某巖質高邊坡的綜合勘察技術應用

程春紅，柯凱豪

（浙江省工程勘察院，浙江寧波315012）

勘察是工程建設的先行，勘察成果的正確程度和研究深度對工程的合理布局具有重要控制意義，對工程的安全性和經(jīng)濟性也將產(chǎn)生重要影響[1]。但是，現(xiàn)階段我國許多工程企業(yè)在進行巖土工程勘察工作時，依然采用傳統(tǒng)單一的勘察手段，勘察成果不夠全面、真實、可靠，而利用各種綜合勘察手段能夠實現(xiàn)對巖土工程全方位、多角度的勘察，有效彌補單一勘察手段的不全面性。根據(jù)具體項目巖土工程的實際狀況選擇多種勘察方法進行精細勘察，能夠全面、準確反映巖土工程現(xiàn)場的各種巖土工程問題，使勘察成果能更好地為施工設計提供服務和指導意見[2]。因此，應用多種勘察手段綜合精細勘察的研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

綜合勘察技術即綜合運用常規(guī)和高新技術手段，與設計緊密結合，根據(jù)設計需要，針對重要工程地質問題或涉及場地穩(wěn)定的起控制性的關鍵地質條件，進行不同方法的綜合對比研究，以獲得可觀滿意的結果[3]。綜合勘察技術一般是針對大型重要工程、復雜的場地環(huán)境條件和復雜的地基巖土體工程地質條件，且常規(guī)手段難以查明的工程項目，而采用的多種先進勘探技術手段的綜合勘察技術[4]。

1 工程概況

該邊坡原設計采用漿砌片石護面墻護坡，邊坡總體呈“M”型，坡高約70m，坡寬約375m。邊坡分為三級放坡，第一級坡高12m，坡率為1∶0.5；第二級坡高10m，坡率為1∶0.5；第三級最大坡高約48m，坡面總體坡率在(1∶0.5)～(1∶0.7)之間，其中南側坡面相對平順，坡率約1∶0.7；北側坡面總體呈上緩下陡形態(tài)，最陡處坡率大于1∶0.5。邊坡坡腳緊鄰高速公路。

2016年6月，受持續(xù)降雨影響，該邊坡局部路段第二、三級坡面出現(xiàn)坡面變形、護面墻鼓脹破損、邊坡平臺開裂等現(xiàn)象。該邊坡坡頂開口線后緣自然地形坡度較陡，植被茂盛，且有大量碎塊石等分布，存在坡面沖刷及落石掉塊的隱患。現(xiàn)已對第二、三級坡面鼓脹、破損處實施噴砼為主的應急搶險臨時防護，并對邊坡平臺裂縫部位進行灌漿、封閉。

為準確、全面地查明該邊坡的巖土特征、構造及節(jié)理裂隙發(fā)育特征及不良地質等工程地質條件，并提供邊坡設計所需的巖土參數(shù)，為本工程邊坡穩(wěn)定性分析計算及后續(xù)加固治理的設計和施工提供工程地質依據(jù)。本文運用綜合勘察技術對該邊坡進行詳細、深入的研究，得到較為可靠的勘察結果，對后期設計與施工具有很好的指導效果，能更好地為設計和施工服務。

2 各種精細勘察手段及其運用

常見的綜合勘察技術方法有工程測量、航空攝影測量、地面調查與測繪、遙感、物探、鉆探及簡易勘探(井探、坑探、槽探、洞探)、原位測試、土工試驗等[5]。現(xiàn)將針對本邊坡工程所運用的綜合勘察技術方法及其成果詳述如下。

2.1 工程測量

工程測量是綜合勘察技術運用的前提和基礎，一般包括地形測量和地質勘探工程測量。進行工程前應全面收集測區(qū)資料，并對其可靠性和精度進行分析。

工程地質勘探工程測量主要包括地質剖面測量、勘探工程點定位測量、勘探坑道測量等，主要依據(jù)地形測量的成果圖進行，其平面及高程系統(tǒng)應保持一致。當測區(qū)控制點密度不足時，可利用測區(qū)已有控制點，用GPS定位技術和常規(guī)方法加密。

2.2 工程地質調查與測繪

工程地質調查與測繪是綜合勘察必不可少的勘察手段之一。針對該邊坡工程應通過該手段詳細查明被勘察線路及重點區(qū)域的地形地貌、構造發(fā)育特征及不良地質現(xiàn)象等。

