復雜地質(zhì)條件下大型高邊坡的勘察與綜合治理設計

楊 亮, 冷洋洋

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院， 貴州貴陽 550000)

?

復雜地質(zhì)條件下大型高邊坡的勘察與綜合治理設計

楊 亮, 冷洋洋

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院， 貴州貴陽 550000)

邊坡失穩(wěn)是典型的地質(zhì)災害之一，邊坡工程治理的關(guān)鍵在于對其勘察方法選擇的科學性和治理措施設計的合理性。文章首先對紅黏土及破碎巖溶地區(qū)且緊鄰高層建筑群和道路的大型邊坡進行了介紹，對其特點和危害性進行了分析；接著根據(jù)邊坡特征和周邊環(huán)境條件，系統(tǒng)設計提出了資料收集、1∶500工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)調(diào)查、局部鉆探、淺井、槽探、室內(nèi)巖土試驗等綜合型勘測手段；接下來根據(jù)勘測結(jié)果提出了較為合理的巖土參數(shù)取值，并比選確定了相應的治理支護方案；最后對實施效果進行了簡要介紹。

邊坡； 勘察； 邊坡防治； 邊坡支護

1 工程概況

盤縣國土局旁棚戶區(qū)改造項目，由2棟24F、1棟26F、2棟27F的高層商住樓沿東西向依山而建，該擬建建筑群地下室共計-2F。擬建區(qū)域南北側(cè)的高大邊坡原始高度9～31.6 m，邊坡總長度約516 m，南側(cè)坡頂平面近距離內(nèi)有多棟18F的已建并投入使用的高層建筑群。該已建建筑群和擬建建筑群之間且位于坡腳的位置規(guī)劃有雙向2車道寬約6.2 m的道路和寬約1.8 m的人行道各1條。邊坡位置及周邊地形如圖1所示，各段邊坡編號及特征如表1所示。

圖1 擬建建筑及邊坡地形示意

邊坡號邊坡長/m邊坡高/m底板標高/m地面標高/m特征備注A-B-C-D段D-E段E-F-G-H-I段I-A段19433194337.9～19.618.5～28.128.1～37.47.9～10.91722.11729.6～1740.9巖質(zhì)邊坡,基坑邊坡,逆向坡坡頂緊鄰城市主干道,無放坡條件1740.9～1749.9巖質(zhì)邊坡,基坑邊坡,順向坡坡無建筑物,有一定放坡條件1749.9～1759.5巖、土混合邊坡,基坑臨時邊坡+永久性邊坡,巖質(zhì)部分為切向坡坡頂18～23m有建筑物,且該已建物為淺基礎,邊坡有一定放坡條件1729.6～1736.5巖質(zhì)邊坡,基坑邊坡,逆向坡頂外15～20m有相臨建筑物,邊坡有一定放坡條件J-K段625～151745～17551760巖、土邊坡,道路高差永久性邊坡,切向坡

2 重難點分析

該邊坡工程具有如下特點：

(1)邊坡較為高大，相對陡直。在-2F深基坑開挖時，使得本來就有較大地形起伏的場地，形成了最大高差近37.4 m、坡角近乎65°～80°的高大邊坡。

(2) 邊坡工程地質(zhì)條件極差。邊坡周圍較深和較寬范圍內(nèi)，大量分布有紅黏土，巖層為較破碎且風化嚴重的泥灰?guī)r和石灰?guī)r組成，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部位置存在較大規(guī)模的巖溶，必然加大該邊坡的治理難度(圖2)。

(3) 邊坡工程潛在危害巨大。已建建筑群距擬建地下室輪廓線水平最近距離31.8 m，距離邊坡坡腳水平距離9～16 m，均不及邊坡1倍高度范圍。邊坡坡頂和坡腳均為人員富集的高層建筑小區(qū)，坡腳同時還有較重要的縣城主干道。

圖2 風化嚴重的破碎巖土層

從邊坡規(guī)模及危害程度確定該邊坡為一級邊坡。邊坡治理的成敗，直接關(guān)系著大量建構(gòu)筑物和居民生命財產(chǎn)的安全。因此，很有必要對該高大邊坡的勘察和設計工作進行專門性的分析研究。

3 勘察方案及實施

3.1 勘察工作方法

經(jīng)分析和比選，最終采用資料收集、1∶500工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)調(diào)查、局部鉆探、淺井、槽探、室內(nèi)巖土試驗等綜合方法開展勘察工作。

考慮到邊坡的重要性，選擇14條典型剖面進行測繪。其中4條剖面分別沿擬建區(qū)域地下室長軸方向布設，長軸走向的輪廓線附近各布置1條，坡腳布設1條，邊坡中部布設1條，其他10條剖面沿地下室短軸方向并垂直于邊坡走向按等間距布設。

3.2 勘察實施

共計布設鉆孔12個、淺井6個、探槽4條，基本沿縱橫向勘測剖面的交叉點布設。鉆孔揭露至基巖下3～5 m，淺井揭露至基巖下0.5～1 m，探槽揭露至基巖面。通過鉆孔、淺井和探槽共選取巖土試樣24個。完成主要工作和實物工作量如表2所示。

