顯裂縫，且有發(fā)展趨勢(shì)。為了保證施工和周邊建（構(gòu)）筑物安全，擬對(duì)該段邊坡及周邊進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果：①深層水平位移各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均正常，相對(duì)變化較大，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化累計(jì)值和變化速率未超出報(bào)警值，目前在緩慢位移中，建議在施工過程中密切關(guān)注滑動(dòng)情況，及時(shí)治理滑坡。②本次監(jiān)測(cè)成果對(duì)滑動(dòng)面進(jìn)行了推斷，數(shù)據(jù)反映孔深10m～13m位置，相對(duì)變化較大，與詳勘報(bào)告中推測(cè)滑動(dòng)面基本一致。

2.2 巖土工程參數(shù)的選取

邊坡工程勘察時(shí)，對(duì)主要巖土層和軟弱層應(yīng)采樣進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，其試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括物性、強(qiáng)度及變形指標(biāo)，試樣的含水狀態(tài)應(yīng)包括天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)。在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，地層容重、粘聚力、內(nèi)摩擦角為最基本的參數(shù)。主要巖土層采集試樣數(shù)量：土層不少于6組，巖石抗壓強(qiáng)度不應(yīng)少于9個(gè)試件，巖石抗剪強(qiáng)度不少于3組。除常規(guī)參數(shù)外，邊坡工程勘察應(yīng)提供水文地質(zhì)參數(shù)。對(duì)于巖質(zhì)邊坡，在有條件時(shí)應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。當(dāng)無條件試驗(yàn)時(shí)，可按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）規(guī)定并結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)確定。巖土參數(shù)的選取應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)綜合確定。

2.3 邊坡的穩(wěn)定性分析

邊坡的穩(wěn)定性分析前應(yīng)根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件對(duì)邊坡的可能破壞方式、破壞方向、破壞范圍等作出判斷，選擇最不利組合進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。土質(zhì)邊坡、極軟巖邊坡、破碎巖質(zhì)邊坡可采用圓弧形滑動(dòng)進(jìn)行計(jì)算邊坡穩(wěn)定性。對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡，可結(jié)合采用極射赤平投影法和實(shí)體比例投影法。邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)應(yīng)采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方法進(jìn)行。

工程實(shí)例：某建筑工程邊坡，長(zhǎng)約280m，最高約42m，邊坡坡腳為建筑廠房，坡頂為自然山體，現(xiàn)狀已人工開挖分級(jí)放坡，坡度約58°～78°，坡面未采取任何防護(hù)和加固等措施，坡面基巖局部掉塊。定性分析：通過工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查，查明邊坡工程結(jié)構(gòu)面特性如下：邊坡坡面產(chǎn)狀306°∠66°，層理裂隙產(chǎn)狀C1：350°∠45°，節(jié)理裂隙產(chǎn)狀J1：78°∠36°、J2：192°∠58°。應(yīng)用赤平極射投影法定性判斷邊坡穩(wěn)定性。結(jié)合坡面、巖層產(chǎn)狀（層理C1）、節(jié)理面J1、J2的產(chǎn)狀繪制赤平投影圖。邊坡C1與J2兩組結(jié)構(gòu)面的交點(diǎn)在赤平投影圖中，處于邊坡面投影弧同一側(cè)，且結(jié)構(gòu)面交線傾角13°小于邊坡傾角66°，故邊坡將出現(xiàn)楔形體破壞。 定量分析：邊坡整體穩(wěn)定性按巖土組合邊坡考慮，破壞模式為沿結(jié)構(gòu)面折線破壞，同時(shí)，局部地段可能在土和強(qiáng)風(fēng)化中形成圓弧破壞。利用理正巖土計(jì)算系列軟件7.0版簡(jiǎn)化Janbu法對(duì)開挖邊坡進(jìn)行整體穩(wěn)定性計(jì)算分析，選取代表性三個(gè)剖面，通過采用折線形破壞模式法搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面計(jì)算，在一般工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs值為0.697、0.788、0.659，均小于1.00，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該邊坡作為永久邊坡，按相關(guān)規(guī)范要求，需進(jìn)行防護(hù)。

3 高邊坡工程的設(shè)計(jì)原則

3.1 支擋方案的選取

邊坡工程的設(shè)計(jì)基本技術(shù)要求需滿足安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、施工簡(jiǎn)便、綠化環(huán)保等要求。常見的邊坡支擋結(jié)構(gòu)有：重力式擋墻、懸（扶）臂式擋墻、樁板式擋墻、板肋式或格構(gòu)式錨桿擋墻、排樁式錨桿擋墻、巖石錨噴支護(hù)、坡率法等。邊坡支擋結(jié)構(gòu)方案應(yīng)考慮場(chǎng)地地質(zhì)和環(huán)境條件、邊坡高度、邊坡側(cè)壓力的大小和特點(diǎn)、對(duì)邊坡變形控制的難易程度以及邊坡工程安全等級(jí)等因素綜合選取。對(duì)于高度超過《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）使用范圍的邊坡工程應(yīng)進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)及施工論證。

