連云港某巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與治理實(shí)踐

陳城

（江蘇政泰建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，江蘇 宿遷 223800 ）

1 工程概況

旗臺山紅石咀人工開挖邊坡位于連云港火車站東南約2km，屬后云臺山系東北端。開挖邊坡東西最大長度670m，南北最大寬度650m 左右，最大坡高約120m。該邊坡為山體開采完后形成的一高邊坡。

1.1 地層巖性

邊坡出露地層為中上元古界云臺組下段第三層的一部分，呈層狀，表層風(fēng)化較弱。主要巖性為白云二長片麻巖?；野讑A肉紅及灰綠色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻構(gòu)造。礦物成分主要由鉀長石（30%～35%）、斜長石（30%～35%）、石英（20%～25%）以及少量白云母（8%～12%）組成。偶見黑云母、綠簾石、磁鐵礦等。巖石中的鉀長石和斜長石往往呈變斑晶出現(xiàn)，粒徑一般在0.5～1.0mm。顆粒較大的鉀長石中均可見斜長石的出熔現(xiàn)象。長石和石英粒徑在0.05～0.02mm，部分呈拉長狀，彼此鑲嵌形成條帶。白云母呈鱗片狀，沿片麻理定向分布。

1.2 邊坡地質(zhì)構(gòu)造特征

邊坡為一總體傾向SE 的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定，總體走向 65°～80°，傾角 34°～39°。未見較大的斷裂構(gòu)造，受區(qū)域構(gòu)造的影響，巖石節(jié)理比較發(fā)育，其中以NE 向一組，最為發(fā)育，傾向 NW，傾角 77°～81°。其次為 NW 向一組，傾向 NE，傾角72°～87°。節(jié)理都帶有剪切性質(zhì)，節(jié)理面較平滑或略顯弧形，顯示扭性或張扭特征。在白云二長片麻巖中見有長英脈沿裂隙充填【1】。

邊坡巖體為變質(zhì)巖，巖性為白云二長片麻巖。主要成分為較均勻的長英質(zhì)，屬堅(jiān)硬巖組工程地質(zhì)區(qū)。巖石致密堅(jiān)硬，飽和抗壓強(qiáng)度平均147MPa。完整性較好，大都塊狀構(gòu)造。巖體風(fēng)化程度較弱，巖石較為新鮮【2】。

邊坡巖體節(jié)理發(fā)育，根據(jù)野外實(shí)地地質(zhì)調(diào)查，主要有NE向和NW 向2 組，其中NE 向一組最發(fā)育，該組節(jié)理易造成巖石崩塌滑落。

1.3 水文地質(zhì)條件

邊坡所處位置為后云臺山系旗臺山紅石咀，為剝蝕低山，劃為基巖裂隙水水文地質(zhì)區(qū)，水位埋深由山頂向坡地漸淺，富水性差異大?；鶐r裂隙水僅發(fā)育于裂隙、構(gòu)造破碎帶中。

2 邊坡基本特征

2.1 邊坡類型

本區(qū)邊坡為巖石邊坡，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)測結(jié)構(gòu)面資料、巖體結(jié)構(gòu)特征，本區(qū)邊坡的主要破壞特征為沿碎裂結(jié)構(gòu)巖體中的不利滑動面組合滑移以及沿結(jié)構(gòu)面不利組合形成的塊體失穩(wěn)，邊坡破壞形式屬于典型的滑移型及崩塌型【3】。

2.2 邊坡巖體分類

根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面調(diào)查與地面宏觀地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，邊坡強(qiáng)風(fēng)化巖體體積結(jié)構(gòu)面數(shù)量大于10 條，結(jié)構(gòu)面間距小于0.3m，結(jié)構(gòu)面發(fā)育3 組，巖體為裂隙塊狀、碎裂結(jié)構(gòu)，巖體完整程度為不完整，屬于Ⅳ類巖體。

中等風(fēng)化巖體為體積結(jié)構(gòu)面數(shù)量1～5 條/m，結(jié)構(gòu)面間距1～0.2m，結(jié)構(gòu)面發(fā)育3 組，巖體為似層狀結(jié)構(gòu)，局部為鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體完整程度為較完整，屬于Ⅲ類巖體。

微風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)面平均間距大于1.0m，巖體較完整，屬于Ⅱ類巖體。

本工程邊坡巖體基本屬于Ⅱ、Ⅲ類巖體。

2.3 邊坡破壞的特點(diǎn)

