萬 力,謝紅建

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州貴陽550002)

貴陽某巖土基坑邊坡失穩(wěn)成因分析

萬 力,謝紅建

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州貴陽550002)

某建筑深基坑南側(cè)有一段巖土混合邊坡，下伏巖層面橫向，邊坡開挖至坡腳時出現(xiàn)了整體失穩(wěn)。該文從裂縫分布特征、基坑周邊環(huán)境、巖土結(jié)構(gòu)、開挖支護(hù)方式等方面分析了失穩(wěn)的成因。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀，提出加固處理方案。

基坑邊坡；巖土混合邊坡；巖層傾向坡內(nèi)；穩(wěn)定性

山城貴陽近年來基坑越來越深，常遇到下伏巖層傾向與坡向[1]夾角大于30°的非順向[2]巖土混合邊坡。對于斜向、橫向、反向邊坡[2]，尤其是巖層面傾向坡內(nèi)的橫向、反向邊坡，常被工程界認(rèn)為下部巖質(zhì)邊坡整體穩(wěn)定而未被足夠重視。文章將對一個由黏性土和內(nèi)傾薄至中厚層較軟巖組成的巖土混合基坑邊坡失穩(wěn)的工程案例進(jìn)行失穩(wěn)成因分析，總結(jié)一些經(jīng)驗供同行參考。

1 工程概況

所在基坑位于貴陽市新建路旁，地下室5層、基底開挖標(biāo)高1056.50m。

失穩(wěn)段邊坡位于基坑南側(cè)西端，坡面走向N82°E左右、傾NW，基坑外側(cè)21.0m左右有一棟6層的條基磚混結(jié)構(gòu)舊居民樓。建設(shè)單位要求的坡形如圖1所示，坡腳8m左右寬度內(nèi)有設(shè)計開挖深度1m左右的電梯井基槽。根據(jù)基礎(chǔ)資料審定批復(fù)的基坑支護(hù)施工圖設(shè)計，該段邊坡工程安全等級為1級，邊坡高24.5m，土層高10.0m，基巖高14.5m，巖體破裂角56.2°，巖體等效內(nèi)摩擦角強(qiáng)風(fēng)化40°、中風(fēng)化55.0°，采用格構(gòu)式錨桿（索）擋墻支護(hù)（見圖1），上階為土質(zhì)邊坡，錨索水平、垂直間距均為2.5m（3排），下階基本為巖質(zhì)邊坡，錨索水平間距4.0m、垂直間距3.5m（5排）。預(yù)應(yīng)力錨索傾角25°、預(yù)應(yīng)力鎖定值700kN。

失穩(wěn)段邊坡上階嚴(yán)格按設(shè)計施工并完成所有3排錨索的張拉鎖定后，主要因搶工期、節(jié)約造價，在下階僅作50mm厚混凝土素噴的情況下，一步開挖到位至1056.50m標(biāo)高，當(dāng)時未出現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象。電梯井基槽因溶隙發(fā)育垂直超挖2m，其間邊坡側(cè)的局部槽壁出現(xiàn)較小規(guī)模坍塌。超挖部分?jǐn)M用混凝土回填前，下階首先在坡腳附近出現(xiàn)剪出破壞，并伴隨掉塊和蠕變現(xiàn)象，坡頂居民樓外約1m位置出現(xiàn)一條長15m左右、最大張開寬度近5cm的弧型延伸裂縫（見圖1），部分豎向格構(gòu)梁下部開裂。坡腳反壓并采取其他輔助措施后邊坡變形停止。

圖1 失穩(wěn)段邊坡標(biāo)準(zhǔn)橫剖面

2 邊坡體工程地質(zhì)條件概況

失穩(wěn)段邊坡體的工程地質(zhì)概況，以邊坡勘察文件[3]為基礎(chǔ)結(jié)合現(xiàn)場開挖揭露的情況確定（見圖1）。

2.1 地形地貌

失穩(wěn)段邊坡頂部平坦，標(biāo)高1081.00m左右，坡頂6層居民樓條基埋深1m左右，地面排水設(shè)施損毀嚴(yán)重，雨水不能及時有效排走。邊坡按兩階放坡開挖，上階高8.0m、坡率1:0.50，下階高16.5m、局部坡腳垂直超挖至3m、坡率1:0.25；坡頂與居民樓間水平寬度8m，水平臺階寬度6m、標(biāo)高1073.00m左右（見圖1），坡頂主要用于修建臨時工棚，水平臺階主要用于土石方運輸通道及施工材料堆放。

