劉甩利

（山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運(yùn)城044000）

巖質(zhì)邊坡關(guān)鍵楔形體穩(wěn)定性分析

劉甩利*

（山西省地球物理化學(xué)勘查院，山西運(yùn)城044000）

深水河大橋左幅4號(hào)橋墩邊坡位于廣東省樂(lè)昌市梅花鎮(zhèn)大坪村老屋場(chǎng)境內(nèi)，此段線(xiàn)路約呈105°方向展布。人工邊坡是由于開(kāi)挖廣樂(lè)高速公路深水河大橋左幅4號(hào)橋墩的施工便道及樁基承臺(tái)形成。施工便道和承臺(tái)開(kāi)挖過(guò)程中坡體發(fā)生較大變形，屢見(jiàn)剝落、掉塊現(xiàn)象，給機(jī)械設(shè)備和施工人員的安全造成很大威脅，延誤施工工期。為了保障橋墩安全順利施工，有必要針對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的分析、評(píng)價(jià)并施以防治措施。對(duì)邊坡上發(fā)育規(guī)模較大、控制邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵楔形體進(jìn)行了支護(hù)前后的穩(wěn)定性分析，為邊坡加固設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

巖質(zhì)邊坡；破壞模式；支護(hù)；穩(wěn)定系數(shù)

1 工程概況

深水河大橋左幅4號(hào)橋墩邊坡地處廣東省北部，南嶺山脈南麓，位于樂(lè)昌市梅花鎮(zhèn)大坪村老屋場(chǎng)境內(nèi)。邊坡區(qū)屬低中山—斜坡溝谷地貌區(qū)，地形起伏大，植被發(fā)育，山坡為雜草、灌木等，自然坡度一般為38°～50°；區(qū)域高程一般為217.7～392.4m，最大相對(duì)高差為174.7m。

邊坡位于廣東省樂(lè)昌市梅花鎮(zhèn)大坪村老屋場(chǎng)境內(nèi)，巖層總體向南東東傾斜，傾向?yàn)?10°～130°，傾角35°～50°。邊坡頂部為第四系坡積土，坡體為寒武系八村群（∈Bc）淺變質(zhì)砂巖夾板巖，為巖質(zhì)坡。該人工邊坡為開(kāi)挖施工便道和樁基承臺(tái)所致，整體呈鐘形。邊坡沿施工便道展布，坡長(zhǎng)35m，中部實(shí)測(cè)最大坡高為26m，切坡面積約為720m2。該邊坡為高陡巖質(zhì)人工邊坡，坡面總體坡度較大，邊坡總體傾向?yàn)?44°，傾角為68°，巖層與坡面斜交。邊坡前緣為在建廣樂(lè)高速深水河左幅4號(hào)橋墩的樁基及承臺(tái)。邊坡按線(xiàn)路的大里程方向，整體呈鐘形：邊坡中部最大坡高26m，左側(cè)小里程與右側(cè)大里程處開(kāi)挖高度相對(duì)較小，均由坡頂延伸至施工便道。坡面總體坡度較大，為68°。目前狀況下，該橋墩開(kāi)挖邊坡出露節(jié)理裂隙發(fā)育的強(qiáng)風(fēng)化淺變質(zhì)砂巖，局部可見(jiàn)被節(jié)理裂隙切割的破碎巖塊從原巖體中脫落、滑出。樁基承臺(tái)已開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，目前邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。由于風(fēng)化作用和人為爆破震動(dòng)使得坡體表層的破碎巖塊受擾動(dòng)后發(fā)生剝落、掉塊現(xiàn)象，甚至局部有大的巖石塊體發(fā)生楔形體破壞，影響下部樁基的正常施工作業(yè)。若邊坡長(zhǎng)時(shí)間受暴雨沖刷浸泡或其他外動(dòng)力地質(zhì)作用，加劇邊坡表層局部變形破壞，故需及時(shí)對(duì)邊坡采取必要的治理措施。

