巖質(zhì)邊坡治理不應(yīng)忽略拉裂變形控制

方玉樹

（1陸軍勤務(wù)學(xué)院，重慶 401311；2巖土力學(xué)與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401311）

0 引言

關(guān)于是否和如何進(jìn)行邊坡變形計(jì)算，《建筑與市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范》（GB 55003—2021）（以下稱《地基通用規(guī)范》）的規(guī)定情況是：

第2.2.6條規(guī)定：“邊坡工程設(shè)計(jì)應(yīng)包括……支擋結(jié)構(gòu)……變形……計(jì)算。”

第8.2.1條規(guī)定：“邊坡支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算或驗(yàn)算應(yīng)包括……對(duì)邊坡變形有控制要求的支擋結(jié)構(gòu)變形分析計(jì)算。”

第8.1.2條規(guī)定：“邊坡工程設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)不同的工況進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算。”

不難看到：前兩條對(duì)支擋結(jié)構(gòu)變形計(jì)算的要求是矛盾的（第一條的要求面向所有邊坡支擋結(jié)構(gòu)，第二條的要求針對(duì)對(duì)邊坡變形有控制要求的邊坡支擋結(jié)構(gòu)，這將給強(qiáng)制性規(guī)定的執(zhí)行和監(jiān)督執(zhí)行造成困擾），但這兩條都只要求對(duì)邊坡中的支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形計(jì)算（這與《地基通用規(guī)范》第7.1.3條“對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)的基坑工程，應(yīng)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及基坑周邊土體的變形進(jìn)行計(jì)算”的規(guī)定不匹配，如果要求計(jì)算基坑周邊土體變形，也應(yīng)要求計(jì)算邊坡土體變形）；第三條未涉及邊坡變形計(jì)算。

1 分析

對(duì)于有高粘聚力的邊坡（主要是巖質(zhì)邊坡），這樣的規(guī)定對(duì)于保證房屋建筑與市政設(shè)施及其附屬構(gòu)筑物的安全和正常使用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

（1）未要求控制邊坡巖土體拉裂變形造成一些高陡邊坡既無(wú)需支護(hù)也無(wú)需放坡

巖體完整性較高時(shí)，若無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面及其交線，高度為數(shù)十米的直立巖質(zhì)邊坡，很難發(fā)生剪切破壞因而無(wú)需進(jìn)行抗滑支護(hù)，但在進(jìn)行邊坡治理時(shí)，仍然需要將坡率降到一個(gè)較小的水平或者進(jìn)行支護(hù)。之所以如此，是因?yàn)椋和暾暂^高的巖質(zhì)邊坡較高又較陡時(shí)，坡頂還可能會(huì)發(fā)生拉裂變形。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，拉裂變形會(huì)逐漸加大加深最后可能會(huì)發(fā)生垮塌，也就是說(shuō)，邊坡可能由拉裂變形演變?yōu)槭Х€(wěn)。當(dāng)然失穩(wěn)也可能不會(huì)發(fā)生，但邊坡拉裂變形本身就會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)或環(huán)境影響乃至危及人的生命，因而具有危害性。

由于勘察時(shí)切坡還未實(shí)施或還沒有到位或到位時(shí)間還不長(zhǎng)，拉裂還未發(fā)展甚至還未發(fā)生因而危巖還未形成，無(wú)法通過勘察期間的危巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)階段的危巖治理設(shè)計(jì)加以控制。《地基通用規(guī)范》第2.1.10條、第3.2.2條、第8.1.3條要求進(jìn)行崩塌防治的規(guī)定對(duì)此不適用。因此，對(duì)于直立巖質(zhì)邊坡特別是永久直立巖質(zhì)邊坡，無(wú)論是否需要進(jìn)行抗失穩(wěn)治理，一般都需要考慮控制邊坡拉裂變形，要么支護(hù)，要么放坡。

筆者估計(jì)，重慶地區(qū)對(duì)數(shù)量龐大的巖質(zhì)邊坡采取支護(hù)或放坡措施進(jìn)行處理，一半是出于控制邊坡拉裂變形的需要。

如果不要求控制拉裂變形，完整性較高且無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面及其交線的高陡巖質(zhì)邊坡，是不需要進(jìn)行放坡或支護(hù)的。而無(wú)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，《地基通用規(guī)范》進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算的規(guī)定便用不上。

