衡陽某項目邊坡穩定性分析與支護設計

吳 苗

(湖南省勘測設計院，湖南 長沙 410000)

1 工程概況

該項目為衡陽美的·白鷺灣住宅小區，位于湖南省衡陽市珠暉區，湖南高鐵職業技術學院東南部，東鄰武廣高鐵，北鄰耒水，西鄰東外環路(東三環)，交通便利。

擬建項目南側、東南側為山包，現狀地形與小區內設計地坪標高相差約0 m～18.4 m，需進行大體量的挖方削坡，經建設方與其南側紅線外地塊業主協商后，對其間的坡體進行削方，將南側AB段坡頂標高降低至與鄰地塊場地內標高相同，約為95.0 m～95.4 m；東南側BC段坡頂標高降低至約99.0 m。根據地層情況差異、紅線至建筑物邊線距離等，采用重力式擋土墻、分級放坡+錨索格構梁等支護形式，緊鄰的一層地下室基坑采用土釘墻支護。

2 場地工程地質、水文地質條件

2.1 場地工程地質條件

場地地貌單元為剝蝕丘陵地貌，根據邊坡專項巖土工程勘察報告，各地層自上而下依次為：

強風化泥質粉砂巖③(K)：褐紅色，粉砂質結構，中厚層狀構造。巖芯呈碎塊狀，少量短柱狀。原巖結構清晰，礦物風化跡象明顯，巖石結構已風化破壞松散，浸水易軟化，崩解。巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。層厚1.00 m～7.40 m，層頂標高74.68 m～97.91 m。該層分布于整個場地。

中風化泥質粉砂巖④(K)：褐紅色，粉砂質結構，中厚層狀構造。礦物成分為石英、長石及粘土礦物，鈣質膠結，巖石中等風化，節理裂隙較發育，巖芯呈短柱狀—破碎狀，浸水易軟化，日曬易開裂。巖石堅硬程度為軟巖，巖體完整程度為較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級。層厚1.3 m～16.50 m，層頂標高66.8 m～94.96 m。該層分布于大部分場地。

中風化泥質粉砂巖④1(K)：褐紅色，青灰色，粉砂質結構，中厚層狀構造。礦物成分為石英、長石及粘土礦物，鈣質膠結，巖石中等風化，節理裂隙較發育，巖芯呈長柱狀，浸水易軟化，日曬易開裂。巖石堅硬程度為較軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。揭露層厚2.90 m～8.30 m，層頂標高69.70 m～90.63 m。該層分布于場地部分鉆孔揭露。

中風化泥質粉砂巖⑤(K)：褐紅色，青灰色，粉砂質結構，中厚層狀構造。礦物成分為石英、長石及粘土礦物，鈣質膠結，巖石中等風化，節理裂隙較發育，巖芯呈長柱狀，浸水易軟化，日曬易開裂。巖石堅硬程度為較軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。揭露層厚2.50 m～28.60 m，層頂標高63.50 m～87.16 m。該層分布于整個場地。

2.2 特殊性巖土

泥質粉砂巖為特殊性巖土，具微膨脹性，遇水易軟化崩解，失水易干裂；強風化層巖石結構已風化破壞松散，手掰易斷，其天然抗壓強度為小于1.0 MPa；中風化④層天然抗壓強度為2.3 MPa，中風化④1及⑤層天然抗壓強度為3.7 MPa～3.8 MPa，為極軟巖。這主要是因衡陽盆地是在中生代末期形成的內陸斷拗湖盆，在白堊系—早第三系沉積了一套以碎屑巖、泥巖所組成的紅色巖層，以固結度差、混積性強、厚度變化大為特點；且該地冬冷夏熱、干濕變化大、風化作用強烈，所以紅層的物理力學性質特別弱。衡陽地區滑坡、邊坡垮塌等地質災害頻發，罪魁禍首便是它。

2.3 場地水文地質條件

由于邊坡體地層主要為粉質黏土、泥質粉砂巖，滲透性小，邊坡局部已開挖，坡面未采取防護措施，為地下水的開放邊界。勘察期為雨季，勘探深度范圍內未見穩定地下水位，勘察區周圍坡面及坡腳亦未見有地下水順坡面裂隙流出，說明邊坡體內地下水不豐富，沒有統一的地下水水位。

根據地區經驗，邊坡體中泥質粉砂巖的滲透系數為0.10 m/d～0.23 m/d，為弱透水性巖土層。

3 邊坡穩定性分析

3.1 邊坡穩定性影響因素

邊坡體構造復雜，邊坡地層種類較多，其物理力學性質變化較大。雖然邊坡目前基本穩定，但后期邊坡施工開挖形成新臨空面，破壞坡體應力平衡為滑坡和崩塌的形成提供了運移空間；邊坡區處于雨水較多地區，降雨集中，且降雨強度大，邊坡基巖為泥質粉砂巖，在雨淋和日照相互作用下迅速風化崩解。

影響邊坡穩定性的因素分內因和外因，內因主要為邊坡的地形、地貌，邊坡的水文地質與工程地質環境及邊坡體物質組成、結構及其空間分布。外因主要為暴雨、邊坡面的正式開挖后形成臨空面、坡頂堆載等。

