某土巖組合順層邊坡支護技術分析

施少億

（河北恒生永筑巖土工程有限公司西南分公司，貴州 貴陽 550025）

一、工程概況

該邊坡位于場地東南側，邊坡坡長約96.0m，高約7.0～14.0m，為土巖組合邊坡順向坡，邊坡開挖后，坡向為東南方向。坡面主體由填土、紅黏土和石灰巖組成。開挖后巖體內的結構面在受外界水的侵蝕，溫度的循環作用，自然風化作用等因素的長期作用下，巖體內的結構面抗剪強度降低，如果不采取有效的支護措施，邊坡在土石方開挖過程中就有可能發生上部土層內的圓弧滑動破壞、土巖結合面的直線滑動破壞、巖體內部的順層滑動破壞。邊坡西段為土質段，坡頂為擬建污水處理間，東段為巖質段，坡頂為擬建道路，坡腳擬建生物池，無放坡條件，破壞后果嚴重。邊坡安全等級為二級，邊坡設計使用年限為50年，設計安全系數按不小于1.30考慮。

二、工程地質條件

（一）工程地質

場地下伏基巖為二疊系上統龍潭組泥質灰巖及二疊系下統茅口組灰巖。地層呈單斜產出，產狀：傾向為120°，傾角為30°。茅口組灰巖位于場地西側，此次鉆探范圍內下伏基巖主要為二疊系上統龍潭組泥質灰巖。根據地表地質調查，場地及附近地質構造簡單，無較大構造、斷裂通過。受區域地質構造影響，場地內巖體節理裂隙發育，據基巖露頭節理裂隙統計，主要節理裂隙有2 組，J1：210 ∠86°，延伸性好，壓性，微張，粗糙，少量泥質填充，節理密度5 條/m、J2：78°∠79°，延伸性好，壓性，微張，粗糙，少量泥質填充，節理密度5 條/m。

經鉆探查明場地從上至下巖土單元為素填土、黏土及泥質灰巖，其地質特征分述如下：

1.雜填土（Q4ml)：雜色，主要由碎石、黏土及建筑垃圾組成。建筑垃圾約占總質量的17%左右，場地內普遍有分布，碎石粒徑0.5～3cm，約占總質量的20%左右，棱角狀，碎石成分為泥質灰巖。稍濕，結構松散。場地內均有分布。回填時間至少約3 年，為任意棄填。其N63.5 動力觸探測試修正后的平均擊數為4.7（擊），結構松散，固結程度差,為欠固結土。由于堆填時未經壓實，土質疏松，孔隙發育，具濕陷性和高壓縮性。厚度為0.0～23.5m。

2.黏土（Q4el+dl）：殘坡積成因。棕黃色，碎塊-塊狀，混脈狀及散斑狀鐵錳質，夾強風化及土狀原巖碎屑，鉆探深度范圍內主要呈可塑狀。厚度變化大、分布不均勻。厚度為0.0～11.0m。

3.基巖：場地下伏基巖為二疊系上統龍潭組（P3l）泥質灰巖，灰黃、淺灰、深灰、灰黑色,薄至中厚層，節理裂隙面較發育，裂隙面可見次生鐵錳質、鈣質礦物。根據風化程度和完整程度不同，擬建場地巖體單元可分為強風化、中風化二個亞單元。

強風化泥質灰巖：灰黃、深灰、灰黑色，節理發育，碎裂狀結構，易鉆進，巖芯呈碎塊狀，角礫狀。屬破碎巖體，含泥質，巖體基本質量級別為Ⅴ級。

中風化泥質灰巖：灰黃、淺灰、深灰、灰黑色,薄至中厚層，細晶灰巖，局部見溶孔、晶洞。節理較發育，泥質含量不均勻，巖芯呈短柱狀，塊狀。巖體較破碎，飽和單軸抗壓強度標準值27.5Mpa，屬較軟巖，巖體基本質量等級為IV 級。

（二）水文地質

擬建場地位于丘陵斜坡上及丘間洼地內，場地地下水的埋藏條件嚴格受到地形、地層巖性和水的補給來源的控制，場地地下水根據其埋藏條件，可分為上層滯水和溶洞-裂隙潛水兩種。

上層滯水埋藏淺，分布范圍有限，且上無隔水層與地表相隔，其特征是具有自由水面，補給區與分布區一致，受季節影響大，動態很不穩定，水量變化大、水位變幅大、滲流性強，最高水位可溢出地表。上層滯水由地表水和大氣降水直接補給，通過蒸發和向下補給溶洞-裂隙潛水排泄。

溶洞-裂隙潛水埋藏于巖溶巖層內的相對隔水層之上，可裸露于地表也可有松散沉積物覆蓋，水力聯系尚好，具有統一的自由水面，分布區與補給區基本一致，直接接受大氣降水和上層滯水、地表水的補給。溶洞-裂隙潛水向低水位面排泄，通常以集中的地下河出口、大泉或泉群的形式涌出地表。溶洞-裂隙潛水運動速度變化很大，流態變化復雜，有壓流與無壓流并存，地下水和地表水可以互相轉化，徑流方向從整體上看是由補給區向排泄區流動。

場地下伏基巖，為含水性較好的巖層，其發育的節理裂隙為地下水流動提供了有利的滲流條件，相應為場地基巖富水提供了常年性的補給水源，使場地基巖中富存了較為豐富的地下水，水量受季節及氣候影響較大，不穩定。根據場地地下水位觀測及一期抽水試驗結果，擬建場地靜止水位在1238.64m，K=0.474m/d。

