某巖石高邊坡支護結構變形破壞分析及治理措施

陳星星

（廣州市設計院集團有限公司，廣東 廣州 510620)

1 工程概況

某高邊坡第一段B 區，坡頂標高81.0m，坡腳標高21.0，坡高60m，坡長142m，原設計采用分級放坡+上部坡面格構錨桿+下部坡面噴錨網+坡腳樁錨+坡頂底截排水溝的支護措施。

邊坡于2012年2月開始施工，2013年6月開始施工坡腳抗滑樁，在樁身四排錨索均未施工的情況下，2013年8月初開始開挖樁前巖體，2013年12月底開挖到底，2014年2月10日局部坡腳抗滑樁被剪切破壞，急需對其采取針對性的綜合性治理。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

地質構造屬單斜構造，西北高，東南低，高程80.99m～50.38m，高差約30.61m，平均坡度22°。

2.2 地質構造

南京—湖熟斷裂帶東北側即為寧鎮弧形褶皺隆起帶，西南側為寧蕪凹陷盆地，斷裂褶皺被中新生界覆蓋，地表不明顯。擬建場地位于寧蕪凹陷盆地北側。

2.3 地層巖性

場地的主要地層有：人工填積 (Q)層、第四系上更新統沖積 (Q)層、第四系坡積+殘積(Q)層、白堊系上統浦口組（K）巖層等。

人工填積（Q）層:雜填土（地層編號①1）：雜色，主要由碎塊石等夾雜少量粘性土等組成，堆積時間5～10年。

素填土（地層編號①2）：黃褐～灰褐色，由粉質粘土夾碎塊石、卵礫石等堆填而成，堆積時間3～6年。

第四系上更新統沖積 (Q)層:粉質黏土（地層編號②1）：黃灰色，含鐵錳氧化物，呈濕的、可塑狀態。

卵礫石夾砂（地層編號②2）：主要由卵石、礫石夾細砂組成，呈稍濕、中密～密實狀態。

粉質粘土（地層編號③）：黃褐色，含氧化鐵結核及灰白色高嶺土斑點等，呈濕的、可塑～硬塑狀態。

白堊系上統浦口組（K）巖層:強風化泥質粉砂巖（地層編號⑥1）：紫紅～磚紅色，泥質膠結，遇水軟化。中風化泥質粉砂巖（地層編號⑥2）：紫紅～磚紅色，泥質膠結，中厚層狀構造，遇水軟化。飽和單軸抗壓強度標準值5.88MPa，屬軟巖，較完整～完整，巖層產狀為143°∠29°。

2.4 水文地質條件

場地內地下水類型以潛水為主，在開挖出露的基巖中以基巖裂隙水為主。

3 本次變形特征及原因分析

3.1 邊坡支護原設計方案

原設計采用分級放坡+上部坡面格構錨桿+下部坡面噴錨網+坡腳樁錨+坡頂底截排水溝的支護措施。

3.2 變形特征

2013年6月開始施工坡腳抗滑樁，在樁身四排錨索均未施工的情況下，2013年8月初開始開挖樁前巖體，并于2013年12月底開挖到底，2014年2月10日BZ25～BZ39 抗滑樁根部剪切破壞，見圖1、圖2；同時2013年8月坡體變形突然增大，坡面多處開裂。

圖1 樁身剪切裂縫

圖2 BZ31#樁身剪切裂縫

邊坡主要位移監測點布置見圖3。

選取 J43～J48 冠梁和S10～S24 坡體水平位移監測數據，分別繪制位移時程曲線，見圖4、圖5。

圖4 冠梁頂部測點累計位移曲線圖

圖5 坡體測點累計位移曲線圖

由圖4、圖5可以看出，在坡腳巖體開挖期（2013年8月～2013年12月），整體位移時程曲線的曲率大。

邊坡的坡體和冠梁累計水平位移持續快速增長，邊坡處于加速蠕變階段。

3.3 原因分析

（1）地層巖性：坡腳巖體為中風化泥質粉砂巖，泥質膠結，遇水軟化、巖石飽和單軸抗壓強度標準值5.88MPa，屬軟巖。

（2）巖體結構：巖層產狀143 ∠29°，發育有兩組相互垂直的節理，其中第一組節理產狀275 ∠88°，第二組節理產狀5 ∠58°，均屬硬性結構面；但坡腳巖體局部夾薄層泥巖，產狀為125 ∠15°。

