深圳市某花崗巖邊坡穩(wěn)定性分析及防治措施研究

許丹丹

（深圳市勘察研究院有限公司 深圳518000）

0 前言

花崗巖廣泛存在于我國華南地區(qū)，隨著工程建設(shè)形成大量的風(fēng)化花崗巖邊坡。由于這類邊坡巖體性質(zhì)的特殊性，在一定條件下容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，且邊坡破壞類型多，導(dǎo)致在花崗巖地區(qū)災(zāi)害發(fā)育頻繁，對工程建設(shè)造成極大的威脅。因此，有必要開展風(fēng)化花崗巖邊坡破壞模式分析及其穩(wěn)定性研究［1］。

本文以深圳市某風(fēng)化花崗巖邊坡為例，通過野外調(diào)查該邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征及其他工程地質(zhì)條件，對其變形破壞模式及穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析。最后針對不同巖體結(jié)構(gòu)的邊坡段提出相應(yīng)的治理措施，可為同類風(fēng)化花崗巖邊坡的穩(wěn)定性分析、防治設(shè)計提供理論上的參考。

1 工程概況

某工程位于深圳市蛇口某公園內(nèi)，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，邊坡所處地貌單元為低山丘陵。根據(jù)邊坡位置情況，該邊坡包括南面和北面兩段。南面邊坡位于蛇口山南麓，為人工開山采石切坡而形成。邊坡坡長約496 m，高10～60 m，坡度45°～80°，坡面地形起伏較大，坡下場地地形較平坦，地面標(biāo)高4.22～5.95 m，自西北向東南逐漸低緩；其中西段邊坡極陡峭，高度10～45 m，坡度75°～80°，局部呈垂直或反傾狀；東段坡高35～60 m，坡度45°～55°，坡體中部不規(guī)則建有2～3 級馬道平臺，寬約2～10 m。

北面邊坡位于蛇口山北麓，因人工開挖自然山體、平整坡下場地而形成。邊坡長約60 m，平面呈圈椅狀，開口朝北東，坡高17～42 m，坡度45°～55°，未分級，靠近坡頂局部存在陡檻，坡面零星分布有少量小喬木及灌木。

1.1 工程地質(zhì)條件

場地地層主要地層由人工填土（Qml）、第四系坡積層（Qdl）及燕山期中粗?；◢弾r（γ53（1））組成，各層自上而下分述如下。

〈1〉人工填土：為雜填土，主要由中砂夾碎磚塊、石塊等組成，硬雜質(zhì)含量占30%～40%，塊徑5～10 cm。主要分布在坡腳位置，層厚1.40～3.30 m，平均厚2.26 m。

〈2〉坡積層：為砂質(zhì)粘性土，呈可塑～硬塑狀，巖芯松散易斷，含石英顆粒，含量30%左右。該層分布于自然坡體表面，層厚0.30～2.50 m，平均厚0.67 m。

〈3〉中粗?；◢弾r：主要礦物成分為石英、長石及云母。根據(jù)其風(fēng)化程度，可分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化帶。其中全風(fēng)化花崗巖平均層厚1.38 m，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖平均層厚2.14 m，中風(fēng)化花崗巖平均層厚30.71 m，微風(fēng)化花崗巖本次鉆孔未揭穿。

1.2 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)地勢較高，地下水埋藏較深，在勘查深度內(nèi)未揭露有地下水，在邊坡坡腳局部地段有少量裂隙水滲出，為基巖裂隙水。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

據(jù)現(xiàn)場勘察結(jié)果，場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有斷裂分布。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果分析，坡面巖體裸露，局部巖體較為破碎。受構(gòu)造影響，坡面巖體節(jié)理裂隙發(fā)育。在統(tǒng)計邊坡節(jié)理裂隙時，選取了4組主要的節(jié)理裂隙，其產(chǎn)狀及特征如表1所示。

表1 節(jié)理、裂隙一覽Tab.1 List of Joints and Cracks

2 邊坡變形破壞模式分析及穩(wěn)定性評價

2.1 邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征

本邊坡分為南面和北面兩段。其中南面邊坡主要由中～微風(fēng)化花崗巖組成，屬巖質(zhì)邊坡。邊坡巖體構(gòu)造裂隙、爆破裂隙發(fā)育，存在危巖體，發(fā)育多處張拉裂縫，曾經(jīng)發(fā)生過崩塌地質(zhì)災(zāi)害，如圖1所示。