3.2 邊坡破壞模式

邊坡可能的破壞形式有：1)因粉質粘土層較薄，強風化及中風化裂隙極發育，邊坡開挖后，發生圓弧滑動破壞；2)沿結構面的順層滑坡，以及局部小型崩塌。故對該邊坡穩定性采用赤平投影圖法定性分析、圓弧滑動與平面滑動下定量分析相結合的綜合分析方法。

3.3 邊坡結構參數

邊坡地層主要為雜填土①、粉質黏土②、強風化泥質粉砂巖③、中風化泥質粉砂④，巖層裂隙發育。邊坡坡腳標高約為87.6 m，現狀坡頂標高約103.0 m～106.0 m，削方后坡頂標高約為95.0 m～99.0 m，支護高度約為7.8 m～11.4 m。坡底外約4.7 m處有一層地下室基坑，開挖深度5.1 m。故整體支護高度為12.9 m～16.5 m。

擬支護邊坡AB段、BC段均為土巖混合邊坡，AB段土層較薄，BC段土層稍厚。巖層產狀近似水平，產狀為：125°∠3°。邊坡體內巖層節理發育，根據地質測繪，發現兩組節理，一組節理走向為110°，傾角65°；另一組走向為195°，傾角為70°。節理面較平整，光滑，充填泥質物。節理密度為2條/m～3條/m，節理延伸長度一般為2 m～3 m。該兩組節理均為剪節理，由于地質構造運動形成的節理，閉合性較好。

3.4 赤平投影定性分析

場地AB段、BC段均為土巖混合邊坡，邊坡穩定性主要受節理發育、巖土分界面、巖層產狀及邊坡人工開挖坡度綜合影響。邊坡面P產狀0∠53°，巖土分界面基本為水平狀，強、中風化泥質粉砂巖出露，巖層產狀L1為125°∠3°，發育兩組節理J1，J2，產狀分別為110°∠65°，195°∠70°。

AB段赤平投影分析，邊坡P與產狀L1投影弧大角度相交，該段邊坡為近似逆向坡；L1-J1,L1-J2,J1-J2的組合交棱線均位于邊坡P投影弧的對側，說明組合交線的傾向與邊坡傾向相反，沒有發生順層滑動的可能。但P-J1組合交叉與坡向P小角度相交，且其視傾角約為33.8°，有可能形成局部平面滑動破壞；J1-J2的組合交叉，說明存在楔形巖塊，雖為逆向，但坡面巖體松散，易產生崩塌、滑動，為較不穩定結構。分析結果如圖1所示。

BC段赤平投影分析，邊坡P與產狀L1投影弧相對，該段邊坡為逆向坡；L1-J1,L1-J2,J1-J2的組合交棱線均位于邊坡P投影弧的對側，說明組合交線的傾向與邊坡傾向相反，沒有發生順層滑動的可能。但P-J2組合交叉與坡向P小角度相交，且其視傾角約為31.8°，有可能形成局部平面滑動破壞；J1-J2的組合交叉，說明存在楔形巖塊，雖為逆向，但坡面巖體松散，易產生崩塌、滑動，為較不穩定結構。分析結果如圖2所示。

3.5 圓弧滑動法及極限平衡法定量計算分析

本邊坡穩定性分析考慮兩種工況：工況Ⅰ——“自然”工況以及工況Ⅱ——“暴雨”工況。工況Ⅰ僅考慮現狀邊坡土體自重，工況Ⅱ考慮暴雨之后，地層力學參數降低。主要地層物理力學參數如表1所示。因緊鄰邊坡下方有低層建筑物，破壞后果嚴重，故邊坡安全等級均定為一級。在兩種工況下，分別采用簡化bishop法計算圓弧滑動穩定性系數、極限平衡法計算平面滑動穩定性系數；后者考慮的是邊坡沿結構面發生平面滑動的情形。分別選取兩段邊坡的代表性剖面進行計算，得出邊坡在暴雨工況下處于不穩定狀態，需進行支護。具體計算成果如表2所示。

表1 巖土層主要參數建議表

表2 邊坡穩定性計算成果表

4 邊坡支護設計

支護設計方案應根據建設單位提供的總平面圖、地勘單位提供的場地邊坡專項勘察報告而定。最終，根據各段支護高度、地層情況、坡底及坡頂邊界條件，綜合經濟成本比較等，本項目南側、東南側永久性邊坡選擇了放坡+錨索格構梁+植草+截排水的支護形式，基坑采用了土釘墻的支護形式。

支護模式典型剖面圖如圖3所示。

5 結語

衡陽盆地的軟弱紅層一直是高邊坡支護設計中的難點，即使其巖層產狀平緩，但因其遇水軟化、失水干裂的特性，給無數邊坡工程帶來困擾。本工程已經實施，監測結果表明，項目南側、東南側邊坡采用放坡+錨索格構梁+植草+截排水的支護形式是可行的，可供類似工程參考。邊坡工程一直是巖土工程所研究的重要課題，軟質巖的邊坡支護尤其復雜，對其變形模式、破壞機理、穩定性進行研究分析非常具有意義。