表2 完成實物工作量

3.3 勘察主要結(jié)論

3.3.1 地質(zhì)構(gòu)造

擬建場地位于盤關(guān)向斜東翼南段，距離向斜軸部較遠。下伏地層為三疊系關(guān)嶺組(T2g)，巖性為灰白色中風化灰?guī)r、深灰色中風化泥灰?guī)r；場地地層產(chǎn)狀280°∠9°；巖石巖溶和節(jié)理裂隙發(fā)育。

3.3.2 抗震設防要求

建筑場地內(nèi)及附近無活動性斷裂通過，無液化等可能發(fā)生，但場地抗震設防烈度為Ⅵ度，設計地震第三組，設計基本地震加速度值為0.05g，應按6度考慮抗震設防要求。

3.3.3 地層及特性

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及鉆探揭露，場地巖土自上而下分為素填土、紅黏土、中風化泥灰?guī)r、中風化石灰?guī)r等。素填土結(jié)構(gòu)松散，主要由灰?guī)r碎石、塊石組成，約占70 %，其余由黏土充填，碎石、大塊石粒徑為2～60 cm，級配差，分布不均勻，排列混亂，架空現(xiàn)象明顯。紅黏土可塑，稍濕，土質(zhì)均勻細膩，局部包含少量泥灰?guī)r碎石，該層厚度薄且變化不大，分布不均勻。巖層普遍較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，中風化。

3.3.4 地下水影響

據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪，擬建場地附近無常年地表水，地下水位埋藏深。場地內(nèi)雨后地表水將沿孔隙或基巖裂隙下滲進入基巖層，可能對邊坡及其支護設施構(gòu)成顯著影響。

3.3.5 水土腐蝕性

場地地下水埋藏較深，場地的水文地質(zhì)條件簡單，可不考慮地下水對混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕性。但要注意場地內(nèi)地表水的排放，場地環(huán)境類別屬于Ⅱ類。

支護結(jié)構(gòu)布設范圍內(nèi)涉及素填土、紅黏土及下伏中風化泥灰?guī)r、石灰?guī)r。根據(jù)地方經(jīng)驗，場地巖土體對混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋存在微腐蝕性。

3.3.6 不良地質(zhì)現(xiàn)象

場地不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶，巖土接觸面滑坡、松動危巖體崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

巖溶主要位于邊坡E-F-G-H-I段，該區(qū)位開挖坡面部分基巖面起伏超過2 m，根據(jù)規(guī)范，場地內(nèi)巖溶處于中等發(fā)育的巖溶場地。

松動危巖體崩塌區(qū)域，主要位于G-H-I段，主要因已建區(qū)域場地平整施工時，爆破形成的卸荷裂隙與本身節(jié)理裂隙的組合切割，形成獨立的塊體極易發(fā)生崩塌。

3.3.7 巖土物理力學參數(shù)

巖土層層間參數(shù)和巖體參數(shù)的合理取定，是決定邊坡治理設計成功的關(guān)鍵所在。

結(jié)合室內(nèi)試樣、有關(guān)規(guī)范和地方類似工程經(jīng)驗，最終確定的各巖土層物理力學參數(shù)如表3所示。

場地邊坡巖體主要為中風化泥灰?guī)r和中風化石灰?guī)r。中風化泥灰?guī)r為中厚層狀，巖體結(jié)構(gòu)結(jié)合程度很差，屬較破碎、軟質(zhì)巖類；中風化石灰?guī)r為中厚～厚層狀，巖體結(jié)構(gòu)結(jié)合程度差，屬較破碎、硬質(zhì)巖類。根據(jù)GB50330-2013附表A-1、A-2規(guī)定，中風化泥灰?guī)r邊坡巖體類型為Ⅲ類，邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角取φe=50°；中風化石灰?guī)r邊坡巖體類型為Ⅱ類，邊坡巖體等效內(nèi)摩擦角取φe=55°。

4 治理方案設計

4.1 治理設計的重點

該邊坡治理的重點在37 m多的高大邊坡段、巖溶段和破碎易崩塌段。

表3 各巖土層物理力學性質(zhì)指標建議值

4.1.1 37.4 m高大邊坡治理思路

該37.4 m高大邊坡，大部分巖石出露，局部破表有松散堆積體和紅黏土植被，主要采用清除表面破碎松散部分，并采用格構(gòu)和錨索進行分級聯(lián)合支護。格構(gòu)后的紅黏土及植被盡量全部挖除，若紅黏土較厚，則增大格構(gòu)梁大小并減小格構(gòu)間距。

4.1.2 溶洞治理思路

對于巖溶段邊坡，首先，將溶洞中上部沿薄弱段鑿破，并將清理的松散破碎巖土體拋入溶洞，填充物無溶蝕特性且不需特意密實，但要求具有一定的級配并塞滿溶洞，且在溶洞壁的支撐下具有一定的自穩(wěn)能力。

