淺析高邊坡工程勘察設計

邱 慧

（湖南智謀規(guī)劃工程設計咨詢有限責任公司，湖南 株洲 412000）

1 邊坡工程特點

邊坡是由于建筑工程和市政工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對建（構）筑物安全或穩(wěn)定有不利影響的自然斜坡。這個定義給出了邊坡的三個本質(zhì)特點：一是有一定坡度；二是臨近人工建筑物；三是它的位移和變形對建筑物可能有影響。

1.1 差異性

邊坡的巖土性狀有很強的地區(qū)性特點，不同時期不同地區(qū)的巖土性狀差異很大。同一高度不同平面位置的邊坡，巖土層厚度、種類都存在差異。而且，邊坡工程在開挖前與開挖后的巖土強度因施工過程中的擾動，巖土強度會有一定程度的削減。因此，邊坡工程的勘察與設計需針對每段邊坡的工程特點進行。而且，邊坡巖土強度在未開挖前比開挖后要高。在開挖施工過程中存在不可避免的巖土體擾動或者由于巖石開挖的爆破振動等因素的影響，隨著時間的增長，巖土體的強度會存在一定的衰減。

1.2 多樣性

邊坡類型分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡、土巖混合邊坡。而巖質(zhì)邊坡的破壞型式根據(jù)巖體特征和破壞特征分為滑移型和崩塌型。巖質(zhì)邊坡的巖體類型根據(jù)巖體完整程度、結(jié)構面結(jié)合程度、結(jié)構面產(chǎn)狀和直立邊坡自穩(wěn)能力又分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類。而巖石和土的類別是如此之多、如此之復雜，所以巖土是一種最復雜的材料，無論那種力學模型都難以全面而準確地描述它的性狀。

1.3 風險大

高邊坡工程是一項風險工程，是一門綜合性很強的學科，影響高邊坡工程安全的因素有很多。其影響因素包括：一是土的作用力產(chǎn)生變化，如坡頂堆載、邊坡的打樁、車輛作業(yè)、爆破振動等都可以造成土坡作用力失衡；二是水的作用，如雨季時，地表水下滲，使得高邊坡土體中水量增加導致孔隙的水壓力增加，降低巖土的抗剪強度；三是人為的破壞，不合理的開挖方式導致原有地形地貌被改造，產(chǎn)生新的地質(zhì)問題。

2 高邊坡工程勘察重點

2.1 勘察方法或技術手段的選擇

勘察方法或技術手段包括：工程地質(zhì)測繪、勘探與取樣、原位測試與室內(nèi)實驗、現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測。邊坡工程勘察應先進行工程地質(zhì)測繪和調(diào)查，其次再結(jié)合鉆探、坑（井）探、槽探和物探等方法開展。原位測試與室內(nèi)實驗必不可少，它為巖土工程問題分析評價提供所需的技術參數(shù)。現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測工作一般在施工和運營期間進行。目的在于保證工程質(zhì)量和安全，提高工程效益。

工程實例：某市政道路邊坡，長約100m，邊坡最高處約29m。施工過程中山頂出現(xiàn)明顯裂縫，且有發(fā)展趨勢。為了保證施工和周邊建（構）筑物安全，擬對該段邊坡及周邊進行變形監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果：①深層水平位移各測點監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常，相對變化較大，監(jiān)測數(shù)據(jù)變化累計值和變化速率未超出報警值，目前在緩慢位移中，建議在施工過程中密切關注滑動情況，及時治理滑坡。②本次監(jiān)測成果對滑動面進行了推斷，數(shù)據(jù)反映孔深10m～13m位置，相對變化較大，與詳勘報告中推測滑動面基本一致。

2.2 巖土工程參數(shù)的選取

邊坡工程勘察時，對主要巖土層和軟弱層應采樣進行室內(nèi)物理力學性能試驗，其試驗項目應包括物性、強度及變形指標，試樣的含水狀態(tài)應包括天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)。在邊坡穩(wěn)定性計算時，地層容重、粘聚力、內(nèi)摩擦角為最基本的參數(shù)。主要巖土層采集試樣數(shù)量：土層不少于6組，巖石抗壓強度不應少于9個試件，巖石抗剪強度不少于3組。除常規(guī)參數(shù)外，邊坡工程勘察應提供水文地質(zhì)參數(shù)。對于巖質(zhì)邊坡，在有條件時應進行結(jié)構面的抗剪強度試驗。當無條件試驗時，可按《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330-2013）規(guī)定并結(jié)合類似工程經(jīng)驗確定。巖土參數(shù)的選取應結(jié)合室內(nèi)試驗和地區(qū)經(jīng)驗綜合確定。

