某巖石高邊坡支護結(jié)構(gòu)變形破壞分析及治理措施

陳星星

（廣州市設計院集團有限公司，廣東 廣州 510620)

1 工程概況

某高邊坡第一段B 區(qū)，坡頂標高81.0m，坡腳標高21.0，坡高60m，坡長142m，原設計采用分級放坡+上部坡面格構(gòu)錨桿+下部坡面噴錨網(wǎng)+坡腳樁錨+坡頂?shù)捉嘏潘疁系闹ёo措施。

邊坡于2012年2月開始施工，2013年6月開始施工坡腳抗滑樁，在樁身四排錨索均未施工的情況下，2013年8月初開始開挖樁前巖體，2013年12月底開挖到底，2014年2月10日局部坡腳抗滑樁被剪切破壞，急需對其采取針對性的綜合性治理。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

地質(zhì)構(gòu)造屬單斜構(gòu)造，西北高，東南低，高程80.99m～50.38m，高差約30.61m，平均坡度22°。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

南京—湖熟斷裂帶東北側(cè)即為寧鎮(zhèn)弧形褶皺隆起帶，西南側(cè)為寧蕪凹陷盆地，斷裂褶皺被中新生界覆蓋，地表不明顯。擬建場地位于寧蕪凹陷盆地北側(cè)。

2.3 地層巖性

場地的主要地層有：人工填積 (Q)層、第四系上更新統(tǒng)沖積 (Q)層、第四系坡積+殘積(Q)層、白堊系上統(tǒng)浦口組（K）巖層等。

人工填積（Q）層:雜填土（地層編號①1）：雜色，主要由碎塊石等夾雜少量粘性土等組成，堆積時間5～10年。

素填土（地層編號①2）：黃褐～灰褐色，由粉質(zhì)粘土夾碎塊石、卵礫石等堆填而成，堆積時間3～6年。

第四系上更新統(tǒng)沖積 (Q)層:粉質(zhì)黏土（地層編號②1）：黃灰色，含鐵錳氧化物，呈濕的、可塑狀態(tài)。

卵礫石夾砂（地層編號②2）：主要由卵石、礫石夾細砂組成，呈稍濕、中密～密實狀態(tài)。

粉質(zhì)粘土（地層編號③）：黃褐色，含氧化鐵結(jié)核及灰白色高嶺土斑點等，呈濕的、可塑～硬塑狀態(tài)。

白堊系上統(tǒng)浦口組（K）巖層:強風化泥質(zhì)粉砂巖（地層編號⑥1）：紫紅～磚紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水軟化。中風化泥質(zhì)粉砂巖（地層編號⑥2）：紫紅～磚紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，遇水軟化。飽和單軸抗壓強度標準值5.88MPa，屬軟巖，較完整～完整，巖層產(chǎn)狀為143°∠29°。

2.4 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)地下水類型以潛水為主，在開挖出露的基巖中以基巖裂隙水為主。

3 本次變形特征及原因分析

3.1 邊坡支護原設計方案

原設計采用分級放坡+上部坡面格構(gòu)錨桿+下部坡面噴錨網(wǎng)+坡腳樁錨+坡頂?shù)捉嘏潘疁系闹ёo措施。

3.2 變形特征

2013年6月開始施工坡腳抗滑樁，在樁身四排錨索均未施工的情況下，2013年8月初開始開挖樁前巖體，并于2013年12月底開挖到底，2014年2月10日BZ25～BZ39 抗滑樁根部剪切破壞，見圖1、圖2；同時2013年8月坡體變形突然增大，坡面多處開裂。

圖1 樁身剪切裂縫

圖2 BZ31#樁身剪切裂縫

邊坡主要位移監(jiān)測點布置見圖3。

選取 J43～J48 冠梁和S10～S24 坡體水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別繪制位移時程曲線，見圖4、圖5。

圖4 冠梁頂部測點累計位移曲線圖

圖5 坡體測點累計位移曲線圖

由圖4、圖5可以看出，在坡腳巖體開挖期（2013年8月～2013年12月），整體位移時程曲線的曲率大。

邊坡的坡體和冠梁累計水平位移持續(xù)快速增長，邊坡處于加速蠕變階段。

3.3 原因分析

（1）地層巖性：坡腳巖體為中風化泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，遇水軟化、巖石飽和單軸抗壓強度標準值5.88MPa，屬軟巖。

（2）巖體結(jié)構(gòu)：巖層產(chǎn)狀143 ∠29°，發(fā)育有兩組相互垂直的節(jié)理，其中第一組節(jié)理產(chǎn)狀275 ∠88°，第二組節(jié)理產(chǎn)狀5 ∠58°，均屬硬性結(jié)構(gòu)面；但坡腳巖體局部夾薄層泥巖，產(chǎn)狀為125 ∠15°。