該區(qū)邊坡的特點(diǎn)主要有：

1）開挖巖質(zhì)邊坡陡，邊坡坡向與層面大角度相交。邊坡巖體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體破碎，邊坡穩(wěn)定性差，邊坡破壞主要為沿結(jié)構(gòu)面組合形成的楔體發(fā)生崩塌破壞。

2）該邊坡目前為二級開挖，高度在17m，邊坡極易沿結(jié)構(gòu)面組合交線發(fā)生滑動破壞。特別是結(jié)構(gòu)面發(fā)育區(qū)域，呈碎裂結(jié)構(gòu)。

3 邊坡穩(wěn)定性分析與評價(jià)

為了對邊坡進(jìn)行有針對性的治理，在現(xiàn)有坡面上測取了典型剖面以分析其穩(wěn)定性。結(jié)合本工程邊坡的特點(diǎn)，破壞形式主要表現(xiàn)為整體圓弧滑動破壞與局部楔體破壞（崩塌）2 種類型。

3.1 楔體破壞分析

對于沿結(jié)構(gòu)面組合形成的楔體，由于本區(qū)結(jié)構(gòu)面除層面外，大多為Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面。

3.1.1 邊坡面上定位楔體的組成方式和搜索方法

根據(jù)工程區(qū)段結(jié)構(gòu)面的發(fā)育和分布情況，參照構(gòu)成楔體的結(jié)構(gòu)面在邊坡面上的出露位置，研究和確定邊坡巖體內(nèi)可能滑動楔體的各種組合方式和規(guī)模，為穩(wěn)定分析提供幾何邊界條件。本項(xiàng)目采用如下步驟：

1）根據(jù)現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)面實(shí)測資料，建立巖體結(jié)構(gòu)面空間分布模型；

2）確定結(jié)構(gòu)面在開挖面上的出露情況；

3）應(yīng)用塊體理論，找出邊坡面上可能滑動的楔體。

3.1.2 楔體的穩(wěn)定性分析

求解由2 組結(jié)構(gòu)面及坡面、坡頂組合形成的楔體的穩(wěn)定性，可按Hoek 教授提出的方法（坡面楔體結(jié)構(gòu)面大圓分析）進(jìn)行求解。邊坡塊體穩(wěn)定分析結(jié)果表明，大結(jié)構(gòu)面組合形成的定位塊體穩(wěn)定系數(shù)均滿足安全要求，其他小型楔體（深度小于4m）應(yīng)采用清坡或系統(tǒng)錨桿加固方法進(jìn)行處理。對于由隨機(jī)結(jié)構(gòu)面組合形成的隨機(jī)楔體，應(yīng)采用隨機(jī)錨桿進(jìn)行加固處理。

3.2 邊坡整體穩(wěn)定性分析

3.2.1 巖體物理力學(xué)參數(shù)

綜合參考試驗(yàn)資料、大型水利工程中有關(guān)變質(zhì)巖的大型現(xiàn)場試驗(yàn)資料，結(jié)合結(jié)構(gòu)面計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果獲得的連通率選取巖體強(qiáng)度參數(shù)（見表1）。

表1 邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)一覽表

3.2.2 邊坡整體穩(wěn)定性極限分析

采用極限分析程序，對邊坡斷面進(jìn)行計(jì)算并自動搜索出臨界滑動面，得到不同工況下邊坡斷面的穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算得到的滑體穩(wěn)定系數(shù)如下。

豇豆(Vigna unguiculata)為豆科豇豆屬一年生纏繞性草本植物，又稱角豆、帶豆、掛豆角等，廣泛分布于非洲、拉丁美洲及亞洲地區(qū)[1,2]。我國是豇豆的次 生起源中心，主產(chǎn)于山東、山西、四川、江西等地，具有悠久的栽培歷史[3,4]。豇豆不僅富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素和Fe，Zn，Ca及Mg等礦物質(zhì)，還富含賴氨酸、組氨酸等必需氨基酸及黃酮、多酚等生物活性物質(zhì)，是我國重要的蔬菜作物，具有較高的經(jīng)濟(jì)和食用價(jià)值[5-7]。

1）天然狀態(tài)邊坡體的穩(wěn)定性

現(xiàn)狀天然狀態(tài)下邊坡體的穩(wěn)定性計(jì)算，采用的孔隙水壓力系數(shù)為0.10，滑裂面限制在中風(fēng)化巖體內(nèi)，并由程序自動搜索最危險(xiǎn)滑裂面。邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小為1.688，說明邊坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2）地下水水位驟升+地震工況邊坡穩(wěn)定性