2.3 邊坡的穩(wěn)定性分析

邊坡的穩(wěn)定性分析前應根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件對邊坡的可能破壞方式、破壞方向、破壞范圍等作出判斷，選擇最不利組合進行穩(wěn)定性驗算。土質(zhì)邊坡、極軟巖邊坡、破碎巖質(zhì)邊坡可采用圓弧形滑動進行計算邊坡穩(wěn)定性。對結(jié)構復雜的巖質(zhì)邊坡，可結(jié)合采用極射赤平投影法和實體比例投影法。邊坡穩(wěn)定性評價應采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方法進行。

工程實例：某建筑工程邊坡，長約280m，最高約42m，邊坡坡腳為建筑廠房，坡頂為自然山體，現(xiàn)狀已人工開挖分級放坡，坡度約58°～78°，坡面未采取任何防護和加固等措施，坡面基巖局部掉塊。定性分析：通過工程地質(zhì)測繪和調(diào)查，查明邊坡工程結(jié)構面特性如下：邊坡坡面產(chǎn)狀306°∠66°，層理裂隙產(chǎn)狀C1：350°∠45°，節(jié)理裂隙產(chǎn)狀J1：78°∠36°、J2：192°∠58°。應用赤平極射投影法定性判斷邊坡穩(wěn)定性。結(jié)合坡面、巖層產(chǎn)狀（層理C1）、節(jié)理面J1、J2的產(chǎn)狀繪制赤平投影圖。邊坡C1與J2兩組結(jié)構面的交點在赤平投影圖中，處于邊坡面投影弧同一側(cè)，且結(jié)構面交線傾角13°小于邊坡傾角66°，故邊坡將出現(xiàn)楔形體破壞。 定量分析：邊坡整體穩(wěn)定性按巖土組合邊坡考慮，破壞模式為沿結(jié)構面折線破壞，同時，局部地段可能在土和強風化中形成圓弧破壞。利用理正巖土計算系列軟件7.0版簡化Janbu法對開挖邊坡進行整體穩(wěn)定性計算分析，選取代表性三個剖面，通過采用折線形破壞模式法搜索最危險滑動面計算，在一般工況下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs值為0.697、0.788、0.659，均小于1.00，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該邊坡作為永久邊坡，按相關規(guī)范要求，需進行防護。

3 高邊坡工程的設計原則

3.1 支擋方案的選取

邊坡工程的設計基本技術要求需滿足安全可靠、經(jīng)濟合理、技術可行、施工簡便、綠化環(huán)保等要求。常見的邊坡支擋結(jié)構有：重力式擋墻、懸（扶）臂式擋墻、樁板式擋墻、板肋式或格構式錨桿擋墻、排樁式錨桿擋墻、巖石錨噴支護、坡率法等。邊坡支擋結(jié)構方案應考慮場地地質(zhì)和環(huán)境條件、邊坡高度、邊坡側(cè)壓力的大小和特點、對邊坡變形控制的難易程度以及邊坡工程安全等級等因素綜合選取。對于高度超過《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330-2013）使用范圍的邊坡工程應進行專門的設計及施工論證。

工程實例：某地塊設計地坪標高為55.50m～63.00m，地塊周邊道路設計標高為50.00m～58.00m，場地平整后在地塊臨周邊3條道路將形成人工邊坡，邊坡高度約0.5m～7m。根據(jù)勘察資料顯示，場地周邊存在大面積挖方或填方區(qū)域。經(jīng)綜合對比分析，挖方路段主要采用坡率法或采用重力式擋墻進行邊坡支擋。填方段主要采用重力式擋墻或懸臂式擋墻進行支擋。總體支擋方式選取的原則是：安全、經(jīng)濟、合理。特別是當擋墻基底為填土時，考慮到重力式擋墻承載力要求較高，采用地基處理費用較高。此時，對地基承載力要求相對較低的懸臂式擋墻就有著自己的優(yōu)勢了。