工程實(shí)例：某地塊設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高為55.50m～63.00m，地塊周邊道路設(shè)計(jì)標(biāo)高為50.00m～58.00m，場(chǎng)地平整后在地塊臨周邊3條道路將形成人工邊坡，邊坡高度約0.5m～7m。根據(jù)勘察資料顯示，場(chǎng)地周邊存在大面積挖方或填方區(qū)域。經(jīng)綜合對(duì)比分析，挖方路段主要采用坡率法或采用重力式擋墻進(jìn)行邊坡支擋。填方段主要采用重力式擋墻或懸臂式擋墻進(jìn)行支擋?？傮w支擋方式選取的原則是：安全、經(jīng)濟(jì)、合理。特別是當(dāng)擋墻基底為填土?xí)r，考慮到重力式擋墻承載力要求較高，采用地基處理費(fèi)用較高。此時(shí)，對(duì)地基承載力要求相對(duì)較低的懸臂式擋墻就有著自己的優(yōu)勢(shì)了。

圖1 重力式擋墻

圖2 懸臂式擋墻

3.2 坡面防護(hù)與綠化

邊坡工程往往整體穩(wěn)定但其坡面巖土體易風(fēng)化、剝落或掉塊，從而影響邊坡坡面的耐久性或正常使用。傳統(tǒng)的坡面防護(hù)工程通常采用石料或混凝土擋墻的護(hù)面措施，其主要問題是景觀效果差、與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)。植物護(hù)坡實(shí)在邊坡坡面上栽種適當(dāng)?shù)闹参锉Ｗo(hù)坡面，防止水土流失，增加坡面穩(wěn)定性。坡面防護(hù)與綠化使用范圍詳見下表。

表1 坡面防護(hù)與綠化使用范圍

3.3 排水設(shè)計(jì)

邊坡工程排水應(yīng)包括排除坡面水、地下水和減少坡面水下滲等措施。在邊坡工程施工過程中，尤其是雨季期間，若忽視排水工程的設(shè)置，可能誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。“治坡先治水”，只有有效的對(duì)地表水和地下水進(jìn)行 合理的截、引、梳、排，就能有效降低坡面沖刷、地下水靜水壓、動(dòng)水壓力，減小水對(duì)坡體和潛在滑面的物理力學(xué)參數(shù)影響，提高巖土體的有效壓力而提高坡體的穩(wěn)定性。地表排水工程包含坡體外圍的截水溝、坡體范圍內(nèi)的排水溝等。坡頂截水溝：應(yīng)盡量設(shè)置在離邊坡坡口或潛在滑塌區(qū)后緣5m以外，將高邊坡外坡外匯水截排，防止進(jìn)入坡體引發(fā)病害。坡體范圍內(nèi)的排水溝：主要是在坡體設(shè)置樹枝狀排水溝或在邊坡平臺(tái)設(shè)置截水溝，以及坡面設(shè)置的各種圬工護(hù)坡工程，有效將坡體范圍內(nèi)的地表水進(jìn)行引排，防止下滲。地下排水工程的作用是降低坡體內(nèi)的地下水，減小坡體的孔隙水壓力，提高土的抗剪強(qiáng)度，增加邊坡的穩(wěn)定性，減少支擋工程量。地下排水工程主要根據(jù)坡體結(jié)構(gòu)和地下水的特征進(jìn)行綜合考慮設(shè)置。如仰斜排水孔，主要在坡體前緣地下水滲流部位設(shè)置上傾角度5°～10°的排水斜孔，空中防止軟式透水、硬式透水管等全斷面透水、使用年限較少的材料進(jìn)行地下水的引排。

圖3 普通仰斜排水孔

圖4 深層泄水孔

3.4 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)

巖土工程具有特殊性、復(fù)雜性及可變性，因此邊坡工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)具有一定的不可預(yù)知性或者突變性，而且人們對(duì)于巖體邊坡作用機(jī)理和破壞作用還未認(rèn)知清楚，因此巖土工程計(jì)算具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性和探索性。故應(yīng)根據(jù)信息施工法和施工勘察反饋的資料數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)結(jié)論、計(jì)算參數(shù)及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行再次驗(yàn)證。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可以避免勘察結(jié)論失誤而造成工程事故，將施工過程中的安全監(jiān)測(cè)和揭露的具體地質(zhì)情況，反饋給設(shè)計(jì)方，便于及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，通過不斷優(yōu)化、逐步完善設(shè)計(jì)，使邊坡工程設(shè)計(jì)方案更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理。邊坡工程監(jiān)測(cè)是排危應(yīng)急搶險(xiǎn)、

確保施工安全的重要依據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提出監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和要求，由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)測(cè)單位編制監(jiān)測(cè)方案，并經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主共同認(rèn)可后實(shí)施。高邊坡工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境、邊坡安全等級(jí)、邊坡類型、支護(hù)結(jié)構(gòu)類型以及變形控制等條件，經(jīng)綜合分析后確定。監(jiān)測(cè)時(shí)間分為施工期間及竣工后的監(jiān)測(cè)。施工初期，監(jiān)測(cè)時(shí)間宜為每天一次，當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。對(duì)于一級(jí)邊坡，竣工后的監(jiān)測(cè)時(shí)間不宜少于2年。

4 結(jié)論

綜上所述，高邊坡工程勘察應(yīng)合理的布置勘察方案，并且從勘察方法入手，全面的進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和測(cè)繪，合理的采集和分析巖土工程參數(shù)，進(jìn)行高邊坡穩(wěn)定性分析，并提出可行、經(jīng)濟(jì)、合理的治理措施建議。高邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)勘察方建立的地質(zhì)模型進(jìn)行分析、對(duì)比研究，制定安全、經(jīng)濟(jì)、合理的支擋方案。