本次計(jì)算根據(jù)連云港地區(qū)的降雨條件，計(jì)算時(shí)采用的孔隙水壓力系數(shù)取值為0.30。從穩(wěn)定分析結(jié)果可以得知，邊坡各斷面的穩(wěn)定系數(shù)最小值按孔隙水壓力系數(shù)法為1.254，其他斷面均大于1.35，表明除局部不滿足強(qiáng)降雨條件的穩(wěn)定性外，其他斷面整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足邊坡穩(wěn)定的要求。

3.3 邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

通過野外地質(zhì)調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析表明，本邊坡的主要失穩(wěn)模式為層面與結(jié)構(gòu)面組合形成的楔體，邊坡整體穩(wěn)定性能滿足安全要求。基本結(jié)論如下：（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)面的分布特征，邊坡巖體的可能破壞模式有：追蹤巖體中的結(jié)構(gòu)面連通網(wǎng)絡(luò)、層面與走向NW 組結(jié)構(gòu)面組合（在坡向SE 向坡）、層面與走向NE組結(jié)構(gòu)面組合（在坡向NE 向坡）3 種類型；（2）由于邊坡坡向與層面傾向大角度相交，邊坡不存在沿層面發(fā)生滑動的可能；（3）楔體穩(wěn)定分析表明，該邊坡主要以淺部4m 以內(nèi)的小塊體破壞為主，大型楔體都處于穩(wěn)定狀態(tài)；（4）在各臺級邊坡坡面中，均存在有結(jié)構(gòu)面密集帶或破碎帶，這些部位存在塌方的可能性；部分邊坡坡面存在結(jié)構(gòu)面不利組合、裂縫、臨空面以及危巖體等災(zāi)害因素；（5）從邊坡的整體穩(wěn)定性來看，邊坡的整體穩(wěn)定性能滿足安全要求，即在現(xiàn)狀邊界條件下（如降雨、坡面無荷載）邊坡處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，不會發(fā)生沿邊坡巖體中的結(jié)構(gòu)面組合而滑動。

4 邊坡治理方案

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合邊坡巖質(zhì)性狀和穩(wěn)定性分析結(jié)果，對不同區(qū)段邊坡分別采取如下治理措施。

4.1 系統(tǒng)錨固區(qū)

一階邊坡：依據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，一階邊坡的測線3 全段50m、測線9 全段50m、測線11 結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育段存在局部楔體破壞的可能，需采用系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴混凝土加固；設(shè)置系統(tǒng)錨桿（φ25mm 鋼筋 @2 500mm×2 500mm，長度 L=6m）進(jìn)行加固，錨桿孔孔向垂直坡面布置，傾斜角15°，鋼筋網(wǎng)φ6.5mm@200mm×200mm，噴射混凝土強(qiáng)度等級C20，厚度100mm。并設(shè)置 φ50mm@4m×4m，L=0.7m，仰角 10°的排水孔。坡腳設(shè)置花壇并種植爬山虎等藤類植物。

二階邊坡：二階邊坡的13 測線全段0～50m、測線14 段0～15m、測線15 全段50m、測線21 結(jié)構(gòu)面密集發(fā)育段、22 測線的 40～50m 及 24 測線的 20～40m 等區(qū)段，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，并存在局部楔體破壞的可能，需采用系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴混凝土加固；設(shè)置系統(tǒng)錨桿（φ25mm 鋼筋@2 500mm×2 500mm，L=6m）進(jìn)行加固，錨桿孔孔向垂直坡面布置，傾斜角15°，鋼筋網(wǎng)6.5mm@200mm×200mm，噴射混凝土強(qiáng)度等級C20，厚度 100mm。并設(shè)置 φ50mm@4m×4m，L=0.7m，仰角 10°的排水孔。坡腳設(shè)置花壇并種植爬山虎等藤類植物。

4.2 隨機(jī)錨固區(qū)

對于清坡過程中發(fā)現(xiàn)的隨機(jī)塊體，特別是局部發(fā)生滑動區(qū)段，視錨固力大小，需要采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)進(jìn)行加固。對坡面危巖予以撬挖清除。

各區(qū)邊坡針對局部不穩(wěn)定部位采用隨機(jī)錨桿進(jìn)行加固。對坡腳臨空的不穩(wěn)定巖塊設(shè)置混凝土支墩，以提高邊坡穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

該邊坡工程加固后已運(yùn)行6a，未見任何崩塌、滑動等破壞，可為同類型邊坡工程治理提供借鑒。