對(duì)于采取放坡措施控制邊坡拉裂變形，《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）（以下稱《邊坡規(guī)范》2013版）[1]雖未明文要求，但其提供的一個(gè)巖質(zhì)邊坡坡率允許值經(jīng)驗(yàn)表（表1）事實(shí)上主要是用于控制巖質(zhì)邊坡拉裂變形的，因?yàn)椋涸跓o(wú)外傾結(jié)構(gòu)面或其交線的情況下，完整性較高的直立巖質(zhì)邊坡在表中相應(yīng)高度范圍內(nèi)均可保持抗滑穩(wěn)定。

表1 《邊坡規(guī)范》2013版提供的巖質(zhì)邊坡坡率允許值

需要說(shuō)明的是，《邊坡規(guī)范》2013版的相關(guān)規(guī)定是矛盾和混亂的[1]，諸多矛盾和混亂現(xiàn)象之一是對(duì)高度超過表1的巖質(zhì)邊坡要求通過穩(wěn)定性分析確定坡率允許值，這意味著：對(duì)高度不超過表1的巖質(zhì)邊坡要求放坡，對(duì)高度超過表1的巖質(zhì)邊坡反而允許直立。重慶地區(qū)對(duì)穩(wěn)定性滿足要求的巖質(zhì)邊坡采取放坡措施是從《邊坡規(guī)范》2013版矛盾和混亂的規(guī)定中選擇不執(zhí)行那些偏危險(xiǎn)之規(guī)定的結(jié)果。

（2）對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形計(jì)算難以達(dá)到控制有支護(hù)邊坡拉裂變形的目的

一些邊坡因穩(wěn)定性不滿足要求又不具備放坡條件而需要進(jìn)行支護(hù)，此時(shí)雖然具備了執(zhí)行《地基通用規(guī)范》進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算規(guī)定的條件，但進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)變形計(jì)算難以達(dá)到控制有支護(hù)邊坡拉裂變形的目的。這是因?yàn)椋哼吰吕炎冃问沁吰聨r土體局部破損的發(fā)生和發(fā)展，不像建筑物平地地基變形計(jì)算那樣有現(xiàn)成的半經(jīng)驗(yàn)半理論計(jì)算方法，而對(duì)所有高粘聚力邊坡進(jìn)行數(shù)值分析又不現(xiàn)實(shí)。

對(duì)于采取支護(hù)措施控制邊坡拉裂變形，《邊坡規(guī)范》2013版雖未明文要求，但其第6.2.3條的部分規(guī)定（“對(duì)無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡，應(yīng)以巖體等效內(nèi)摩擦角按側(cè)向土壓力方法計(jì)算側(cè)向巖石壓力”，當(dāng)有外傾結(jié)構(gòu)面時(shí)，側(cè)向巖石壓力應(yīng)取此結(jié)果與沿外傾結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)的主動(dòng)巖石壓力的較大值）事實(shí)上主要是用于控制巖質(zhì)邊坡拉裂變形的，因?yàn)椋涸跓o(wú)外傾結(jié)構(gòu)面及其交線的情況下，完整性較高的直立巖質(zhì)邊坡在30m高度范圍內(nèi)均可保持抗滑穩(wěn)定，更不用說(shuō)存在主動(dòng)巖石壓力了（主動(dòng)巖石壓力在穩(wěn)定系數(shù)小于1時(shí)才可能大于0）。

需要說(shuō)明的是，《邊坡規(guī)范》2013版的相關(guān)規(guī)定是矛盾和混亂的[2]，諸多矛盾和混亂現(xiàn)象之一是其第6.3.4條和附錄B要求以巖體粘聚力和巖體內(nèi)摩擦角計(jì)算巖質(zhì)邊坡側(cè)向巖石壓力，這意味著，對(duì)巖質(zhì)邊坡中的二階（即坡頂為一級(jí)臺(tái)階式）直立邊坡和坡面傾斜、坡頂水平且無(wú)超載的邊坡，又不考慮采取支護(hù)措施控制拉裂變形了；因坡頂無(wú)臺(tái)階邊坡是坡頂有臺(tái)階邊坡的特例，坡面直立是坡面傾斜的特例，所以，其第6.3.4條和附錄B的規(guī)定也意味著，對(duì)坡頂水平且無(wú)超載的直立巖質(zhì)邊坡不考慮采取支護(hù)措施控制拉裂變形。重慶地區(qū)對(duì)穩(wěn)定性滿足要求的巖質(zhì)邊坡采取支護(hù)措施是從《邊坡規(guī)范》2013版矛盾和混亂的規(guī)定中選擇不執(zhí)行偏危險(xiǎn)的規(guī)定之結(jié)果。

