斜坡后緣公路挖填方對(duì)建筑物變形的影響研究

陳 川，陳振華，陳俊賢

（貴州省地礦局117 地質(zhì)大隊(duì)，貴陽(yáng)550018）

晴隆縣一村民組一帶于2017年9月年來(lái)發(fā)生村民房屋開裂等現(xiàn)象， 嚴(yán)重影響了附近居民生命財(cái)產(chǎn)的安全。 村民認(rèn)為是環(huán)城路（二級(jí)公路）施工工程活動(dòng)所致，導(dǎo)致村民與環(huán)城路（二級(jí)公路）施工方發(fā)生糾紛，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作區(qū)環(huán)城路（二級(jí)公路）施工工程建設(shè)過(guò)程中對(duì)村民組后緣進(jìn)行了大方量的開挖與填方，挖填方量達(dá)3萬(wàn)m3，該標(biāo)段路面較寬，達(dá)12m。

1 基本概況

1.1 工程概況

環(huán)城路以挖填方形式橫穿斜坡體后緣，現(xiàn)場(chǎng)揭露路基巖性為雜填土、黏土及塊石土，其中塊石土厚度均大于10m，塊石含量約40%，黏土、粉土含量約60%，本段采取半挖半填式施工，邊坡最大挖高約9m，公路以填方路堤的形式通過(guò)，填方最大填高約12m，路寬12m；以級(jí)配碎石換填淺層軟土（3.5m），填方巖土顆粒的直徑變化幅度很大，從小于1mm到超過(guò)1m，公路紅線與開裂房屋垂直距離5～27m。環(huán)城路（二級(jí)公路）該標(biāo)段均為填方路堤，挖填方量達(dá)3萬(wàn)m3，位于斜坡中后部，工程機(jī)械挖填過(guò)程中，無(wú)爆破施工。

1.2 變形概況

該村民組37戶63棟房屋。 均都有不同程度的開裂變形現(xiàn)象?？傮w上，越靠近公路，房屋開裂越嚴(yán)重。根據(jù)斜坡的變形破壞特征， 下面分別敘述變形區(qū)房屋和地面裂縫的特征：

（1）1#變形體特征。 1#變形體位于不穩(wěn)定斜坡后緣，變形區(qū)域發(fā)育高程1168～1170m，坡度26°，變形體上有大量的村民房屋建筑，村民房屋建筑對(duì)變形體產(chǎn)生了永久性的加載。2017年9～10月環(huán)城路施工對(duì)斜坡后緣進(jìn)行切坡和堆填方時(shí)，部分房屋開裂變形，變形基本垂直坡向，F(xiàn)1裂縫重新出現(xiàn)并有變形加劇現(xiàn)象，長(zhǎng)約14m，寬1～30mm，現(xiàn)村民自行經(jīng)過(guò)泥土封閉但仍有痕跡。另外局部居民房屋室內(nèi)地面及院壩水泥地面上見多處或一系列小型鼓脹裂縫，裂縫寬度0.5～2cm，延伸長(zhǎng)度1～5m不等，地面裂縫走向90°～105°。

（2）2#變形體特征。 2#變形體位于不穩(wěn)定斜坡中部，發(fā)育高程1154～1163m，坡度12°，地勢(shì)較為平緩，殘坡積物較厚， 地面由于人類建筑活動(dòng)開挖形成多級(jí)坎，變形主要體現(xiàn)為居民房屋墻體、地面出現(xiàn)許多張拉裂縫，裂縫寬度0.1～0.5cm，延伸長(zhǎng)度1～3m不等，墻體及地坪裂縫走向90°～105°，目前，斜坡中部變形幅度明顯小于后緣。

2 斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 斜坡概況

潛在不穩(wěn)定斜坡體平面形態(tài)近似“矩形”，坡向30°，前緣位于某村民房屋地坪堡坎變形處，后緣公路外側(cè)房屋局部已經(jīng)出拉張裂縫， 因此斜坡后緣以公路挖填方為界，高程1183m，斜坡西側(cè)以溝谷為界，為常年性有水沖溝，溝水在雨季水量明顯增大，起到了泄洪道作用，沖刷作用較為明顯，匯水條件較好，斜坡東側(cè)已公路填方為邊界。 整個(gè)斜坡坡面由人工開挖種植蔬菜及農(nóng)田形成階梯狀， 每個(gè)階梯臺(tái)砍高約0.5～1.5m，總體坡度22°，不穩(wěn)定斜坡長(zhǎng)4～16m，斜坡寬度122～214m，不穩(wěn)定斜坡體平均厚度6m，不穩(wěn)定斜坡體體積1.68萬(wàn)m3。