接著，用與巖石強度等級匹配的混凝土封閉鑿開的溶洞口，在溶洞的上部做好截水，防止地表水灌入其中。在溶洞底部設置泄水孔，確保溶洞內(nèi)不富集水體或僅存少量水體。

最后，在坡表設置具有較好強度的格構(gòu)梁和錨索，格構(gòu)梁布設在溶洞壁巖石較厚且強度較高的地方，溶洞附近的土層按回填土分析設計，錨索做好防腐處理并嵌入溶洞后的穩(wěn)定巖層之中。

4.1.3 破碎崩塌段治理思路

對于破碎段范圍較小且厚度不大的松散破碎帶，進行全部清表處理。對于范圍及厚度均較大的松散破碎帶，對其修筑重力式擋墻并結(jié)合掛網(wǎng)噴錨進行聯(lián)合防護。如果其腳部有足夠超載的平臺，且松散破碎體崩落高度不大，優(yōu)先選擇重力式擋墻進行治理。

4.2 綜合治理方法

根據(jù)各段邊坡實際情況，并結(jié)合現(xiàn)有系列邊坡防治技術(shù)，確定綜合采用“清表”“掛網(wǎng)噴混凝土+錨索+格構(gòu)梁” “掛網(wǎng)噴混凝土+錨桿”“毛石混凝土擋墻”等方法對該邊坡進行治理和防護。

4.2.1 清表

主要采用人工方式，將各邊坡表面極其破碎或較易失穩(wěn)的孤危石進行清理。對于極其陡峭的高大位置，采用掛安全吊籃的形式進行清理。

4.2.2 掛網(wǎng)噴混凝土+錨索+格構(gòu)梁

錨索于坡面3.5 m×3.5 m方形布置，錨孔直徑130 mm，入射角25°，錨索為6φ15.24，預應力值660 kN，錨固段為5.0 m，灌注M30水泥砂漿，沉砂段長為0.5 m。

格構(gòu)梁于坡面3.5 m×3.5 m方形布置，縱橫交叉于錨頭位置。格構(gòu)梁斷面400 mm×400 mm?？v向通長鋼筋為10φ18，箍筋φ8@200，現(xiàn)澆C25混凝土，格構(gòu)梁埋深坡腳不小于500 mm。

坡面采用單層掛網(wǎng)噴混凝土護面，噴C25混凝土，厚150 mm，鋼筋網(wǎng)單層雙向φ8@200 mm。

該方案主要用于A-B-C-D段和E-F-G-H-I段。

4.2.3 掛網(wǎng)噴混凝土+錨桿

錨桿為φ25三級鋼筋，長度為9 m，間距2.0 m×2.0 m，錨孔90 mm，入射角15°，灌注M30砂漿。

坡面采用單層掛網(wǎng)噴混凝土護面，噴C25混凝土，厚150 mm，鋼筋網(wǎng)單層雙向φ8@200 mm。

該方案主要用于D-E段和I-A段,不同的是D-E段按1∶0.2～1∶0.25放坡，I-A段按1∶0.3放坡。

4.2.4 毛石混凝土擋墻

采用MU30毛石混凝土俯斜式重力擋墻進行支護，墻高5～12 m。墻高8 m以內(nèi)，其墻背傾角取10°，墻頂寬1.2 m；墻高8 m以上時，其墻背傾角取16.5°，墻頂寬1.5 m。

該方案主要用于J-K段。

5 實施及監(jiān)測

考慮到該大型邊坡復雜的地質(zhì)條件和重要的安全特性要求，特制定了監(jiān)測方案。

按制定的勘察和治理方案開展邊坡治理相關(guān)工作，實施效果較好，除12 m高重力式擋墻墻頂水平位移接近30 mm外，其他監(jiān)測項目都距離相應預警值小得多。

該勘察、治理設計及監(jiān)測有關(guān)內(nèi)容，尤其是37.4 m高大邊坡、巖溶段邊坡等的治理思路及其方案，除滿足了復雜地質(zhì)條件下該大型邊坡治理實際需要外，對類似邊坡工程的勘察及防治，都有很好的借鑒意義。

[1] 佴磊，徐燕，代樹林, 等. 邊坡工程[M]. 科學出版社, 2010.

[2] 方玉樹. 邊坡穩(wěn)定性分析的一種新條分法[J]. 工程勘察, 2007(6).

[3] 劉衡秋. 摩崖造像復雜地質(zhì)邊坡綜合勘察技術(shù)運用[J]. 工程勘察, 2015(4).

[4] GB 50011-2001 建筑抗震設計規(guī)范[S].

[5] DB 22/45-2004 貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范[S].

[6] GB 50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范[S].

[7] GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

楊亮(1984～)，男，碩士研究生，工程師，主要從事邊坡及地質(zhì)災害勘察設計工作。

TU94+3.2

A

[定稿日期]2017-06-03