圖1 南側(cè)邊坡巖質(zhì)崩塌Fig.1 South Slope Rock Collapse

北面邊坡主要由強(qiáng)～中風(fēng)化花崗巖組成，屬巖土質(zhì)混合邊坡，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本段邊坡坡面曾發(fā)生過滑塌地質(zhì)災(zāi)害，滑塌堆積體由坡積土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，呈扇形展布于坡體中下部，如圖2所示。

圖2 北側(cè)邊坡滑塌Fig.2 North Slope Collapse

2.2 變形破壞模式分析

考慮到南北兩側(cè)邊坡巖土體結(jié)構(gòu)的差異性，其對應(yīng)的變形破壞模式也有所區(qū)別，因此應(yīng)分開討論，具體分析如下。

⑴北面邊坡：本段邊坡坡長70 m，高度10～30 m，坡度40°～80°，坡頂植被為喬木，覆蓋率約95%。坡體巖性物質(zhì)為坡積土、強(qiáng)～中等風(fēng)化花崗巖，其可能的破壞模式主要有土坡中的圓弧滑動和淺表層局部滑塌。對于圓弧滑動，該段邊坡表層巖體已風(fēng)化成砂土狀，力學(xué)性質(zhì)較差，其破壞模式為沿淺表層巖土體中最大剪應(yīng)力面發(fā)生的圓弧型滑動。對于淺表層局部滑塌，由于全風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化花崗巖物理力學(xué)性質(zhì)相差較大，且風(fēng)化程度不同，其可能的破壞模式為沿兩者分界面發(fā)生滑塌失穩(wěn)，如遇暴雨等不利因素影響，這種破壞模式極有可能發(fā)生。此外，邊坡還可能發(fā)生的破壞模式為折線形滑動，主要表現(xiàn)為土層沿土體和基巖的接觸面發(fā)生的折線形滑動［2］。

⑵南面邊坡：本段邊坡坡長約440 m，高度10～45 m，坡度75°～80°，局部位置反傾，為人工巖質(zhì)邊坡，坡面未進(jìn)行治理，坡面植被主要為人工覆草。該段邊坡主要發(fā)育四組節(jié)理裂隙，其中J1 和J4 兩組節(jié)理組合分布較密集，且延伸較長，垂直切割坡體，使得坡面豎向裂隙發(fā)育，局部裂隙張開寬度已大于20～30 cm，巖塊松動；此外，J2和J3節(jié)理與邊坡走向交角小，傾向坡內(nèi)，傾角大于邊坡坡度，且延伸較短，使得巖體橫向破碎，影響坡面的完整性。綜上，在上述四組節(jié)理裂隙的切割下，坡面巖體破碎，存在潛在崩塌危險，主要發(fā)生由結(jié)構(gòu)面與坡面構(gòu)成的不穩(wěn)定楔形體滑動失穩(wěn)［3-5］，如圖3所示。

圖3 南側(cè)邊坡潛在崩塌災(zāi)害示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Potential Collapse Disaster of South Slope

2.3 穩(wěn)定性評價

2.3.1 北面邊坡穩(wěn)定性評價

北面邊坡為坡積土和下覆基巖組成的邊坡，坡體風(fēng)化層厚度1.50～3.50 m，根據(jù)其破壞模式分析，可能的破壞模式為圓弧滑動或折線形滑動，本次計算選取典型剖面（見圖4），采用極限平衡法計算其安全系數(shù)，計算過程在理正邊坡穩(wěn)定分析軟件上完成［6-7］，計算結(jié)果如表2所示。

圖4 滑動計算剖面Fig.4 Sliding Calculation Section

表2 北側(cè)邊坡計算結(jié)果Tab.2 Calculation Results of North Slope

根據(jù)計算結(jié)果，根據(jù)土坡穩(wěn)定性系數(shù)的驗(yàn)算結(jié)果，可以得出該段邊坡安全系數(shù)不滿足要求，上覆坡殘積層和風(fēng)化層可能會沿中風(fēng)化基巖面發(fā)生整體的滑動破壞，威脅坡下花場及水泵站辦公區(qū)，潛在滑坡地質(zhì)災(zāi)害危險性及危害性大。