2 工程地質(zhì)問(wèn)題

深水河大橋左幅4號(hào)橋墩邊坡在未開(kāi)挖前整體是穩(wěn)定的。施工后，邊坡開(kāi)挖較深，原斜坡應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生明顯改變，加之巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，致使開(kāi)挖后邊坡表層的破碎巖體原應(yīng)力重分布，剝落、掉塊頻繁發(fā)生。在施工爆破震動(dòng)或雨水等外荷載作用下，加劇坡體表層掉塊，甚至是結(jié)構(gòu)面切割貫通形成一定規(guī)模的楔形體崩塌滑移。該邊坡的地質(zhì)問(wèn)題有可能威脅施工人員安全，影響橋墩樁基和承臺(tái)的正常施工，延誤工期。

3 邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.1 安全等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《深水河大橋邊坡工程地質(zhì)勘察報(bào)告》和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，深水河大橋左幅4號(hào)橋墩邊坡失穩(wěn)后危害嚴(yán)重程度，結(jié)合邊坡類(lèi)型與坡高等綜合因素，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30-2004)確定其安全等級(jí)為一級(jí)。設(shè)計(jì)工況：自重+暴雨作用+地震作用。邊坡防護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)，破壞主要為折線(xiàn)破壞，采用折線(xiàn)滑動(dòng)法計(jì)算時(shí)邊坡安全系數(shù)為1.10。

3.2 邊坡破壞模式分析

巖質(zhì)邊坡的破壞模式，取決于邊坡巖體中的節(jié)理裂隙、層面和坡面的相互組合關(guān)系，坡體結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同，其可能的破壞模式也不盡相同[1-3]。

深水河大橋左幅4號(hào)橋墩邊坡區(qū)上覆地層為坡積碎石土(Qdl4)，下伏基巖為寒武系八村群（∈Bc）淺變質(zhì)砂巖夾板巖，灰黃色、黃褐色，風(fēng)化劇烈，變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，主要礦物成份為長(zhǎng)石、石英及絹云母等，碎塊狀。邊坡最大高度為26m，長(zhǎng)約35m，坡面傾向?yàn)?44°，傾角68°，坡面傾向與巖層傾向夾角26°，為巖質(zhì)斜交坡，邊坡存在沿優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面及強(qiáng)風(fēng)化破碎帶滑動(dòng)的可能性。巖層產(chǎn)狀為110°～130°∠35°～50°，開(kāi)挖坡面出露強(qiáng)—中風(fēng)化基巖。主要發(fā)育3組裂隙：①341°～355°∠42°～48°，張性，充填泥質(zhì)，密度4～6條/m，可見(jiàn)延伸0.40～2.00m；②183°～200°∠65°～80°，密度3～5條/m，閉合，可見(jiàn)延伸0.20～4.00m；③95°～105°∠66°～71°密度4～6條/m，閉合，可見(jiàn)延伸0.30～5.00m；順坡向發(fā)育的裂隙，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響大，是重點(diǎn)防護(hù)的結(jié)構(gòu)面和段落。取其中代表性節(jié)理作赤平投影，如圖1所示。

圖1 深水河大橋橋墩邊坡赤平投影圖（上半球）

從圖1可以看出，結(jié)構(gòu)面組合（J2-C、J3-C）向坡外傾斜，2組結(jié)構(gòu)面的大圓交線(xiàn)均小于邊坡面的傾角且都在摩擦圓之內(nèi)，邊坡存在潛在不穩(wěn)定性。J1-C交線(xiàn)向坡內(nèi)傾，切割為楔形塊體；J2-C交線(xiàn)傾向與坡面傾向夾角為22°，易沿節(jié)理裂隙產(chǎn)生一定規(guī)模的表層滑移，局部發(fā)生掉塊；J2-J3交線(xiàn)與邊坡投影弧在同側(cè)，結(jié)構(gòu)面組合交線(xiàn)的傾向與坡面相同，交線(xiàn)傾角為58°，大于結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角但小于開(kāi)挖后坡角，易形成楔形體，楔塊處于欠穩(wěn)定狀態(tài)；J1-J3、J1-J2交線(xiàn)傾角為別為34°、 14°，且與邊坡投影弧在異側(cè)，J1-J3結(jié)構(gòu)面組合切割表層巖體而發(fā)生掉塊剝落，J1-J2結(jié)構(gòu)面組合則易形成與坡向斜交的楔塊滑塌。由此可知，邊坡巖體在節(jié)理與層面4組結(jié)構(gòu)面相互切割作用下易形成不同規(guī)模的楔形體，在機(jī)械施工、爆破擾動(dòng)和降雨等外動(dòng)力因素影響下，將會(huì)形成塊體脫落、掉塊，局部楔形體滑移變形，甚至沿著不規(guī)則切割面產(chǎn)生楔形體滑塌。因此，需要及時(shí)治理，避免對(duì)施工人員和機(jī)械造成危害。