2.2 地層巖性

覆蓋層自上而下為1.0m左右厚雜填土層①（Qml）和9.0m左右厚第四系殘坡積紅黏土層（Qel+dl）。上部可塑狀紅黏土②厚6.0m左右，下部軟塑狀紅黏土③厚3.0m左右，Ⅱ類塊狀結(jié)構(gòu)[4]。

下伏三疊系下統(tǒng)安順組第二段（T1a2）薄至中厚層泥質(zhì)白云巖，中風(fēng)化巖體⑤較破碎，屬較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級，邊坡巖體類型為Ⅲ類。表層強(qiáng)風(fēng)化巖體④厚4.5m左右，巖體破碎，屬軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級，邊坡巖體類型為Ⅳ類。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于貴陽向斜西翼近軸部，巖層呈單斜構(gòu)造，失穩(wěn)段邊坡現(xiàn)場揭露的巖層產(chǎn)狀105°∠39°。主要發(fā)育有3組節(jié)理裂隙J①～J③：J①產(chǎn)狀125°∠55°、線連通率80%，J②產(chǎn)狀280°∠70°、線連通率75%，J③產(chǎn)狀44°∠65°、線連通率80%，均為結(jié)合差至很差的軟弱結(jié)構(gòu)面。

2.4 水文地質(zhì)條件

地下水類型包括第四系松散層孔隙水及基巖溶洞裂隙水。管網(wǎng)破損漏水下滲匯集于土層孔隙中，在雜填土層與紅黏土層的接觸帶上形成有上層滯水，但無統(tǒng)一分布水位?；鶐r溶洞裂隙水位略低于坑底。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)失穩(wěn)段邊坡工程地質(zhì)條件、巖土類型和結(jié)構(gòu)及坡面荷載特點，邊坡上階可能產(chǎn)生圓弧滑動變形破壞，下階的主要變形破壞模式可能為平面滑動。巖層傾向坡內(nèi)，視傾角-17.6°（橫向坡），3組節(jié)理裂隙均不構(gòu)成順向外傾結(jié)構(gòu)面，其視傾角依次為-44.2°（反向）、40.3°（橫向）、52.9°（斜向），斜向結(jié)構(gòu)面視傾角緩于破裂角56.2°、對邊坡穩(wěn)定性更不利[1]。結(jié)合水平臺階內(nèi)側(cè)裂紋發(fā)展情況，邊坡下階的失穩(wěn)破壞，可能主要與優(yōu)勢外傾結(jié)構(gòu)面斜向節(jié)理裂隙J③的擴(kuò)展、貫通密切相關(guān)，沿著J③的視傾角52.9°產(chǎn)生平面滑動。

3.1 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)邊坡勘察文件和現(xiàn)場實際情況，失穩(wěn)段邊坡穩(wěn)定性分析所采用的重度γ、黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ等巖土物理力學(xué)指標(biāo)見表1，表中節(jié)理裂隙（J③）的巖橋效應(yīng)根據(jù)《工程巖體抗剪強(qiáng)度確定綜合方法——GMEM研究》[5]確定。

表1 邊坡巖土物理力學(xué)指標(biāo)取值

3.2 穩(wěn)定性計算

上階未支護(hù)前，土質(zhì)邊坡的圓弧滑動穩(wěn)定性系數(shù)根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB 50330—2002（以下簡稱《規(guī)范》）式5.2.3-1～4計算（每延米，下同）：

