某堆載反壓加固邊坡工程安全性檢測鑒定

肖 猛,王 磊

(湖南省地質工程勘察院, 湖南 株洲市 412003)

隨著國內建設的迅猛發展,高樓大廈、公路橋梁、地下工程、資源開采等項目興建[1-2],各類邊坡構筑物越來越多,雖然經過近些年的工程實踐,設計方法和施工技術日漸成熟,相關技術規程業已執行,但由于邊坡工程巖土特性復雜多變,破壞模式、計算參數及計算理論存在諸多不確定性[3-4],特別是工程周邊及地下環境條件狀況趨于復雜,因勘察、設計、施工和管理不當等原因造成險情,引起工程周邊地表及建、構筑物開裂,常會引起較大糾紛[5]。

本文以湖南省某邊坡工程出現險情后,依據相關技術規程[6-8],檢測鑒定堆載反壓加固后邊坡工程的安全性,為后續坡頂建筑物結構安全鑒定工作提供基礎資料[9]。其檢測鑒定工作均系巖土工程師協同測試人員合作完成,通過對湖南省某邊坡工程的檢測鑒定為例,探討了該類構筑物的檢測鑒定流程,為同類構筑物檢測鑒定提供參考。

1 工程概況

1.1 概 況

湖南省某工程項目場地位于斜坡地帶,擬經過大開挖整平后作為建筑場地使用,在南側因地下室施工需要形成長約50 m的高切邊坡,坑壁高約16 m左右,原設計采用格構錨桿擋墻的支護結構。施工過程中發現邊坡出現輕微蠕動變形,坡頂上地面出現地裂縫,鄰近建筑物基礎形式為淺基礎,抗變形能力差,造成建筑物外墻局部開裂等跡象,隨后工程停工并采取相應的安全措施,根據專家意見在坡腳采用堆載反壓法對邊坡進行加固。為了確保坡頂建筑物的安全使用,需要對加固后邊坡工程的安全性進行了檢測鑒定。

1.2 工程地質及水文地質條件

根據邊坡的勘察報告,坡體巖土層情況由上至下為：

(1)素填土：紅褐色,松散－稍密,濕,主要成分為黏性土,局部含少量建筑垃圾,堆填時間約15～20年,固結性較差,層厚約3.5 m。

(2)黏土：紅褐色,硬塑,稍濕,刀切面光滑,干強度高,韌性高,無搖振反應,層厚約8.0 m。

(3)粉質黏土Ⅰ：黃褐色,硬塑,稍濕,含少量灰巖碎石,粒徑約2～4 cm,磨圓度一般,多成亞圓狀,層厚約3.0 m。

(4)粉質黏土Ⅱ：黃褐色,可－軟塑,濕,含少量灰巖碎石,粒徑約2～4 cm,磨圓度一般,多成亞圓狀,層厚約1.5 m。

(5)中風化灰巖：青灰色,巖體基本質量等級為Ⅲ類,屬較硬巖,分布厚度大,埋藏較深,為場地基巖。

場地水文地質條件中等,在組成場地的各巖土層中,素填土含少量上層滯水;黏土、粉質黏土Ⅰ、粉質黏土Ⅱ含水性差,為相對隔水層;中風化灰巖局部含少量基巖裂隙水、巖溶水。地下水來源主要為大氣降水,其含量受大氣降水控制。

1.3 事故原因分析

(1)場地開挖后坡形較陡,破壞了原有坡面植被,且高度較高,不利于坡體穩定。

(2)場地粉質黏土Ⅱ為殘坡積黏土層,為碳酸鹽巖石經風化后形成,具有失水收縮干裂、遇水變軟、膨脹的紅粘土特性。原設計格構錨桿擋墻錨桿長度較短,未穿透該層進入穩定巖土層進行錨固,其設計存在不盡合理之處,造成邊坡開挖至坡底后邊坡沿該層發生蠕動。

(3)坡體長期處于雨水浸泡,重度增大,巖土物理力學參數下降,導致坡體沿巖土分界面及薄弱部位產生滑動。

1.4 堆載反壓加固

該邊坡采用堆載反壓進行加固,即采用砂袋反壓措施,在砂袋堆砌施工時每層均勻淋灌一遍水泥漿。反壓體底寬為11 m,下部采用Φ48 mm×3 mm架管按1.5 m×1.5 m方格網沿基底均勻分布垂直向下打入土體作為復合地基,管內注入水灰比1∶1.0的水泥漿,每立方反壓體注漿量為0.2 m3,單孔注漿結束標準為：注漿量達到設計要求且注漿壓力超過1.0 MPa并可見孔口返漿為止。