3.3 楔體破壞模式定量分析

楔體破壞是巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的一種主要模式，在地質(zhì)情況揭露的前提下，根據(jù)赤平投影分析確定哪一條或2條結(jié)構(gòu)面可能形成的不穩(wěn)定楔塊[4-6]。取典型可能滑塌的楔形體進(jìn)行分析如下：

①楔形體Ⅰ：節(jié)理1，節(jié)理2、坡面及坡頂面組成。

圖2 楔形體Ⅰ加固支護(hù)設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算分析，在設(shè)計(jì)工況下，穩(wěn)定性分析結(jié)果為FS=1.022，支護(hù)后楔形體穩(wěn)定系數(shù)FS=1.548。

②楔形體Ⅱ：節(jié)理2，節(jié)理3、坡面及坡頂面組成。

圖3 楔形體Ⅱ加固支護(hù)設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算分析，在設(shè)計(jì)工況下，穩(wěn)定性分析結(jié)果為FS=1.052，支護(hù)后楔形體穩(wěn)定系數(shù)FS=1.411。

③楔形體Ⅲ：節(jié)理2，坡面、坡面及坡頂面組成。經(jīng)計(jì)算分析，在設(shè)計(jì)工況下，穩(wěn)定性分析結(jié)果為FS= 1.089，支護(hù)后楔形體穩(wěn)定系數(shù)FS=1.447。

圖4 楔形體Ⅲ加固支護(hù)設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

為了防止邊坡結(jié)構(gòu)面相互切割貫通后發(fā)生楔形體滑移，在邊坡影響橋墩運(yùn)行區(qū)域采取施設(shè)隨機(jī)巖石錨桿+監(jiān)測(cè)工程的治理措施。邊坡治理的范圍為沿開(kāi)挖坡面距離承臺(tái)邊緣5～6m區(qū)域之內(nèi)，較危險(xiǎn)區(qū)域適當(dāng)擴(kuò)大范圍。治理區(qū)域左起ZK28+872.3，測(cè)設(shè)線(xiàn)左8.75m處，右止于ZK28+855.4，測(cè)設(shè)線(xiàn)右18.5m。邊坡展開(kāi)治理范圍為35m。邊坡治理應(yīng)針對(duì)斜坡變形破壞的特點(diǎn)進(jìn)行，在治理過(guò)程中應(yīng)采用分層次治理原則。邊坡防治的目標(biāo)是采用防治工程輔以安全監(jiān)測(cè)，確保邊坡在橋墩正常運(yùn)營(yíng)前的施工階段內(nèi)不發(fā)生失穩(wěn)破壞。經(jīng)過(guò)對(duì)關(guān)鍵楔體的加固支護(hù)，在設(shè)計(jì)工部?jī)?nèi)，可以防止邊坡失穩(wěn)的發(fā)生。

[1] EVERT HOEK,JOHN BRAY.Rock Slope Engineering,The In-stitution of Mining and Metallurgy[M].London:The GreshamPress,1974.

[2]朱凡,張永興,張波,姜廣榮.滑動(dòng)楔形體的簡(jiǎn)捷極限變形平衡法[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2003,26(5):104-105.

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TD82.72

A

1004-5716(2015)04-0020-03

2014-04-03

劉甩利（1978-），女（漢族），陜西武功人，工程師，現(xiàn)從事工程勘察、災(zāi)害治理等相關(guān)工作。