福建福州馬江舉重基地開挖邊坡穩(wěn)定性分析

劉激烈，黃智文

（1.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610081；2.福建省華廈能源設計研究院有限公司，福建 福州 350004）

1 工程概況

中國福建馬江舉重基地位于福州市馬尾區(qū)天馬山，二期邊坡在一期北側。 根據(jù)建筑總平面布置圖，由于場地整平開挖，將在擬建場地西側形成一條開挖邊坡，邊坡長度約125 m，邊坡高度為4～13 m； 由于場地東側征地紅線外的規(guī)劃道路路基已開挖， 將在擬建場地東側形成一條道路開挖邊坡，邊坡長度約156 m，邊坡高度為5～19 m（場地整平標高比規(guī)劃道路路面約高5～19 m）； 由于基地二期內部的道路路基已開挖，將在擬建場地南側形成一條道路開挖邊坡，邊坡長度約135 m，邊坡高度為3～11 m（場地整平標高比道路路面約高3～11 m）。

目前，場地尚未開挖整平，只是在場地東側有一條長約156 m、由于道路開挖形成的路塹邊坡，坡高約3～12 m，坡角約40°～80°，邊坡尚未進行支護處理。在雨水的浸泡作用下，該邊坡已引發(fā)小型崩塌，將危及擬建建構筑物及行人的安全。東側邊坡現(xiàn)狀如圖1所示。

2 場地巖土性質及其均勻性

圖1 擬建場地東側邊坡的小型崩塌Fig.1 Small slope collapse of the east side of proposed site

根據(jù)鉆探資料， 在勘探孔控制深度范圍內，場地內表部土層為坡、殘積土層，中下部土層為基巖風化帶。 按其成因、力學強度及風化程度的不同，場地內土層可分為6 層：（1）坡積黏性土層（Q4dl）。灰黃色，可塑～硬塑，層厚0.40～5.0 m。（2）殘積黏性土層（Qel）。 灰黃、褐黃色等，為細?；◢弾r的風化產物，主要成分為石英、長石，但長石已完全風化為土狀，含少許石英沙礫，層面埋深0.00～2.40 m。（3）全風化花崗巖層。 灰黃色，細粒結構，散體狀構造，母巖結構基本破壞，主要成分為石英和長石，次要成分為云母，礦物成分變化顯著。 長石已基本風化成次生礦物，石英未見風化，遇水較易軟化，巖體極破碎，為極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。 （4）沙土狀強風化花崗巖層。 灰黃、褐黃色，細粒結構，散體狀構造，主要成分為石英和長石，次要成分為云母石，礦物成分變化顯著。 巖體風化裂隙很發(fā)育，巖體基本質量等級為Ⅴ級，層厚為0.50～11.70 m。 （5）碎塊狀強風化花崗巖層。 灰黃色，細粒結構，碎塊狀構造，母巖結構大部分破壞，巖體基本質量等級為Ⅴ級，厚度0.50～4.70 m。 （6）中微風化花崗巖層。 淺灰、青灰色，細粒結構，塊狀構造，結構基本未變，巖體基本質量等級為Ⅱ級，厚度4.00～26.20 m。 綜上所述，場地內各巖土層層面變化較大，分布不均勻。

3 邊坡工程地質條件評價

3.1 邊坡穩(wěn)定性的影響因素

影響本工程邊坡穩(wěn)定的主要因素有： 邊坡高度，邊坡傾角、坡頂傾角，巖土物理力學性質和軟弱結構面的抗剪強度，風化程度，地下水，氣候、降雨、匯水面積、雨水對坡面的沖刷，坡頂荷載和地震烈度等。

3.2 邊坡穩(wěn)定分析參數(shù)

根據(jù)室內試驗資料并與相似工程類比， 邊坡計算參數(shù)如表1 所示。

表1 邊坡穩(wěn)定分析參數(shù)表Table 1 Stability analysis parameter of edge excavation slope

3.3 邊坡形態(tài)與滑動破壞形式

本場地位于山坡的緩坡地帶，斜坡上緩下陡，坡度15°～55°。 山坡上分布有坡、殘積黏性土層和全、強風化巖層。 目前，場地東側已形成開挖邊坡，由于場地整平和基地道路開挖， 在場地西側和南側也將形成開挖邊坡。 受場地條件限制， 人工切坡坡度約60°～80°。其中：西側邊坡長度約125 m，邊坡高度4～13 m；東側邊坡長度約156m，邊坡高度5～19 m；南側邊坡長度約135m，邊坡高度3～11 m。

巖土質和土質邊坡為圓弧滑動破壞。 本次邊坡穩(wěn)定性分析采用圓弧滑動條分法計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。 在整個山體巖石中，未發(fā)現(xiàn)大的構造，對邊坡穩(wěn)定影響不大。 邊坡表面出露的全風化和強風化層中節(jié)理裂隙不明顯，但根據(jù)周邊資料，基巖一般有高傾角裂隙（傾角一般大于邊坡天然坡度），局部地段有中等風化花崗巖出露，巖石產狀SN21°∠24°，基巖一般較為穩(wěn)定。

3.4 邊坡穩(wěn)定計算與分析

3.4.1 計算方法

本次邊坡穩(wěn)定性計算分析采用《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330－2002）推薦的圓弧滑動法，運用理正軟件進行計算。采用瑞典圓弧法驗算邊坡穩(wěn)定性，對場地邊坡潛在滑動圓弧位置，通過計算搜索尋找［1］。