2.3.2 南側(cè)邊坡穩(wěn)定性評價

巖質(zhì)邊坡危巖體的穩(wěn)定性評價較為復(fù)雜，應(yīng)以定性分析為主，輔以定量分析。在本次野外調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)邊坡坡面上存在危巖體，見圖1?，危巖體下部為高陡臨空面，危巖體存在滑動或崩塌的空間。

本次分析主要采用赤平極射投影法對其穩(wěn)定性進(jìn)行評價，如圖5所示。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算的結(jié)果，該段邊坡楔形滑動中有一組楔形滑動穩(wěn)定性系數(shù)為0.325，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。分析可知該段邊坡節(jié)理裂隙較發(fā)育，切割邊坡巖體，形成了棱形體及各種凌空危巖，已發(fā)生的崩塌大部分受節(jié)理裂隙控制，但節(jié)理裂隙的延伸長度、連通程度有限，尚不能構(gòu)成危險滑動面，對邊坡整體穩(wěn)定性影響不大，主要發(fā)生局部失穩(wěn)破壞。

圖5 楔形體赤平投影法簡圖Fig.5 Diagram of Wedge Stereographic Projection Method

3 邊坡防護(hù)設(shè)計

根據(jù)邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征、變形破壞模式以及穩(wěn)定性狀況的定量和定性分析評價，應(yīng)采取必要的措施對邊坡進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)邊坡高度、工程地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境特點(diǎn)，對南側(cè)和北側(cè)邊坡采用了不同的治理技術(shù)［8-10］。

3.1 南面邊坡防護(hù)設(shè)計方案

針對南面邊坡，在清除坡面危巖體后，南面西段采用獨(dú)立錨桿加固、東段采用設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)支擋，如圖6?所示。

⑴裂隙填筑：清坡后，南面邊坡節(jié)理裂隙發(fā)育，局部存在寬約1～3 m 的裂縫，為保證此范圍的整體穩(wěn)定性，對寬度大約1 m的裂縫采用混凝土填筑。

⑵獨(dú)立錨桿：坡面設(shè)置錨桿格構(gòu)梁加固，錨桿長度為6 m，錨筋直徑為φ25 mm，間距為2.5 m（水平）×3.0 m（高差）。對巖面較完整處可減少錨桿布置，對人工難以清除的大塊危巖或裂隙發(fā)育的部位，需增設(shè)隨機(jī)錨桿進(jìn)行加固。

⑶主動+被動防護(hù)網(wǎng)：綜合考慮邊坡危石情況及被動防護(hù)網(wǎng)的工程造價、使用壽命、施工條件等因素，對不同型號的主動防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行對比，采用GTC-65A型主動防護(hù)網(wǎng)對坡頂危石進(jìn)行防護(hù)。主動防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)錨桿傾角應(yīng)與坡面垂直，在全風(fēng)化及殘積層，錨桿采用長度9.0 m 的φ25 錨桿進(jìn)行加固（填土層中適當(dāng)加長），間距為2.5 m×2.5 m。由于南側(cè)邊坡東段坡頂為自然山體，平均高度43 m，邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面及平臺部位松石分布，部分坡段坡度陡峭，坡腳5～30 m 為望海路，距坡腳不足10 m 為燃?xì)庹荆瑸榇_保安全，防止自然坡頂及平臺松石滾落，在臨近坡頂部位增加1道被動防護(hù)網(wǎng)。

3.2 北面邊坡防護(hù)設(shè)計方案

北面邊坡采用錨桿格構(gòu)梁加固，利用錨固體與邊坡巖土體摩阻力提供的抗滑力，提高邊坡的穩(wěn)定性，格構(gòu)梁將各錨桿結(jié)合成一個整體來抵抗邊坡的失穩(wěn)，如圖6?所示。