根據(jù)結構面的調查結果可知，邊坡區(qū)巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要為硬質結構面，多數(shù)充填方解石脈，少量為鈣泥質充填。地面調查共測得90組節(jié)理裂隙產(chǎn)狀，運用節(jié)理裂隙統(tǒng)計軟件統(tǒng)計得到邊坡區(qū)巖體節(jié)理裂隙等密度圖和走向玫瑰花圖。分析可知，邊坡區(qū)巖體主要節(jié)理裂隙可分為3組：①產(chǎn)狀：73°～94°∠60°～74°；②產(chǎn)狀：153°～169°∠73°～89°；③產(chǎn)狀：175°～193°∠77°～89°。次要節(jié)理裂隙可分為2組：①產(chǎn)狀：46°～74°∠21°～38°；②產(chǎn)狀：176°～197°∠42°～70°。

中風化巖體裂隙多呈張開狀，鉆孔顯示漏水較為嚴重，微風化巖體裂隙以閉合狀為主，局部受斷裂和風化卸荷作用影響，深部裂隙仍張性透水現(xiàn)象。根據(jù)邊坡區(qū)巖體節(jié)理裂隙等密度圖和走向玫瑰花圖，可以得出以東西走向的裂隙最為發(fā)育，以南北走向的裂隙次發(fā)育。

根據(jù)等密度圖和走向玫瑰花圖的分析結果，同時運用節(jié)理裂隙分析軟件，得到邊坡區(qū)巖體同邊坡組合赤平投影圖，如圖1所示。分析可知，邊坡巖體的2組優(yōu)勢節(jié)理裂隙（走向南北的順坡向陡—較陡傾角裂隙和走向東西的陡傾角裂隙）相互切割，與邊坡共同形成不穩(wěn)定楔形體（圖1中陰影面積所示），邊坡巖體結構本身存在不穩(wěn)定類型。加上公路邊坡放坡較陡，風化卸荷作用較強，故認為，公路邊坡區(qū)巖體結構面的發(fā)育特征對邊坡穩(wěn)定性有一定影響，易發(fā)生局部失穩(wěn)破壞，破壞類型以崩（坍）塌、掉塊、楔形滑落等形式為主。

圖1 邊坡區(qū)巖體節(jié)理裂隙同邊坡組合赤平投影圖

2.3 工程鉆探

在巖土工程勘察中，鉆探扔是目前最主要手段。在該邊坡鉆探過程中，使用XY-1型巖芯鉆機及便攜式小型鉆機，采用75mm單動雙管鉆進技術。

根據(jù)鉆探結果，結合區(qū)域資料，邊坡工程區(qū)范圍的地層及各巖土層特征分述如下（圖2）：

邊坡區(qū)土體主要為殘坡積土層和風化松動破碎巖體，近坡腳處厚度較大，最厚可達11.6～12.1m，沿山坡自坡腳向上漸變薄。根據(jù)其巖性特征，可將其分為3層，即含碎石粉質粘土、含粘性土碎（塊）石和塊石。

邊坡區(qū)前第四紀地層（巖體）主要為下白堊統(tǒng)多屑角礫凝灰?guī)r和英安玢巖，一般上部為紫灰色多屑角礫凝灰?guī)r，形成蓋層，下部為青灰色安山玢巖，構成邊坡基底。邊坡區(qū)發(fā)育一處巖脈，巖性為安玄巖。中—微風化基巖巖體主要為堅硬巖。強風化巖體呈灰黃色；中—微風化呈紫紅色至青灰色。

2.4 工程物探

工程物探是一種重要的勘察手段，工程物探常用的方法主要有彈性波測井、彈性波、數(shù)字鉆孔攝像和淺層地震勘探等。

2.4.1 彈性波CT成果

彈性波CT源于醫(yī)學CT，是一種新的工程無損檢測方法，也稱層析成像方法[6]。可用于評價工程巖體的完整程度，劃分巖體的風化程度，確定較完整基巖頂板以及圈定構造破碎帶、風化破碎、裂隙發(fā)育巖體的位置及形態(tài)等。

彈性波CT測試儀器主要包括震源、地震儀、附屬設備等。針對該邊坡進行了2組跨孔聲波CT探測，其探測成果波速等值線圖分布見圖3。根據(jù)跨孔聲波CT測試成果，在ZK4和ZK6號孔之間存在一斜切坡面的斷裂構造，估算其產(chǎn)狀約為80°∠65°。分析認為，該斷裂近坡面地表發(fā)育影響寬度較大，進入中風化和微風化后，發(fā)育寬度逐漸變小，局部呈長大貫通性裂隙狀，局部較破碎，聲波顯示不連續(xù)低速帶呈線狀分布（見圖3）。該斷裂按其視產(chǎn)狀計算，其斜交公路邊坡，恰處于公路邊坡坡面鼓脹和滲水帶內，其發(fā)育對邊坡坡面巖體質量有較大影響，靠近斷裂處，受風化卸荷影響作用增強，巖體破碎，易產(chǎn)生崩塌、鼓脹、脫落和小規(guī)模楔形滑移等破壞形式。