3.4.2 計算條件

A 條件：土體按天然狀態(tài)考慮，屬于天然狀態(tài)下的穩(wěn)定性分析。

B 條件：假定邊坡土體被大氣降水入滲，飽和，土體采用飽和指標及飽和抗剪強度。 這是邊坡最不利條件下的計算結果。

3.4.3 計算結果

主要邊坡剖面穩(wěn)定性計算結果如表2 所示。 穩(wěn)定性驗算結果如圖2 和圖3 所示。

表2 主要邊坡剖面穩(wěn)定性驗算Table 2 Stability calculation of the main slope profile

從以上計算結果分析：巖石邊坡在A 和B 條件下均處于穩(wěn)定狀態(tài)， 巖土質邊坡在天然狀態(tài) （即A條件）下，邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)Ks＝1.00～1.87，高度10 m 以下的邊坡及主要由風化巖組成的邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，高度10 m 以上的邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 在飽和狀態(tài)（即B 條件）下，邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)Ks＝0.93～1.52，人工邊坡穩(wěn)定性系數(shù)進一步降低，基本處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 同時，根據(jù)計算結果，各個剖面最危險的滑裂面均為人工切坡形成的陡坎處。

根據(jù) 《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330－2002），進行邊坡穩(wěn)定性評價時，采用圓弧滑動法計算，對于二級邊坡，其穩(wěn)定性系數(shù)不應小于1.25，否則應對邊坡進行處理。本工程邊坡為挖方邊坡，現(xiàn)有邊坡需進一步開挖， 邊坡穩(wěn)定性系數(shù)達不到規(guī)范要求，因此應進行支護或加固處理。

4 邊坡支護方案評價

4.1 設置截水溝與排水溝

在邊坡外圍設置截水溝， 截留降雨形成的山體地表水， 并通過排水溝將匯集的水引到廠區(qū)排水系統(tǒng)。在邊坡坡腳及坡面平臺，應設置排水系統(tǒng)。 在坡體內應設置排水管， 以便把坡體內的積水（雨水入滲）及時排走；邊坡坡頂、坡面、坡腳和平臺（將臺階面做成2%～5%的散水坡）應設置排水溝，把水引至規(guī)劃路排水系統(tǒng)。 截水溝與排水溝斷面面積應根據(jù)匯水面積、降雨量大小設計。

4.2 關于邊坡最優(yōu)坡形與坡角的建議

天然邊坡和巖石邊坡穩(wěn)定性較好， 邊坡穩(wěn)定性能達到規(guī)范要求； 人工開挖邊坡和巖土質邊坡穩(wěn)定性較差，邊坡穩(wěn)定性達不到規(guī)范要求。對于巖石邊坡而言，節(jié)理裂隙對邊坡穩(wěn)定性起控制作用，建議巖質邊坡坡角不宜大于60°； 巖土質邊坡坡角不宜大于40°～45°，且對巖土質邊坡應進行支護；對于高度超過10 m 的邊坡，建議設計成臺階狀［2］。

4.3 關于邊坡支護方案與設計的建議

本工程為挖方邊坡、巖土質邊坡和土質邊坡，當邊坡高度小等于8 m、 巖石邊坡高度小于等于10 m時，可采用重力式擋墻進行支護。當巖土質邊坡高度大于8 m、巖質邊坡高度大于10 m 時，建議底部采用石砌擋墻，中上部采用噴錨支護或框架錨桿（或錨索）支護的邊坡支護形式，錨桿桿體可采用鋼絞線或鋼筋［3～5］。

5 結論和建議

山坡削坡后形成的高陡邊坡， 對場地穩(wěn)定性有影響，必須對該邊坡進行支護。本場地邊坡為巖土質組合邊坡，人工邊坡（挖方邊坡）處于不穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)，由于場地狹窄、削坡坡度較大，安全系數(shù)達不到規(guī)范要求，應進行支護處理。建議對于巖土質邊坡和土質邊坡，當邊坡高度小等于8 m、巖石邊坡高度小等10 m 時， 采用重力式擋墻進行邊坡支護；當巖土質邊坡大于8 m、 巖質邊坡大于10 m 時，建議在底部采用砌石擋墻支戶， 在中上部采用噴錨支護或框架錨桿（或錨索）支護。 在邊坡與支護結構設計時，應設置截水溝、排水溝，邊坡排水宜與一期排水系統(tǒng)統(tǒng)一考慮。 邊坡的開挖和支護應避開雨季。

［1］ 建筑邊坡工程技術規(guī)范，GB50330－2002［S］.

［2］ 董華鋼. 花崗巖殘積土作重力式碼頭基礎持力層的分析［J］. 水運工程，2006（05）：41－43.

［3］ 許云根. 閩江上游建筑填方邊坡穩(wěn)定性計算與治理方案建議［J］. 科技信息，2009（15）：242－243.

［4］ 吳雯，蘇偉，吳展. 預應力錨索加固邊坡的設計方法探討［J］. 科技信息，2009（3）：702－703.

［5］ 周訓華. 某電廠公路邊坡土釘墻支護的設計計算［J］. 貴州大學學報，2007（5）：530－533.