圖6 邊坡治理剖面Fig.6 Slope Treatment Profile

按現(xiàn)有坡率適當(dāng)清除坡面松散土方及坡腳滑坡堆積體，保證坡面平順，在坡腳高挖低填、分層碾壓，形成寬約7 m、高程為30.0 m 的平臺，現(xiàn)場消化多余土方；對坡面進(jìn)行清理后設(shè)置錨桿格構(gòu)加固，錨桿長度8～12 m，錨筋直徑為φ28 mm，間隔布置；錨桿間距2.5 m（水平）×2.5 m（高差）。格構(gòu)梁為“井”字型格構(gòu)，錨桿位于格構(gòu)梁交點(diǎn)處。格構(gòu)縱梁及橫梁截面尺寸均為350 mm×300 mm，采用C20 混凝土澆筑，并嵌入堅(jiān)實(shí)土層200 mm。

3.3 邊坡綠化設(shè)計

本工程以生態(tài)治理的理念解決邊坡的植被快速恢復(fù)問題，即短期內(nèi)使開挖裸露面上生長出能順利演替為當(dāng)?shù)刂脖画h(huán)境的植物。該項(xiàng)技術(shù)是否成功需通過坡面植物群落的狀況來檢驗(yàn)。

⑴綠化設(shè)計：考慮到所選的綠化植被種類應(yīng)與邊坡所在地植被的環(huán)境一致，對于北面邊坡，由于坡面總體較緩，坡底原狀土較貧瘠，因此在梁格內(nèi)噴混植生綠化。

對于南面邊坡，由于南面邊坡為高陡的巖質(zhì)邊坡，在清除坡面危巖后，采用種植槽培土綠化［11-12］。坡面種植槽采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土采用C20 等級混凝土；槽體主筋與格構(gòu)梁縱筋綁扎；種植槽內(nèi)鋪填種植土并按設(shè)計要求種植藤灌等綠化作物，種植土的土質(zhì)要求疏松有肥力，不含雜質(zhì)。

⑵綠化種類選擇：選擇坡面綠化植物時應(yīng)注意草與灌木合理搭配。種植槽內(nèi)鋪填種植土并按設(shè)計要求種植藤灌等綠化作物，其中爬藤選用上爬、下垂式爬墻虎、吊蘭等，植株間距300 mm，分布于槽池內(nèi)外邊緣，灌木選用勒杜鵑，植株間距500 mm，均宜插花布置。種植土的土質(zhì)要求疏松有肥力，不含雜質(zhì)。

3.4 邊坡排水設(shè)計

邊坡治理防水排水是關(guān)鍵，本邊坡周邊匯水面積較大，雨季會形成大量的地面徑流，對邊坡的穩(wěn)定有較大的影響。針對本項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn)，在充分考慮本邊坡及周邊場地排水問題后，分別在坡頂、坡底及坡面設(shè)置相應(yīng)的截排水系統(tǒng)，減少地表水及地下水對坡體的侵蝕，具體方案如下。

⑴南面邊坡：在距坡頂約3 m 處設(shè)置500 mm×500 mm 的毛石截水溝；在坡腳處設(shè)置600 mm×600 mm的毛石排水溝，向東西兩端排水；在坡面處向坡腳設(shè)置500 mm×500 mm 的C20 混凝土跌水溝，將坡頂截水溝內(nèi)匯水引入坡下假山。

⑵北面邊坡：在外圍距坡頂線約4 m處設(shè)置500 mm×500 mm 的毛石截水溝；在平臺坡腳處設(shè)置600 mm×600 mm 的毛石排水溝，通過垂直連接段將溝內(nèi)匯水引入已有排水溝；同時清理疏通坡下已有排水溝，對破損變形處按原狀恢復(fù)。

4 邊坡治理效果分析

4.1 邊坡治理后穩(wěn)定性分析

根據(jù)文獻(xiàn)［7］，對治理后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算，結(jié)果表明北面邊坡在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.413，南面邊坡在天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.305，均大于文獻(xiàn)［7］要求的安全系數(shù)1.30，滿足文獻(xiàn)［7］要求。