2.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.2.1 計(jì)算工況

本次計(jì)算主要選用的工況如下：

（1）天然狀態(tài)下，坡下未開挖（原始地形）、開挖后斜坡的穩(wěn)定性分析。

（2）飽水狀態(tài)下，坡下未開挖（原始地形）、開挖后（現(xiàn)狀）斜坡的穩(wěn)定性分析。 計(jì)算模型如圖1。

圖1 計(jì)算模型示意圖

2.2.2 參數(shù)選取

根據(jù)區(qū)域統(tǒng)計(jì)和樣品試驗(yàn)資料， 本文采用工程地質(zhì)類比及合適的反分析方法， 綜合確定滑坡巖土體的物理力學(xué)參數(shù)，具體取值如表1。

表1 斜坡穩(wěn)定性計(jì)算過(guò)程中滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值統(tǒng)計(jì)

2.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

本次調(diào)查的不穩(wěn)定斜坡屬土質(zhì)類型斜坡， 根據(jù)斜坡類型和軟弱面（帶）形態(tài)，在定性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上［2］，采用極限平衡進(jìn)論，計(jì)算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，定量評(píng)價(jià)斜坡的穩(wěn)定性，如表2。

表2 各種工況下的穩(wěn)定性計(jì)算成果

由表2可知，根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算表明：在未開挖之前，穩(wěn)定系數(shù)為1.27～2.53，不論在天然狀態(tài)還是雨季均處于穩(wěn)定狀態(tài)； 而在開挖填方以后在天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.22～1.54，處于穩(wěn)定狀態(tài)，在飽水狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.02～1.28，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

切坡后各剖面各條塊下滑推力如表3。

表3 切坡后各剖面各條塊下滑推力

由表3可知， 切坡前后斜坡在工況2與工況1相比，由于斜坡體上部受到加壓，增加動(dòng)靜荷載等條件后，斜坡各條塊各部位穩(wěn)定性有所降低，同時(shí)阻滑部位分布面積有所減少，說(shuō)明切坡破壞了原有穩(wěn)定性。而斜坡中前部對(duì)后緣有阻滑作用， 使其沒(méi)有運(yùn)動(dòng)空間，因此靠近公路變形體受擠壓隆起現(xiàn)象十分明顯，而中前部即變形體2#，變形較輕微［3］。 這可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際現(xiàn)象得以反映。

3 影響因素分析

3.1 公路施工問(wèn)題

（1） 挖方區(qū)與填方區(qū)巖土物理力學(xué)性質(zhì)差異較大；由于填方厚度、填料性質(zhì)差異，填筑體與挖方區(qū)、填筑體之間存在較大的變形差異［4］。

（2）挖方邊坡的穩(wěn)定性問(wèn)題：目前挖方量約為1.3萬(wàn)m3， 從實(shí)地可看出開挖邊坡還未及時(shí)進(jìn)行支護(hù)治理，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，易破碎，隨著挖方區(qū)域的擴(kuò)大遇強(qiáng)降雨易發(fā)生崩塌和滑坡等。

（3）高填方邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題：目前堆填方量約為2.1萬(wàn)m3， 從實(shí)地可看出堆填方邊坡還未及時(shí)進(jìn)行支護(hù)治理，隨著堆填方的增加，地表荷載也將增加極可能引發(fā)斜坡的整體失穩(wěn)。

（4） 地下水位反復(fù)升降。 地下水長(zhǎng)年對(duì)土體浸泡軟化和反復(fù)升降，可引起如下工程地質(zhì)問(wèn)題：①降低土體物理力學(xué)性能；②軟化結(jié)構(gòu)面，增加地下水壓力，降低斜坡穩(wěn)定性；③水位反復(fù)升降，淘蝕土層，在原地面地基中易形成土洞； ④降低原地面地基抗剪性能，影響高填方邊坡穩(wěn)定性［5］。

