中山市某住宅區(qū)邊坡及擋土墻穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

鄭新崳

（1、廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州510010；2、廣東省廣建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 廣州511400）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)用地日益減少，城區(qū)范圍不斷向周?chē)鷶U(kuò)展，土方平整規(guī)模不斷增大，削坡建房已成為常見(jiàn)工程案例。不少房地產(chǎn)單位競(jìng)拍丘陵地塊開(kāi)發(fā)成高檔住宅小區(qū)、別墅區(qū)等，環(huán)境優(yōu)美是賣(mài)點(diǎn)，但是為保證建筑物安全，各種邊坡支護(hù)是必然存在的施工手段，近年來(lái)施工不當(dāng)或者運(yùn)營(yíng)維護(hù)不當(dāng)造成的邊坡災(zāi)害屢見(jiàn)不鮮。

國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者對(duì)人工開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性及變形失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行過(guò)深入研究：譚堯升［1］總結(jié)了能夠影響邊坡穩(wěn)定的諸多因素以及破壞變形的機(jī)制，研究了幾種致災(zāi)因子下的邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)制及穩(wěn)定性特征；李偉等人［2］推導(dǎo)了排土場(chǎng)邊坡失穩(wěn)位移判據(jù)，并將研究成果推廣應(yīng)用，為場(chǎng)區(qū)安全生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)；穆成林等人［3］將邊坡巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)并進(jìn)行工程地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，分別闡述了失穩(wěn)模式；周群等人［4-6］運(yùn)用數(shù)值模擬方法對(duì)松散體不同階段開(kāi)挖和有無(wú)支護(hù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。也有大批技術(shù)人員對(duì)礦山露天開(kāi)采形成的邊坡、公路邊坡等進(jìn)行了大量穩(wěn)定性及變形機(jī)理研究［7-10］。

以前人研究成果作為基石，本文對(duì)研究區(qū)域現(xiàn)狀邊坡?lián)跬翂χёo(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并探討造成變形破壞的致災(zāi)機(jī)理，為加固設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。

1 工程概況

1.1 擋土墻概況

擋土墻工程位于中山市某住宅小區(qū)內(nèi)，上部為別墅區(qū)住宅，下部為高爾夫球場(chǎng)，自西北向東南大致呈1/4 圓弧分布。擋土墻修建于2005 年，擋土墻部分位置出現(xiàn)開(kāi)裂、變形、滲水等破壞現(xiàn)象，影響著上部別墅區(qū)住戶(hù)及下部高爾夫球場(chǎng)的安全。

1.2 擋土墻破裂損壞型式

經(jīng)過(guò)細(xì)致的走訪(fǎng)調(diào)查，該住宅區(qū)的擋土墻災(zāi)變形式如圖1所示。

圖1 擋土墻災(zāi)變形式Fig.1 Catastrophic Form of Retaining Wall

1.3 工程地質(zhì)概況

1.3.1 地形地貌

場(chǎng)區(qū)位于剝蝕殘丘地貌單元的山坡及山谷地帶，地形經(jīng)人工改造大致呈臺(tái)階狀，根據(jù)本次測(cè)量結(jié)果，勘查范圍內(nèi)現(xiàn)狀地面高程在15.50～38.83 m，擋土墻高度在6.28～12.26 m。

1.3.2 地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造擬評(píng)價(jià)邊坡及擋墻的典型地質(zhì)剖面如圖2所示。場(chǎng)區(qū)及附近未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造通過(guò)，亦未發(fā)現(xiàn)其他對(duì)工程不利的地質(zhì)構(gòu)造。

圖2 地質(zhì)剖面Fig.2 Geological Section

2 邊坡及擋土墻穩(wěn)定性分析

2.1 斷面選取

根據(jù)擋土墻現(xiàn)狀、區(qū)域歷史資料及工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目在評(píng)估區(qū)內(nèi)按邊坡走勢(shì)，自西北向東南每間隔約30 m 布置典型斷面，并在邊坡坡體高度最大處及現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估有較大潛在危險(xiǎn)處布置斷面，進(jìn)行鉆孔勘察。受施工條件所限，部分鉆孔未能施工，經(jīng)篩選本次進(jìn)行數(shù)值分析所選取的典型斷面共3個(gè)，分別為1-1'、2-2'和5-5'斷面，均為含擋土墻土質(zhì)邊坡。

2.2 工程條件概述

因擋土墻的形式無(wú)法精確調(diào)查，故按已有資料推定其為重力式擋土墻，并且沒(méi)有基礎(chǔ)和墻踵。根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，擋土墻現(xiàn)狀處于排水不暢工況，在豐水期將引起地下水位的上升。本次模擬考慮了該工況，水位數(shù)據(jù)按照該住宅區(qū)詳細(xì)勘察報(bào)告、當(dāng)?shù)厮馁Y料及場(chǎng)地邊坡勘查成果綜合考慮選取，墻背地下水位取坡頂?shù)孛嫦? m。