電梯井基槽坍塌前（下階未支護(hù)），巖質(zhì)邊坡的平面（J③）滑動穩(wěn)定性系數(shù)根據(jù)《規(guī)范》式5.2.4計算：

電梯井基槽坍塌前（下階未支護(hù)），巖質(zhì)邊坡的平面（破裂面）滑動穩(wěn)定性系數(shù)：

上階3排錨索預(yù)應(yīng)力施加后，土質(zhì)邊坡的圓弧滑動穩(wěn)定性系數(shù)參照《規(guī)范》式6.2.1計算：

電梯井基槽坍塌后，未反壓及加固前巖質(zhì)邊坡的平面滑動穩(wěn)定性系數(shù)：

失穩(wěn)導(dǎo)致上階最底排錨索預(yù)應(yīng)力失效后，坡頂上層滯水下滲軟化土體，土質(zhì)邊坡圓弧滑動穩(wěn)定性系數(shù)：

上階格構(gòu)梁修復(fù)后，且上階最底排錨索預(yù)應(yīng)力恢復(fù)后，土質(zhì)邊坡圓弧滑動穩(wěn)定性系數(shù)：

3.3 穩(wěn)定性評價

邊坡不支護(hù)時，上階穩(wěn)定性系數(shù)Ks±1=0.95＜1.30[1]，既不穩(wěn)定也不安全，下階穩(wěn)定性系數(shù)Ks巖1=1.04＜1.35[1]，僅為臨界穩(wěn)定但不安全。上階按施工圖施工后穩(wěn)定性系數(shù)Ks±2=1.48＞1.30，既穩(wěn)定又安全、經(jīng)濟(jì)。

下階在僅做坡面簡單封閉防護(hù)的情況下，其臨界穩(wěn)定一直維持到邊坡開挖至坡腳?；鄢趯?dǎo)致槽壁坍塌后，下階穩(wěn)定性系數(shù)Ks巖2=0.88＜1.35，穩(wěn)定性降低約15%，變得既不穩(wěn)定更不安全。

下階失穩(wěn)后，上階穩(wěn)定性系數(shù)Ks±3=1.02＜1.30，穩(wěn)定系數(shù)降低約31%，穩(wěn)定性大大降低，變得既很不穩(wěn)定也很不安全。

4 邊坡失穩(wěn)成因分析

坡頂居民樓墻外1m左右位置的裂縫是上階圓弧滑動形成的，豎向梁下部裂縫主要是下階平面滑動形成的。根據(jù)邊坡支護(hù)前后的穩(wěn)定性評價，上階圓弧滑動是由下階平面滑動引發(fā)的，下階平面滑動是由坡腳電梯井基槽超挖誘發(fā)的。下階穩(wěn)定性系數(shù)Ks巖1=1.04＜K's巖1=1.11，故破壞面角度是結(jié)構(gòu)面J③的視傾角52.9°而不是巖體破裂角56.2°。

下階的臨界平衡狀態(tài)一直到槽壁坍塌后才被打破，因此，下階失穩(wěn)的根本原因是設(shè)計的錨索沒有實施導(dǎo)致安全儲備不足，電梯井超挖后槽壁坍塌只是誘因。槽壁坍塌后，巖質(zhì)邊坡部分抗滑段滑落，優(yōu)勢斜向外傾結(jié)構(gòu)面不斷擴(kuò)展、貫通，巖橋效應(yīng)降低，下階因安全儲備不足而失穩(wěn)。

下階失穩(wěn)后，上階土質(zhì)邊坡部分抗滑段下沉，格構(gòu)梁底部開裂，導(dǎo)致已張拉鎖定的最底排錨索預(yù)應(yīng)力松弛甚至喪失，坡頂變形開裂，上層滯水下滲軟化坡體，穩(wěn)定性進(jìn)一步降低，裂縫不斷發(fā)展，坡體進(jìn)一步下沉，下階頂部荷載增加，最終該段邊坡整體失穩(wěn)。

5 邊坡加固處理

下階剪出口位于坡腳附近，為控制下階變形破壞進(jìn)一步發(fā)展，回填基槽，坡腳用砂袋反壓至1061m標(biāo)高。反壓體斷面呈梯形，頂寬約3m，底寬約5m。暫時清除坡頂、水平臺階上的附加荷載，對未喪失預(yù)應(yīng)力的上部兩排錨索進(jìn)行補(bǔ)張拉，修補(bǔ)排水溝，封閉地面裂縫，同時加強(qiáng)變形監(jiān)測。