圖3 ZK3-ZK6跨孔聲波CT探測成果波速等值線圖

2.4.2 數(shù)字孔內攝像成果

數(shù)字鉆孔攝像利用CCD攝像頭通過截頭的錐面反射鏡從側視視角拍攝孔壁，實現(xiàn)了將360°鉆孔孔壁圖像反射成為平面圖像。這種平面圖像稱為全景圖像，由于鉆孔呈圓柱狀，孔壁柱面經(jīng)錐面反射鏡反射變換成圓環(huán)(內圓為孔壁上端，外圓為下端)，疊加深度和羅盤指針后，保存在磁帶中。室內分析時從磁帶中采集圖像數(shù)據(jù)重建孔壁，生成分段或整孔的孔壁平面展開圖和三維虛擬巖芯圖[7]。

根據(jù)孔內電視成果圖4，可以清楚地看到中風化基巖張性裂隙和微風化基巖深部裂隙。

圖4 孔內電視部分成果圖

3 綜合勘察技術整合分析

整合分析是綜合勘察技術的重要方法之一，是在綜合勘察技術方法應用的基礎上，首先對各技術成果進行檢查驗證，然后分析各種勘察技術方法各自的優(yōu)缺點，利用其互補性，進行相互對比印證分析，從而達到整合各勘察技術成果的目的。

本次勘察通過鉆孔巖芯，進行巖體深部裂隙傾角實測，并通過孔內電視對深部巖體節(jié)理裂隙傾向進行測量，統(tǒng)計節(jié)理裂隙傾角和傾向分布。根據(jù)鉆孔巖芯并結合孔內電視攝像，綜合分析，邊坡區(qū)深部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育特征如下：

公路邊坡區(qū)巖體深部主要節(jié)理裂隙同工程地質調查與測繪調查統(tǒng)計的節(jié)理裂隙特征基本一致。邊坡區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，傾向各個方向均有，其中以傾向NEE方向為主，傾向SWW方向次之，傾角以60°以上最發(fā)育，約占37%，45°以下緩傾角結構面約占36%，45°～60°傾角約占27%，其中80°以上陡傾近直立裂隙較少（結果同工程地質調查與測繪結果相左，分析與鉆孔豎直方向統(tǒng)計有關）。

4 結論

通過本次勘察認為：該邊坡尚未發(fā)現(xiàn)明顯的整體性變形破壞失穩(wěn)跡象，整個邊坡仍處于應力重分布狀態(tài)，穩(wěn)定性在不斷削弱，尤其中上部坡體和淺表部坡體，已經(jīng)出現(xiàn)變形積聚發(fā)展現(xiàn)象。說明公路邊坡目前在外部惡劣條件下（如強降雨等），存在局部破壞風險。主要有以下諸多不良地質作用和隱患：①邊坡坡頂6～10m厚的殘積土和全—強風化破碎巖體，存在坍塌和崩塌風險；②邊坡巖體斷裂及不利結構面組合，加上靠近坡面的風化卸荷作用，形成邊坡近坡面潛在的不穩(wěn)定變形體，易導致邊坡坡面發(fā)生鼓脹，甚至發(fā)生崩塌破壞、楔形滑動破壞等不良工程地質問題；③邊坡西側坡面中上部坡體土層較厚，坡度較陡，存在潛在的滑坡坍塌風險；④邊坡中部山體坡面凹溝，上游坡面陡峭，坡面土層較厚，塊石多見，穩(wěn)定性差，松散土體易作為不穩(wěn)定物源補給溪溝，在極端降雨條件下存在發(fā)生小規(guī)模坡面泥石流的潛在風險。由于公路邊坡高度大，坡度大，下方緊臨高速公路，這些風險的存在，對高速公路運營將造成直接威脅，應及時采取防治措施。

[1] 梁龍.海域島礁巖體綜合勘察技術[D].浙江大學，2013.

[2] 魏刪.綜合勘察技術在巖土工程勘察中的應用[J].江西建材，2016(3)：252-253.

[3] 潘永堅，蔣建良，吳炳華，胡卸文，梁龍，等.海域島礁橋梁地基精細化綜合勘察技術[M].人民交通出版社，2010.

[4] 梁龍，潘永堅，王武剛，任建新.西堠門大橋北塔位巖體深部裂隙發(fā)育特征的綜合勘察技術[J].中國工程科學，2010，12（7）：28-32.

[5] 卓寶熙.我國工程勘察技術的回顧與展望[J].工程勘察，2008，增刊（1）：145-157.

[6] 王運生，王家映，顧漢明.彈性波CT關鍵技術及運用實例[J].工程勘察，2005（3）：66-68.

[7] 王川嬰，LAW K Tim.鉆孔攝像技術的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].巖石力學與工程學報，2005，24（19）：42-50.