復雜地質條件下大型高邊坡的勘察與綜合治理設計

楊 亮, 冷洋洋

(貴州省地質調查院， 貴州貴陽 550000)

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復雜地質條件下大型高邊坡的勘察與綜合治理設計

楊 亮, 冷洋洋

(貴州省地質調查院， 貴州貴陽 550000)

邊坡失穩是典型的地質災害之一，邊坡工程治理的關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；接著根據邊坡特征和周邊環境條件，系統設計提出了資料收集、1∶500工程地質測繪、工程地質調查、局部鉆探、淺井、槽探、室內巖土試驗等綜合型勘測手段；接下來根據勘測結果提出了較為合理的巖土參數取值，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。擬建區域南北側的高大邊坡原始高度9～31.6 m，邊坡總長度約516 m，南側坡頂平面近距離內有多棟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) 邊坡工程地質條件極差。邊坡周圍較深和較寬范圍內，大量分布有紅黏土，巖層為較破碎且風化嚴重的泥灰巖和石灰巖組成，節理裂隙發育，局部位置存在較大規模的巖溶，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，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，直接關系著大量建構筑物和居民生命財產的安全。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

經分析和比選，最終采用資料收集、1∶500工程地質測繪、工程地質調查、局部鉆探、淺井、槽探、室內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 勘察主要結論

3.3.1 地質構造

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

3.3.2 抗震設防要求

建筑場地內及附近無活動性斷裂通過，無液化等可能發生，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

根據現場踏勘及鉆探揭露，場地巖土自上而下分為素填土、紅黏土、中風化泥灰巖、中風化石灰巖等。素填土結構松散，主要由灰巖碎石、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，架空現象明顯。紅黏土可塑，稍濕，土質均勻細膩，局部包含少量泥灰巖碎石，該層厚度薄且變化不大，分布不均勻。巖層普遍較破碎，節理裂隙較發育，中風化。

3.3.4 地下水影響

據現場調繪，擬建場地附近無常年地表水，地下水位埋藏深。場地內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，場地的水文地質條件簡單，可不考慮地下水對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋腐蝕性。但要注意場地內地表水的排放，場地環境類別屬于Ⅱ類。

支護結構布設范圍內涉及素填土、紅黏土及下伏中風化泥灰巖、石灰巖。根據地方經驗，場地巖土體對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋存在微腐蝕性。

3.3.6 不良地質現象

場地不良地質現象主要為巖溶，巖土接觸面滑坡、松動危巖體崩塌等不良地質現象。

巖溶主要位于邊坡E-F-G-H-I段，該區位開挖坡面部分基巖面起伏超過2 m，根據規范，場地內巖溶處于中等發育的巖溶場地。

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

3.3.7 巖土物理力學參數

巖土層層間參數和巖體參數的合理取定，是決定邊坡治理設計成功的關鍵所在。

結合室內試樣、有關規范和地方類似工程經驗，最終確定的各巖土層物理力學參數如表3所示。

場地邊坡巖體主要為中風化泥灰巖和中風化石灰巖。中風化泥灰巖為中厚層狀，巖體結構結合程度很差，屬較破碎、軟質巖類；中風化石灰巖為中厚～厚層狀，巖體結構結合程度差，屬較破碎、硬質巖類。根據GB50330-2013附表A-1、A-2規定，中風化泥灰巖邊坡巖體類型為Ⅲ類，邊坡巖體等效內摩擦角取φe=50°；中風化石灰巖邊坡巖體類型為Ⅱ類，邊坡巖體等效內摩擦角取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，并采用格構和錨索進行分級聯合支護。格構后的紅黏土及植被盡量全部挖除，若紅黏土較厚，則增大格構梁大小并減小格構間距。

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梁和錨索，格構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合掛網噴錨進行聯合防護。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，優先選擇重力式擋墻進行治理。

4.2 綜合治理方法

根據各段邊坡實際情況，并結合現有系列邊坡防治技術，確定綜合采用“清表”“掛網噴混凝土+錨索+格構梁” “掛網噴混凝土+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 掛網噴混凝土+錨索+格構梁

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。格構梁斷面400 mm×400 mm。縱向通長鋼筋為10φ18，箍筋φ8@200，現澆C25混凝土，格構梁埋深坡腳不小于500 mm。

坡面采用單層掛網噴混凝土護面，噴C25混凝土，厚150 mm，鋼筋網單層雙向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。

坡面采用單層掛網噴混凝土護面，噴C25混凝土，厚150 mm，鋼筋網單層雙向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，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 實施及監測

考慮到該大型邊坡復雜的地質條件和重要的安全特性要求，特制定了監測方案。

按制定的勘察和治理方案開展邊坡治理相關工作，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，其他監測項目都距離相應預警值小得多。

該勘察、治理設計及監測有關內容，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。

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

[4] GB 50011-2001 建筑抗震設計規范[S].

[5] DB 22/45-2004 貴州建筑巖土工程技術規范[S].

[6] GB 50021-2001 巖土工程勘察規范[S].

[7] GB 50330-2013 建筑邊坡工程技術規范[S].

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

TU94+3.2

A

[定稿日期]2017-06-03