對上階喪失預(yù)應(yīng)力的最底排錨索，修補(bǔ)豎向梁破損部位并恢復(fù)其預(yù)應(yīng)力后，上階圓弧滑動穩(wěn)定性系數(shù)K's±3=1.305＞1.30，仍穩(wěn)定又安全。下階穩(wěn)定性系數(shù)由1.04降低至0.88后，原設(shè)計的預(yù)應(yīng)力錨索垂直間距3.5m和預(yù)應(yīng)力值700kN及其他技術(shù)參數(shù)不變，水平間距4.0m需要減少，參照x4.0=3.4m，并考慮巖橋效應(yīng)降低及《規(guī)范》的其他要求等因素，水平間距調(diào)整為3.0m。上階最底排錨索張拉鎖定后立即按常規(guī)逆作法進(jìn)行反壓體以上的下階4排錨索施工，反壓體內(nèi)最底排錨索，首先在錨孔位置清挖反壓體形成寬1m左右的“斜槽”，并完成自鉆孔至注漿的錨索施工工序，再進(jìn)行豎向梁和部分水平梁澆筑，然后清除1058m標(biāo)高以上反壓體完成所有水平梁施工，混凝土及砂漿強(qiáng)度允許后張拉鎖定最底排所有錨索，最后清除剩余反壓體，其間鋼筋網(wǎng)噴射混凝土結(jié)合工作面分步施工。

應(yīng)急搶險和加固處理過程中直到基坑回填前，邊坡變形逐漸停止，地面修補(bǔ)后未再開裂，坡頂、水平臺階上附加荷載恢復(fù)后邊坡未再出現(xiàn)險情。坡頂房屋基本正常使用，地下室一直正常施工。

6 結(jié)語

下伏傾向坡內(nèi)的橫向、反向巖層的巖土混合深基坑或高邊坡，發(fā)育有斜向或傾向坡外的橫向節(jié)理裂隙時，存在因節(jié)理裂隙的擴(kuò)展、貫通導(dǎo)致邊坡整體失穩(wěn)破壞的可能。巖石越軟、巖體越破碎，節(jié)理裂隙傾向與坡向夾角越小，失穩(wěn)的可能性越大。

邊坡失穩(wěn)后，須采取封閉裂縫、反壓、補(bǔ)充或加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力等措施有效控制變形發(fā)展，并加強(qiáng)變形監(jiān)測。

[1]GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]DL/T 5337—2006水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2006.

[3]貴陽建筑勘察設(shè)計有限公司.貴陽市某基坑邊坡巖土工程勘察報告：詳勘階段[R].貴陽，2008.

[4]DB 22/46—2004貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范[S].貴州省建設(shè)廳，2005.

[5]武雄，賈志欣，陳祖煜，等.工程巖體抗剪強(qiáng)度確定綜合方法—GMEM研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005(2):246-251.

[6]JGJ 120—99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

責(zé)任編輯:李 紅

Cause Analysis of Slope Instability of Soil-rock Composite Foundation Pit in Guiyang

There is a part of soil-rock composite slope on the south side of the deep foundation pit of a building.Due to the transverse bedrock,the overall instability occurred when the slope is excavated at the toe of the slop.The authors analyze causes of instability from the aspect of crack distribution characteristics,surroundings around the foundation pit,geotechnical structures and the way of excavation and retaining.Then,the authors offer reinforcing methods in accordance with the current stability of the slop.

slope of foundation pit;soil-rock composite slope;obsequent slope;stability

TU46+3

A

1671-9107（2012）07-0038-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.07.038

2012-05-09

萬力(1976-)，男，湖南澧縣人，本科，工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計治理、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)工作。

謝紅建(1977-)，男，湖北襄陽人，碩士，工程師，主要從事巖土工程數(shù)值分析與設(shè)計工作。