4.2 邊坡加固效果分析

北面邊坡坡長70 m，高度10～30 m，坡度40°～80°，坡面植被發(fā)育，坡體巖性物質(zhì)為坡積土、強(qiáng)～中等風(fēng)花崗巖。其可能的破壞模式為土坡中的圓弧滑動、土層沿土體和基巖的接觸面發(fā)生的折線形滑動以及沿斷層軟弱結(jié)構(gòu)面的楔形滑動。采用錨桿格構(gòu)加固后，提高了邊坡的整體穩(wěn)定性，消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，如圖7?所示。

南面邊坡治理加固前，影響邊坡穩(wěn)定的主要因素為邊坡坡體上發(fā)育的節(jié)理裂隙。采用“清危巖+獨(dú)立錨桿加固，清危巖+被動防護(hù)網(wǎng)支擋”加固治理后，清除了坡面危巖體，獨(dú)立錨桿對節(jié)理裂隙發(fā)育段進(jìn)行了有效的加固，坡腳采用被動網(wǎng)有效的防護(hù)了可能存在的危石的滑落，如圖7?所示。

圖7 邊坡治理效果Fig.7 Slope Treatment Effect

4.3 邊坡變形監(jiān)測成果

由于采取的治理方法得當(dāng)，安全可靠。根據(jù)監(jiān)測報告，邊坡監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)無明顯變化（2 mm 以內(nèi)），其中累計沉降最大值為-7.8 mm，預(yù)警值16 mm；累計水平位移最大值為-5.0 mm，預(yù)警值為16 mm，各監(jiān)測點(diǎn)變形值均小于預(yù)警值。

綜上，邊坡坡頂沉降量較小，變形量在允許沉降量范圍內(nèi)，坡頂水平位移呈向邊坡內(nèi)位移趨勢，觀測點(diǎn)變形量在允許范圍內(nèi)，邊坡治理效果顯著。

4.4 綠化效果調(diào)查

邊坡綠化施工期間，氣候較為適宜，經(jīng)過近半年的生長及養(yǎng)護(hù)，新種植的植物長勢較好，草籽已全部發(fā)芽，部分草種已穿透無紡布，種植槽內(nèi)爬墻虎、吊蘭苗木長大，勒杜鵑已成活，顯示出較強(qiáng)的生命力。若氣候回暖及雨水增多，此處邊坡植被再度萌發(fā)生長，覆蓋率可達(dá)95%以上，可實(shí)現(xiàn)持久地生態(tài)恢復(fù)和防護(hù)體系，做到生態(tài)防護(hù)和周邊環(huán)境協(xié)調(diào)一致。

5 結(jié)論

⑴根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)分析其變形破壞模式，坡體巖性物質(zhì)為坡積土、強(qiáng)～中等風(fēng)化花崗巖，其可能的破壞模式主要有土坡中的圓弧滑動、淺表層局部滑塌以及沿土體和基巖的接觸面發(fā)生的折線形滑動；巖體為中等～微弱風(fēng)化花崗巖的邊坡，其穩(wěn)定性受結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度控制，巖體可能發(fā)生由結(jié)構(gòu)面與坡面構(gòu)成的不穩(wěn)定楔形體滑動失穩(wěn)。

⑵根據(jù)邊坡高度、工程地質(zhì)條件以及周邊環(huán)境特點(diǎn)，對南側(cè)和北側(cè)邊坡采用了不同的治理技術(shù)。針對南面邊坡，清除坡面危巖體后，南面西段采用獨(dú)立錨桿加固、東段采用設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)支擋。北面邊坡采用格構(gòu)錨桿加固，利用錨固體與邊坡巖土體摩阻力提供的抗滑力，提高邊坡的穩(wěn)定性，格構(gòu)梁將各錨桿結(jié)合成一個整體來抵抗邊坡的失穩(wěn)。根據(jù)邊坡變形監(jiān)測結(jié)果顯示，邊坡治理效果顯著。

⑶本工程以生態(tài)治理的理念，針對不同巖體結(jié)構(gòu)類型的邊坡段提出了不同的綠化設(shè)計，經(jīng)驗(yàn)證，該方案切實(shí)可行，做到了生態(tài)防護(hù)和周邊環(huán)境協(xié)調(diào)一致，可為今后同類風(fēng)化花崗巖邊坡工程的防治提供參考。