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，可知部分擋土墻坡頂處存在6 棟別墅，距擋土墻約8～11 m，且存在施工跡象。因房屋基礎(chǔ)埋深現(xiàn)不能明確，本次計(jì)算時(shí)假設(shè)房屋（3 層）自重轉(zhuǎn)化為60 kN/m2均布載荷分布于最頂層土層頂部；擋土墻與別墅中間的分隔地帶考慮建設(shè)工程施工及建筑材料的堆載，按常規(guī)施工超載考慮，本次計(jì)算時(shí)假設(shè)20 kN/m2均布載荷施加于擋土墻及別墅間的地段。

2.3 分析2種工況

綜合考慮各種影響因素，擬分析正常工況和排水受阻工況2種典型工況［9-11］，正常工況是指小區(qū)內(nèi)居民活動(dòng)不受限，邊坡及其支護(hù)結(jié)構(gòu)正常使用；排水受阻工況是指考慮施工超載和擋土墻墻身排水受阻，墻背后邊坡土體內(nèi)地下水位升高的附加荷載情況。

2.4 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范：GB 50330—2013》的相關(guān)規(guī)定，將本研究邊坡判定為二級(jí)永久邊坡，F(xiàn)st取1.30。依據(jù)工程地質(zhì)鉆探土工試驗(yàn)報(bào)告和地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，合理選取計(jì)算參數(shù)，分別對(duì)3個(gè)斷面按正常工況和排水受阻工況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算成果Tab.1 Calculation Results of Slope Stability Coefficient

由表1可以看出：

⑴在正常工況下，3 條斷面的整體穩(wěn)定系數(shù)為1.510～1.681，均大于邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst，邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)判定為穩(wěn)定，推斷整條邊坡沒(méi)有明顯失穩(wěn)跡象。

⑵在排水受阻工況下，穩(wěn)定性系數(shù)1.173～1.305，各計(jì)算斷面穩(wěn)定性系數(shù)都有較大幅度的下降，其中1-1'、2-2'斷面邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)判定為基本穩(wěn)定，5-5'斷面邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)判定為穩(wěn)定。整體考慮，邊坡基本穩(wěn)定，但在極端氣象條件下存在失穩(wěn)的隱患。

2.5 擋墻穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

選取典型邊坡剖面上的重力式擋墻處作為典型擋墻斷面，分別對(duì)3 個(gè)不同的擋墻典型斷面按正常工況和排水受阻工況進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。計(jì)算成果如表2所示。

表2 擋墻穩(wěn)定性安全系數(shù)成果Tab.2 Results of Safety Coefficient of Retaining Wall Stability

由表2可以看出：

⑴在正常工況下，3 條斷面的整體穩(wěn)定系數(shù)為1.530～2.031，均大于規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)1.30。擋墻穩(wěn)定性狀態(tài)判定為穩(wěn)定，推斷整條擋墻沒(méi)有明顯失穩(wěn)跡象。

⑵排水受阻工況下，整體穩(wěn)定性系數(shù)為1.143～1.585，各計(jì)算斷面穩(wěn)定性系數(shù)都有較大幅度的下降，其中1-1'斷面為1.143，2-2'斷面為1.292，穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿(mǎn)足，安全性不足，為最不利斷面。這與現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查中發(fā)生破壞區(qū)域的分布情況比較吻合。

3 計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)

⑴對(duì)整體邊坡而言，正常工況下總體穩(wěn)定性較高。整體來(lái)看現(xiàn)狀邊坡是安全的。在排水受阻工況下，各計(jì)算斷面穩(wěn)定性系數(shù)都有較大幅度的下降，1-1'、2-2'計(jì)算斷面處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果表明，邊坡整體上基本穩(wěn)定，但在不利位置安全性較低、邊坡坡土體存在變形，這也會(huì)引起局部擋土墻拉裂、失穩(wěn)等破壞的發(fā)生。

⑵對(duì)擋土墻而言，在正常工況下各斷面擋墻穩(wěn)定性狀態(tài)判定為穩(wěn)定，推斷整條擋墻沒(méi)有明顯失穩(wěn)跡象。排水受阻時(shí)，各計(jì)算斷面穩(wěn)定性系數(shù)都有較大幅度的下降，1-1'斷面穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿(mǎn)足，有失穩(wěn)的危險(xiǎn)。需要對(duì)擋墻采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?/p>

4 結(jié)論

⑴邊坡與擋墻在正常工況下基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在排水受阻工況下均存在不同程度的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

⑵根據(jù)穩(wěn)定性分析的評(píng)價(jià)結(jié)果可以推斷，坡頂別墅區(qū)荷載、偶發(fā)施工超載及邊坡和擋墻整體排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量不合格是誘發(fā)擋土墻出現(xiàn)各種破壞形式的原因。

⑶利用穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果可以指導(dǎo)加固處理設(shè)計(jì)工作，加固設(shè)計(jì)時(shí)宜充分考慮各種不利因素［9-10］，對(duì)擋墻截面尺寸與擋墻高度不匹配等典型地段、排水系統(tǒng)不合理或堵塞地段及時(shí)處理。

⑷應(yīng)加強(qiáng)對(duì)擋墻、邊坡及周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握擋墻結(jié)構(gòu)的安全性，了解工程對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，及時(shí)把信息反饋給設(shè)計(jì)、施工，從而根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工方案和施工進(jìn)度，確保施工安全。