反壓體頂面堆填至原有重力式擋土墻中部位置。原有重力式擋墻高約6.0 m,在邊坡切方施工前已進行格構錨桿擋墻加固處理,共設置了3排錨桿,長度均為12 m。

同時為防止地表水下滲對坡體產生不良影響,坡頂地表存在裂縫部位均采用水泥漿灌填封堵,其頂部截水溝匯水經東北部的導水管引入坡腳部位的排水系統。

堆載反壓施工完成后對現狀坡面進行了實際測量,實測平面布置圖及剖面圖見圖1、圖2。

圖1 堆載反壓加固段邊坡實測平面布置

圖2 堆載反壓加固段邊坡實測剖面

2 檢測鑒定

該邊坡經堆載反壓加固后,且期間又經歷長時間持續降雨檢驗,專業技術人員對加固后邊坡多次進行現場踏勘、拍照、調查、測試試驗、監測測量等相關專業檢測及坡體穩定性分析,其檢測鑒定情況如下。

2.1 外觀檢測

堆載反壓加固后邊坡外觀情況見圖3,期間經長時間持續降雨檢驗,坡體無明顯變形,原頂部格構錨桿擋墻外觀完好,無明顯裂縫及位移變化。

圖3 原坡頂格構式錨桿擋土墻

為防止雨水從地面裂縫下灌,原地裂縫采用水泥砂漿封填,并對坡頂建筑物墻體裂縫進行檢查,與堆載反壓加固之前相比,裂縫沒有明顯變化。

2.2 堆載反壓體安全性鑒定評級

根據堆載反壓體施工后的情況,現場確定具有代表性的抽樣檢測點抽取六組試樣送到實驗室進行容重檢測,六組反壓體平均容重值γ＝17.58 k N/m3,反壓體施工質量滿足設計要求,且坡體無明顯變形,說明堆載反壓加固后邊坡抗滑穩定性滿足要求,根據《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范》(GB50843－2013),反壓體的安全性評級為Bu級。

2.3 反壓體地基基礎安全性評級

反壓體地基基礎為粉質黏土Ⅰ和粉質黏土Ⅱ,粉質黏土Ⅰ天然地基承載力特征值fak＝210 kPa,粉質黏土Ⅱ天然地基承載力特征值fak＝140 kPa。本次邊坡堆載反壓體最大垂直高度約6.5 m,要求地基承載力≥6.5×17.58＝115 k Pa,反壓體地基基礎承載力滿足要求,支護結構前期雖有輕微變形,但坡體反壓后無發展跡象,根據《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范》(GB50843－2013),反壓體地基基礎安全性評級為Bu級。

2.4 堆載反壓加固邊坡穩定性鑒定評級

滑動穩定安全系數計算方法采用規范推薦的Bishop圓弧穩定分析方法[10],穩定系數按下式計算：式中,K為滑體剩余下滑力計算安全系數;b為 單個土條的寬度;W為條塊重力,浸潤線以下取飽和重度;θ為 條塊重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角;C、φ為 土的抗剪強度指標;

計算參數取值根據勘察報告及同類巖土經驗值,并經反演分析綜合而得,具體參數取值見表1。

表1 堆載反壓加固邊坡巖土參數取值

根據施工完成后反壓體的實測數據計算,經堆載反壓施工后邊坡滑動穩定安全系數K＝1.324,滿足《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330－2013)對二級永久支護邊坡穩定安全系數Fst＝1.30的要求。根據《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范》(GB50843－2013),經堆載反壓加固后整體穩定安全系數≥1.00Fst,整體穩定性評級為Asu級。

2.5 坡體及坡頂建筑物變形監測

為觀測邊坡變形情況,在原格構擋土墻頂部及坡頂建筑物布設監測點,測量技術人員對上述監測點進行多次水平位移、沉降觀測,并繪制其與時間關系曲線(見圖4、圖5)。

3 鑒定結論及建議

通過對堆載反壓加固邊坡的檢測與分析,提出了適合該類型邊坡工程檢測鑒定的適用方法,并在實際工程中進行了應用,有如下鑒定結論及建議：

(1)現堆載反壓體施工質量根據現場抽樣檢測滿足設計要求,邊坡經堆載反壓加固后,期間經長時間持續降雨檢驗,坡體未再滑移,其頂部錨桿擋墻結構完好,坡頂地面裂縫及墻體裂縫經堆載反壓后未發展,加固施工后滑動穩定性安全系數滿足規范、規程要求,現狀邊坡已處于穩定狀態。

圖4 坡頂北向水平位移時間曲線

圖5 坡頂及建筑物累計沉降量時間曲線

(2)經堆載反壓加固后,反壓體的安全性評級為Bu級,反壓體地基基礎安全性評級為Bu級,整體穩定性評級為Asu級,根據《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規范》(GB50843－2013),邊坡工程安全性評定為Bsu級,在正常維護和使用條件下是安全的,后續可開展建筑物結構安全鑒定等工作。

(3)碳酸鹽巖石經風化后形成的粉質黏土層,常具有失水收縮干裂、遇水變軟、膨脹的紅粘土特性,由于巖土工程的復雜性,在邊坡勘察、設計過程中易被忽視,而造成嚴重的工程事故或隱患,必須綜合各種資料,抓住主要問題,并借鑒相關的工程案例,根據本地層的特點進行針對性設計。