圖1 重力式擋墻

圖2 懸臂式擋墻

3.2 坡面防護與綠化

邊坡工程往往整體穩(wěn)定但其坡面巖土體易風化、剝落或掉塊，從而影響邊坡坡面的耐久性或正常使用。傳統(tǒng)的坡面防護工程通常采用石料或混凝土擋墻的護面措施，其主要問題是景觀效果差、與周邊環(huán)境不協(xié)調(diào)。植物護坡實在邊坡坡面上栽種適當?shù)闹参锉Ｗo坡面，防止水土流失，增加坡面穩(wěn)定性。坡面防護與綠化使用范圍詳見下表。

表1 坡面防護與綠化使用范圍

3.3 排水設計

邊坡工程排水應包括排除坡面水、地下水和減少坡面水下滲等措施。在邊坡工程施工過程中，尤其是雨季期間，若忽視排水工程的設置，可能誘發(fā)地質(zhì)災害。“治坡先治水”，只有有效的對地表水和地下水進行 合理的截、引、梳、排，就能有效降低坡面沖刷、地下水靜水壓、動水壓力，減小水對坡體和潛在滑面的物理力學參數(shù)影響，提高巖土體的有效壓力而提高坡體的穩(wěn)定性。地表排水工程包含坡體外圍的截水溝、坡體范圍內(nèi)的排水溝等。坡頂截水溝：應盡量設置在離邊坡坡口或潛在滑塌區(qū)后緣5m以外，將高邊坡外坡外匯水截排，防止進入坡體引發(fā)病害。坡體范圍內(nèi)的排水溝：主要是在坡體設置樹枝狀排水溝或在邊坡平臺設置截水溝，以及坡面設置的各種圬工護坡工程，有效將坡體范圍內(nèi)的地表水進行引排，防止下滲。地下排水工程的作用是降低坡體內(nèi)的地下水，減小坡體的孔隙水壓力，提高土的抗剪強度，增加邊坡的穩(wěn)定性，減少支擋工程量。地下排水工程主要根據(jù)坡體結(jié)構和地下水的特征進行綜合考慮設置。如仰斜排水孔，主要在坡體前緣地下水滲流部位設置上傾角度5°～10°的排水斜孔，空中防止軟式透水、硬式透水管等全斷面透水、使用年限較少的材料進行地下水的引排。

圖3 普通仰斜排水孔

圖4 深層泄水孔

3.4 動態(tài)設計和監(jiān)測

巖土工程具有特殊性、復雜性及可變性，因此邊坡工程設計計算時具有一定的不可預知性或者突變性，而且人們對于巖體邊坡作用機理和破壞作用還未認知清楚，因此巖土工程計算具有很強的經(jīng)驗性和探索性。故應根據(jù)信息施工法和施工勘察反饋的資料數(shù)據(jù)，對地質(zhì)結(jié)論、計算參數(shù)及設計方案進行再次驗證。動態(tài)設計可以避免勘察結(jié)論失誤而造成工程事故，將施工過程中的安全監(jiān)測和揭露的具體地質(zhì)情況，反饋給設計方，便于及時調(diào)整設計方案，通過不斷優(yōu)化、逐步完善設計，使邊坡工程設計方案更加安全、經(jīng)濟、合理。邊坡工程監(jiān)測是排危應急搶險、

確保施工安全的重要依據(jù)。設計時應提出監(jiān)測項目和要求，由業(yè)主委托有資質(zhì)的監(jiān)測單位編制監(jiān)測方案，并經(jīng)設計、監(jiān)理和業(yè)主共同認可后實施。高邊坡工程監(jiān)測項目可根據(jù)場地的地質(zhì)環(huán)境、邊坡安全等級、邊坡類型、支護結(jié)構類型以及變形控制等條件，經(jīng)綜合分析后確定。監(jiān)測時間分為施工期間及竣工后的監(jiān)測。施工初期，監(jiān)測時間宜為每天一次，當出現(xiàn)險情時應加強監(jiān)測。對于一級邊坡，竣工后的監(jiān)測時間不宜少于2年。

4 結(jié)論

綜上所述，高邊坡工程勘察應合理的布置勘察方案，并且從勘察方法入手，全面的進行地質(zhì)調(diào)查和測繪，合理的采集和分析巖土工程參數(shù)，進行高邊坡穩(wěn)定性分析，并提出可行、經(jīng)濟、合理的治理措施建議。高邊坡設計應根據(jù)勘察方建立的地質(zhì)模型進行分析、對比研究，制定安全、經(jīng)濟、合理的支擋方案。