圖6 樁身剪斷處薄層泥巖

對其進行赤平投影，結果見圖7。

圖7 邊坡赤平投影分析結果圖

根據赤平投影定性分析，結合坡體結構特征和抗滑樁變形破壞特征，該邊坡的變形破壞模式是沿著薄層泥巖夾層面C’產生平面滑動。

水的作用：選取 SW1～SW3 地下水位數據繪制地下水位變化曲線圖，見圖8。

圖8 SW1～SW3 地下水位變化曲線圖

由圖8可以看出，地下水位處于20-25m 之間。坡腳以上4 米內巖體長期處于地下水中。

工程活動：一次開挖到底，巖體快速卸荷，應力失衡。

綜上，中風化泥質粉砂巖所夾薄層泥巖，在地下水的長期作用下，巖體軟化和泥化作用明顯，再加上地下水對結構面的潤滑作用，進一步惡化結構面的抗剪能力；在坡腳巖體開挖卸荷和樁身錨索均未施工的情況下，坡腳失去有效支撐，坡體沿著該軟弱結構面，加速蠕變，急需對邊坡進行加固治理，防止出現滑面貫通，邊坡失穩。

4 治理措施

4.1 應急方案

（1）坡腳反壓：反壓平臺寬度17m，反壓高度14m。

由圖9、圖10可以看出，在坡腳反壓后，冠梁和坡體變形趨于穩定。

圖9 冠梁頂部測點累計位移曲線圖（坡前反壓后）

圖10 坡體測點累計位移曲線圖（坡前反壓后）

（2）完善坡體排水體系：對現有截排溝進行修復和完善，防止降雨沖刷和入滲坡體。

4.2 穩定性計算

4．2．1 軟弱結構面強度指標

本次軟弱結構面參數的選取，根據試驗測試成果，同時結合樁身被剪斷所需剪力，進行反演分析。分析結果見表1。

表1 軟弱結構面參數表

4．2．2 穩定性分析

在考慮樁前反壓土體的被動土壓力的情況下，抗滑穩定性計算結果見表2。

表2 抗滑穩定系數計算結果表

設計工況和校核工況的抗滑穩定系數均小于相關規范的要求，需對該邊坡進行治理。

4.3 治理措施

（1）抗滑樁+錨索：在斷樁正后方平臺（標高43m），施工一排抗滑樁+錨索，抗滑樁直徑1.5m，間距3.0m，長度25m；冠梁上布置一排錨索，長度38m，間距2.5m。

（2）錨索：第一段B 區反壓區以外的抗滑樁，按原設計施工錨索。

（3）坡腳擋土墻：坡腳懸臂式擋土墻，高度5m。

圖11 支護剖面圖

通過上述治理措施，設計工況和校核工況的抗滑穩定系數分別達到1.59、1.26，均滿足規范要求。

5 結論及建議

（1）BZ25～BZ39 抗滑樁剪斷處中風化泥質粉砂巖所夾薄層泥巖，在地下水的長期作用下，巖體軟化和泥化作用明顯，為軟弱結構面，再加上地下水對結構面的潤滑作用，進一步惡化結構面的抗剪能力；在坡腳巖體開挖卸荷和樁身錨索未施工的情況下，坡腳失去有效支撐，坡體沿著該軟弱結構面，加速蠕變。

（2）在采用坡腳反壓的應急措施后，整體位移時程曲線的曲率較小，冠梁和坡體變形趨于穩定。

（3）在考慮樁前反壓土體的被動土壓力的情況下，對其進行抗滑穩定系數計算，結果顯示設計工況和校核工況的抗滑穩定系數均小于相關規范的要求，需對該邊坡進行治理。

（4）在采用樁錨+坡腳反壓+坡面綠化+坡腳護腳墻+完善坡體排水體系的支護措施后，設計工況和校核工況的抗滑穩定系數分別達到1.59、1.26，均滿足規范要求。