降雨入滲作用下土質邊坡穩定性及坡頂建筑安全性檢測與分析

董武忠 謝強

1.湖南城市學院土木工程學院 2.湖南城市學院土木工程檢測中心 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，旱季時處于非飽和狀態、雨季時處于飽和、過飽和狀態，降雨入滲是天然山坡與工程邊坡（基坑）引發邊坡失穩的主要誘因之一，降雨對土質邊坡穩定影響較為復雜，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系非常密切，相關系數達況下，降雨入滲作用可能危及坡頂建筑的安全。本文結合一個工程實例，介紹了在降雨入滲作用下，土質邊坡穩定性，以及坡頂建筑的安全性的現場檢測和分析。

2、工程概況

0.8以上，周葵等（2017）探討了不同降雨強度對洛莫滑坡穩定性的影響規律，王棟梁（2014）降雨入滲條件下框架預應力錨桿柔性支護結構整體穩定性研究。王繼華（2006）研究了降雨動能外部作用和降雨入滲后坡體內部產生的有關作用。坡頂存在既有建筑物的情

益陽城區某高層住宅小區建設施工中，因修建小區道路上邊形成了高度約15米，坡度系數為m=1.75的土質邊坡，坡頂有一（6+1）層磚混結構住宅樓，工程施工正值當地雨季，由于實際切坡坡比較小（i=1：1.75），施工中忽視了坡面的防雨措施，在連續兩天降雨后坡體位移開始加大，坡頂建筑物出現開裂，于是對坡頂住戶人員進行緊急疏散，對坡面土體進行了緊急覆蓋，見圖1和圖2。為確保坡頂居民安全，受開發商委托，本單位對該切坡體和坡頂住宅做安全性鑒定，并對坡頂建筑實施為期2年的安全監控。

圖1 道路邊坡與坡頂住宅位置圖

圖2 坡面臨時防雨措施

3、邊坡安全性鑒定邊坡失穩機理及安全性鑒定

降雨作用誘發土質邊坡失穩的原因主要有兩個方面，其一是邊坡作用效應加大了，降雨使土體含水量增加，導致土體下滑力（力矩）加大，在有邊坡有支擋結構的情況下，增加了支擋圍護結構所承受的主動土壓力；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、內摩擦角及基質吸力降低，從而在整體上降低了土體的抗剪強度。邊坡變形及失穩將坡頂建筑物基礎不均勻沉降或失穩，導致建筑墻體開裂、整體垮塌等災害。

對降雨入滲作用下，邊坡失穩機理和坡頂建筑安全性進行鑒定應依據國家規范執行，主要依據有：民用建筑的安全性分析依據《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-2015)，邊坡穩定性依據《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范》（GB50843-2013)。

依據GB50330-2013規定，坡頂有重要建筑物的邊坡為一級邊坡，其邊坡穩定安全系數Fst不小于1.35。又依據GB50843-2013，既有邊坡工程穩定狀態分為四種，如表1所示。降雨入滲邊坡的安全性應不小于Fst。

表1 既有邊坡工程穩定狀態劃分

3.1 邊坡地質及其特性

1、工程地質勘察：根據建設單位提供的地質勘察報告（報告主要依據《巖土工程勘察規范》GB50021-2011編制），該土質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）。各層土物理力學指標及邊坡設計參數推薦值如表2。

表2 切坡巖土計算參數與放坡推薦值

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）對此地紅粘土特性進行了詳細研究，主要結論有：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，土的穩定性較好，但排水條件差時，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、經現場檢測，由于降雨作用，坡頂建筑物地基滲水進入坡體，最大入滲深度達基礎平面以下2米，因此濕潤土體從坡頂雜填土計算達5米。以坡頂建筑物基礎底面為邊坡穩定分析地面線頂面，則住宅條形基礎作用超載為120kN/m，雜填土與紅粘土等效超載為46.8kN/m。水解后紅粘土力學強度急劇降低，直剪結果φq=2°，Cq≦8kPa。

3.2 邊坡降雨前后穩定性分析

依據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013），計算土質邊坡的穩定系數FS，規范建議采用簡化BISHOP法，即公式1：

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

具體計算時，采用同濟啟明星邊坡slope分析邊坡降雨前后的穩定系數（如圖3所示，采用簡化BISHOP法，總應力模式），分析結果表3所示，結果表明，在確保坡面水土不流失的情況下，邊坡整體穩定系數仍然小于1.35，屬于基本穩定狀態。

表3 穩定系數分析結果（簡化BISHOP法，總應力模式）

圖3.邊坡穩定分析

圖4 垂直度測點布置

4、建筑物安全性鑒定與監測

依據（GB50292-2015)附錄H的規定：邊坡（基坑）或溝渠工程施工，對建筑安全影響的區域，可根據基坑或溝渠側邊距離建筑基礎底面的最近水平距離B與基坑或溝渠底面距離建筑基礎底面垂直距離H劃分為兩類，本工程屬于第一類，即B/H＞1。處于第一類影響區的建筑結構安全性鑒定，應考慮臨近地下工程的影響，并應對主體結構損壞及變形進行監測。

坡頂建筑的安全性依據GB 50292-2015的規定進行。房屋安全性檢測包含結構體系、結構使用條件、地基基礎、結構材料性能、承重結構、維護系統以及易受結構位移影響的管道系統等7個方面的檢測分析，應按構件、子單元、和鑒定單元三個層次評級，見表5。

表5 房屋結構鑒定子單元劃分及其鑒定結果

4.1 地基基礎子單元分析

依據規范GB 50292-2015，對既有建筑物的地基基礎子單元的安全性鑒定最有效的方法是對建筑物進行垂直度觀測，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位置如圖4所示，測量結果如表6所示。結果表明該房屋結構最大整體偏位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準》(GB 50292-1999)中規范上限值H/250的要求（Cu級）

表6 結構側向偏位測量記錄表（首次觀測）

4.2 上部結構子單元分析

該住宅建筑采用條形磚基礎，主體采用磚混結構，樓板采用混凝土預制樓板和混凝土現澆樓板兩種形式，屋面采用木檁條承重蓋普通紅磚瓦坡屋頂結構，圈梁和構造柱的設置符合相關規范要求。

現場檢測發現該住宅樓靠近擋土墻一側二層和三層的縱墻（自承重墻）墻體均出現豎向斜裂縫，且裂縫均為貫通裂縫，最大寬度均已超過3mm，經現場勘查，雨水滲入縱墻基礎，地基承載力顯著降低導致上部墻體開裂。上部結構具體評級結果如表5所示。

綜上所述，鑒定單元評級為Cu，即要對開裂墻體立即采取修復措施。

4.3 建筑物安全性監測

根據委托方要求，在對受損房屋進行修繕，邊坡治理完成后，繼續對房屋進行安全性監測。經過2年的觀測，該建筑未出現異常。

5、結語

1、邊坡穩定性結論：降雨入滲使得該土質邊坡的穩定性顯著下降，穩定系數下降21%。所幸處置及時合理，邊坡仍屬基本穩定范圍。經過治理后，邊坡穩定。

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

3、借鑒意義：案例所處地質環境，是當地典型的殘積紅粘土山丘地貌。該土質雖然承載力較高，但抗水性差，所以在邊坡工程（建筑基坑）施工時，注意防水。