圖6 樁身剪斷處薄層泥巖

對其進行赤平投影，結(jié)果見圖7。

圖7 邊坡赤平投影分析結(jié)果圖

根據(jù)赤平投影定性分析，結(jié)合坡體結(jié)構(gòu)特征和抗滑樁變形破壞特征，該邊坡的變形破壞模式是沿著薄層泥巖夾層面C’產(chǎn)生平面滑動。

水的作用：選取 SW1～SW3 地下水位數(shù)據(jù)繪制地下水位變化曲線圖，見圖8。

圖8 SW1～SW3 地下水位變化曲線圖

由圖8可以看出，地下水位處于20-25m 之間。坡腳以上4 米內(nèi)巖體長期處于地下水中。

工程活動：一次開挖到底，巖體快速卸荷，應力失衡。

綜上，中風化泥質(zhì)粉砂巖所夾薄層泥巖，在地下水的長期作用下，巖體軟化和泥化作用明顯，再加上地下水對結(jié)構(gòu)面的潤滑作用，進一步惡化結(jié)構(gòu)面的抗剪能力；在坡腳巖體開挖卸荷和樁身錨索均未施工的情況下，坡腳失去有效支撐，坡體沿著該軟弱結(jié)構(gòu)面，加速蠕變，急需對邊坡進行加固治理，防止出現(xiàn)滑面貫通，邊坡失穩(wěn)。

4 治理措施

4.1 應急方案

（1）坡腳反壓：反壓平臺寬度17m，反壓高度14m。

由圖9、圖10可以看出，在坡腳反壓后，冠梁和坡體變形趨于穩(wěn)定。

圖9 冠梁頂部測點累計位移曲線圖（坡前反壓后）

圖10 坡體測點累計位移曲線圖（坡前反壓后）

（2）完善坡體排水體系：對現(xiàn)有截排溝進行修復和完善，防止降雨沖刷和入滲坡體。

4.2 穩(wěn)定性計算

4．2．1 軟弱結(jié)構(gòu)面強度指標

本次軟弱結(jié)構(gòu)面參數(shù)的選取，根據(jù)試驗測試成果，同時結(jié)合樁身被剪斷所需剪力，進行反演分析。分析結(jié)果見表1。

表1 軟弱結(jié)構(gòu)面參數(shù)表

4．2．2 穩(wěn)定性分析

在考慮樁前反壓土體的被動土壓力的情況下，抗滑穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

表2 抗滑穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果表

設計工況和校核工況的抗滑穩(wěn)定系數(shù)均小于相關(guān)規(guī)范的要求，需對該邊坡進行治理。

4.3 治理措施

（1）抗滑樁+錨索：在斷樁正后方平臺（標高43m），施工一排抗滑樁+錨索，抗滑樁直徑1.5m，間距3.0m，長度25m；冠梁上布置一排錨索，長度38m，間距2.5m。

（2）錨索：第一段B 區(qū)反壓區(qū)以外的抗滑樁，按原設計施工錨索。

（3）坡腳擋土墻：坡腳懸臂式擋土墻，高度5m。

圖11 支護剖面圖

通過上述治理措施，設計工況和校核工況的抗滑穩(wěn)定系數(shù)分別達到1.59、1.26，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論及建議

（1）BZ25～BZ39 抗滑樁剪斷處中風化泥質(zhì)粉砂巖所夾薄層泥巖，在地下水的長期作用下，巖體軟化和泥化作用明顯，為軟弱結(jié)構(gòu)面，再加上地下水對結(jié)構(gòu)面的潤滑作用，進一步惡化結(jié)構(gòu)面的抗剪能力；在坡腳巖體開挖卸荷和樁身錨索未施工的情況下，坡腳失去有效支撐，坡體沿著該軟弱結(jié)構(gòu)面，加速蠕變。

（2）在采用坡腳反壓的應急措施后，整體位移時程曲線的曲率較小，冠梁和坡體變形趨于穩(wěn)定。

（3）在考慮樁前反壓土體的被動土壓力的情況下，對其進行抗滑穩(wěn)定系數(shù)計算，結(jié)果顯示設計工況和校核工況的抗滑穩(wěn)定系數(shù)均小于相關(guān)規(guī)范的要求，需對該邊坡進行治理。

（4）在采用樁錨+坡腳反壓+坡面綠化+坡腳護腳墻+完善坡體排水體系的支護措施后，設計工況和校核工況的抗滑穩(wěn)定系數(shù)分別達到1.59、1.26，均滿足規(guī)范要求。