《地基通用規(guī)范》及其精神不包含《邊坡規(guī)范》2013版第6.2.3條的上述規(guī)定。《地基通用規(guī)范》第2.2.2條第4款規(guī)定：“在確定……支擋結(jié)構(gòu)截面、……支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí)，……擋土墻土壓力以及滑坡推力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下作用的基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)……。”因《地基通用規(guī)范》中土不包括巖石，該款中的“擋土墻土壓力”是不包括主動(dòng)巖石壓力的，即使計(jì)算主動(dòng)巖石壓力符合《地基通用規(guī)范》第2.2.2條第4款的精神，也與《邊坡規(guī)范》2013版第6.2.3條的上述規(guī)定無(wú)關(guān)，原因在于：《邊坡規(guī)范》2013版第6.2.3條的上述規(guī)定是用虛假的“巖體等效內(nèi)摩擦角”計(jì)算虛假的“主動(dòng)巖石壓力”的。當(dāng)采用計(jì)算主動(dòng)土壓力的做法計(jì)算完整性較好且無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面及其交線的直立巖質(zhì)邊坡主動(dòng)巖石壓力（即用巖體粘聚力和巖體內(nèi)摩擦角進(jìn)行計(jì)算）時(shí)，結(jié)果為負(fù)值。因此，若無(wú)特別說(shuō)明（例如：明確要求受巖體強(qiáng)度控制的主動(dòng)巖石壓力按巖體等效內(nèi)摩擦角計(jì)算），執(zhí)行《地基通用規(guī)范》及其精神不會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行《邊坡規(guī)范》2013版第6.2.3條的上述規(guī)定。

也許有人認(rèn)為，《地基通用規(guī)范》第8.1.4條要求進(jìn)行邊坡變形監(jiān)測(cè)的規(guī)定可以彌補(bǔ)該規(guī)范忽略拉裂變形控制的不足。這種認(rèn)識(shí)是不正確的。變形監(jiān)測(cè)不能代替變形控制設(shè)計(jì)。正因?yàn)槿绱耍兜鼗ㄓ靡?guī)范》通過第4.4.7條第1款要求對(duì)地基變形有控制要求的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降變形監(jiān)測(cè)的同時(shí)，又通過第4.1.1條第2款要求在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地基變形有控制要求的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行地基變形計(jì)算。

2 建議

筆者主張：

（1）將邊坡治理區(qū)分為抗失穩(wěn)治理和抗變形治理（其中，坡頂無(wú)建筑物時(shí)的抗變形治理為有較高粘聚力邊坡的抗拉裂變形治理，坡頂有建筑物時(shí)的抗變形治理為抗地基側(cè)向變形治理），實(shí)行抗失穩(wěn)和抗變形雙控；抗失穩(wěn)支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載計(jì)算采用按穩(wěn)定性公式反算法；抗變形（包括抗拉裂變形）支護(hù)結(jié)構(gòu)巖土荷載計(jì)算采用靜止巖土壓力修正法；抗失穩(wěn)放坡坡率通過穩(wěn)定性計(jì)算來(lái)決定；抗拉裂放坡坡率采用查抗拉裂坡率允許值經(jīng)驗(yàn)表的方法確定（高度超過允許值表范圍時(shí)通過數(shù)值分析等方法綜合確定）；

（2）對(duì)基坑邊坡（指臨時(shí)邊坡）的治理也采用上述做法，只是治理強(qiáng)度低于環(huán)境邊坡（指永久邊坡）。

上述主張?jiān)斠娮局鳾2]。

擋墻背后全為低粘聚力土且不視為坡體時(shí)，擋墻設(shè)計(jì)也分為抗失穩(wěn)設(shè)計(jì)和抗變形設(shè)計(jì)，只是擋墻土體荷載都采用土壓力法計(jì)算，抗失穩(wěn)時(shí)采用主動(dòng)土壓力法，抗變形時(shí)采用靜止土壓力修正法、靜止與主動(dòng)土壓力平均法。