場地巖溶、裂隙具有不均勻性，基礎施工可能會揭穿少量富水性強的溶蝕節理裂隙帶，產生巖溶管道水涌水現象，建議在施工過程中進一步觀察地下水的動態變化，若出現異常地下水情況，根據實際情況防治處理。

三、支護結構設計

（一）設計參數

根據巖土工程勘察資料，邊坡各巖土體物理力學指標取值如表1：

表1 巖土物理力學指標取值表

（二）穩定性分析

1.土層邊坡穩定性分析

支護前穩定性分析，根據放坡條件，上部5m 段采用1:0.25 放坡，下部采用垂直開挖，通過理正軟件分析計算，邊坡采用圓弧滑動法分析時穩定系數0.452，經過以上分析可知，邊坡在不支護狀態下不穩定。

2.土層邊坡側壓力計算

（1）垂直段高13m 段

采用土力學原理分層計算土壓力：

①回填土r=16.5，c=10kPa，ψ=15°，h=6.6m，房屋及設備荷載q 取60kPa e1=48.77kPa，

②黏土r=18.5，c=29.7kPa，ψ=9.9°，h=6.4m，

e2=27kPa，e3=110.7kPa，

總土壓力Ea=899.4kN/m邊坡的側向土壓力899.4kN/m，破裂角按照45°+ψ/2=50°確定。

3.巖層邊坡穩定性分析

支護前整體穩定性分析，垂直開挖邊坡，上部放坡段5m 按1:0.25 放坡處理，下部垂直段8m。采用平面滑動法計算，邊坡采用平面滑動法分析時穩定系數1.094，經過以上分析可知，邊坡在不支護狀態下不穩定。

上部1:0.25 放坡5m 段，采用平面滑動法計算，邊坡采用平面滑動法分析時穩定系數1.988，邊坡在不支護狀態下穩定。

4.邊坡側壓力計算

采用《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）平面滑動法計算土壓力，道路荷載60kpa：

安全系數1.35，求得總土壓力Ea=540.5kN/m

綜上所述，邊坡的側向巖石壓力540.5kN/m，破裂角26°。

（三）支護設計分析

邊坡高約13m，由于坡腳為擬建生物池，其對邊坡穩定性的要求極高，且現場空間條件有限，因此本方案垂直段8m 擬采用“預應力錨索+抗滑樁+樁間板”進行支護，坡頂為道路，樁頂5m 部分采用1:0.25 放坡，土質段采用擋墻支護，巖質段采用錨桿掛網噴漿支護。為了規避預應力失效問題，本方案的設計思路為：首先考慮在懸臂抗滑樁能自穩的條件下再施加預應力錨索進行輔助加固措施，并增設冠梁及腰梁，更好的控制樁頂位移，進一步提高支護體系整體穩定性。

（四）支護設計說明

根據支護設計計算，采用抗滑樁加錨索支護結構進行支護，土層段：抗滑樁圓樁直徑1400 mm，樁身砼強度C30，縱筋3528HRB400，箍筋16@100HPB300，,錨固段長不小于6m，樁端深度進入中風化基巖不低于1m，由實際地質條件決定；鋼絞線：3 排8 束1×7，直徑為φ15.2mm，單股鋼絞線強度標準1320N/mm2。錨索鎖定值不小于750KN。

巖質邊坡：排樁圓樁直徑1200 mm，樁身砼強度C30，縱筋3528HRB400，箍筋14@100HPB300，錨固段長不小于6m，由實際地質條件決定，鋼絞線：2 排8 束1×7，直徑為φ15.2mm，單股鋼絞線強度標準1320N/mm2。錨索鎖定值不小于750KN。

為保證抗滑樁整體剛度，樁頂設置冠梁、采用C30 混凝土現澆;

樁間板采用C30 砼澆筑，鋼筋凈保護層厚度35mm;板澆筑前，清除樁與板接觸面位置處樁上的覆漿，確保樁與板間粘結良好;

擋土板上泄水孔采用φ110PVC 管制作安裝，間距為3m×2m，呈梅花型布置，也可根據需要適當加密。

四、結束語

該邊坡巖層面傾向與邊坡坡面傾向大致相同，上覆土層為紅黏土及加填土，巖溶發育較強烈，基巖面起伏較大。坡頂距已建建筑物及道路較近，因此邊坡開挖后放坡空間較小。該邊坡的主要特點為：1.上覆土體易沿外傾土巖結合面直線滑動；2.上部巖土體易沿外傾巖層面滑動；3.開挖切坡后果坡面較陡，坡面形態對邊坡的穩定性影響較大；4.坡頂離已建建筑物和道路較近，建筑荷載及車荷載加大了坡頂荷載，極大的威脅了該邊坡的穩定性；5.坡頂建筑對變形敏感，對邊坡變形要求嚴格。

本文選取無放坡條件的土巖組合順層邊坡為研究對象，首先分析了該邊坡的特點，然后對其破壞模式及穩定性評價方法進行探討，獲得以下幾點結論：

（一）該邊坡為土巖組合邊坡，具有順層層面，坡頂有超載，無放坡條件。

（二）該邊坡破壞形式受外傾結構面控制，其穩定性評價方法主要依據邊坡的地形地貌、地質構造、地層巖性、水方地質條件等內在因素以及降雨、人類工程活動等外在因素。定性或定量地判定邊坡和穩定性、破壞模式，然后再依據邊坡穩定性、破壞模式選擇恰當的支護措施。

（三）該邊坡具體支護措施為采用抗滑樁+錨索支護形式進行支護。

（四）本文的研究內容可以為其他類型邊坡提供設計參考，具有實際工程意義。