（5）公路進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)，動(dòng)應(yīng)力傳至基巖面，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)順坡向下的分力，在不利因素的誘導(dǎo)下，坡體容易產(chǎn)生變形與破壞。

3.2 建筑物問(wèn)題

（1） 凡是墻體裂縫嚴(yán)重的房屋， 一般房子結(jié)構(gòu)較差，多為簡(jiǎn)易磚混結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，很少設(shè)鋼筋鹼圈梁，而基礎(chǔ)埋置較淺，為0.5～1m，多在素填土中。 特別是老房子，由于年久失修，墻體本身就有裂縫出現(xiàn)，加之建公路各種因素的影響， 造成了這些裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和新裂縫的出現(xiàn)，因此，出現(xiàn)了老房子開裂嚴(yán)重的情況。

（2）據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，房前屋后沒(méi)有集中排水通道，村民房屋四周的地面匯水和村民生活廢水的隨意排放，地基長(zhǎng)期處于浸泡中，當(dāng)水集中排入滲透某處地基時(shí)，會(huì)造成不均勻沉降。 地表水沿著房屋周圍土體孔（空）隙入滲到地基巖土體內(nèi)，進(jìn)而軟化地基巖土，導(dǎo)致地基的不均勻沉降，從而引起房屋的開裂變形等破壞。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

該村房屋整體的開裂時(shí)間順序與填埋坑開挖回填時(shí)間順序相吻合，且開裂時(shí)間較為統(tǒng)一。在離公路路基較近的區(qū)域，裂縫寬度大且連貫性強(qiáng)，地面裂縫延展方向與邊坡臨空面走向一致， 而距離較遠(yuǎn)的區(qū)域裂縫寬度相對(duì)較小且連貫性較差， 裂縫分布較零亂且較為分散。 以上現(xiàn)象說(shuō)明地面裂縫與公路開挖填方較密切相關(guān)。

在后緣挖填方之前， 不論天然狀態(tài)還是降雨斜坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)， 但挖填方以后才出現(xiàn)了變形開裂現(xiàn)象， 這種開裂現(xiàn)象在時(shí)間上和空間上均與開挖有著必然聯(lián)系，并非時(shí)間上的巧合。 調(diào)查結(jié)果顯示：由于挖填方后產(chǎn)生了地面變形， 而斜坡中前部對(duì)后緣有阻滑作用，使其沒(méi)有運(yùn)動(dòng)空間，總體上，越靠近公路， 房屋開裂越嚴(yán)重，2017年10月～2018年1月，出現(xiàn)了地面變形和房屋開裂現(xiàn)象。 當(dāng)2018年2月未施工，斜坡明顯趨于穩(wěn)定，充分說(shuō)明了斜坡后緣開挖填方等施工活動(dòng)是誘發(fā)斜坡失穩(wěn)的主要原因。

另外高的挖填方工程， 會(huì)帶來(lái)斜坡體上松散物質(zhì)的局部穩(wěn)定性問(wèn)題，問(wèn)題嚴(yán)重程度與建筑物結(jié)構(gòu)、附加荷載、挖填方量、建設(shè)施工順序、建設(shè)施工時(shí)間、施工進(jìn)度、施工期間氣象、建筑物在斜坡體上的位置及支擋工程等項(xiàng)有關(guān)。

4.2 建議

（1）對(duì)房屋損壞嚴(yán)重的先進(jìn)行搬遷，其余采取維修、加固、房屋裂縫監(jiān)測(cè)及逐步搬遷。

（2）對(duì)村民房屋裂縫的發(fā)展、變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)立長(zhǎng)期觀測(cè)站，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患及時(shí)采取有效的防治措施。

（3）盡快對(duì)該不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行詳細(xì)勘察，在下一步勘查時(shí)，選擇利用部分勘探鉆孔構(gòu)成動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，開展不穩(wěn)定斜坡動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 為有效地了解和掌握其穩(wěn)定性及變化趨勢(shì)，并為地質(zhì)災(zāi)害防治提供技術(shù)依據(jù)。