劉榮華,譚棟杰

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有些公司,上海 200092)

邊坡的失穩(wěn)通常是由多種因素共同作用的結(jié)果,其一是外力的作用破壞了巖體或土體原來的應(yīng)力平衡；其二是巖體或土體的抗剪強(qiáng)度受外界因素的影響而降低[1]?，F(xiàn)以重慶市渝北區(qū)中央公園西路北拓段邊坡設(shè)計(jì)工程為例,介紹高邊坡評價(jià)及支護(hù)設(shè)計(jì)。

根據(jù)渝建發(fā)[2010]166號[2]“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)全市高切坡、深基坑和高填方項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)管理的意見”,高切坡、深基坑、高填方項(xiàng)目是指因建(構(gòu))筑物和市政工程開挖或填筑所形成的邊坡以及對工程正常使用或可能造成安全影響的邊坡項(xiàng)目,其高度或深度超過了以下范圍：

(一)高切坡：巖質(zhì)邊坡高度≥15米,巖土混合邊坡高度≥12米且土層厚度≥4米,土質(zhì)邊坡高度≥8米。

(二)深基坑：巖質(zhì)基坑高度≥12米,巖土混合基坑高度≥8米且土層厚度≥4米,土質(zhì)基坑高度≥5米。

(三)高填方：填方邊坡高度≥8米。

1 工程概況

中央公園西路北拓段(以下簡稱公園西路)起于現(xiàn)狀公園西路,止于悅港北路,設(shè)計(jì)車速為50km/h,道路等級為城市主干路,道路全長約為2.75km,道路標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度為32m,雙向六車道。根據(jù)重慶市建委渝建發(fā)[2010]166號文件精神,中央公園西路北拓段K0+000～K0+240兩側(cè)、K1+500～K1+990兩側(cè)為路基高挖方路段,最高挖方邊坡約為40.04m。中央公園西路北拓段K2+000～K2+700右側(cè)為高填方路段,最高填方邊坡約為35.2m。

2 設(shè)計(jì)原則

(1)遵循“安全第一”的原則。項(xiàng)目片區(qū)建設(shè)日新月異,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)齊頭并進(jìn),形成邊坡情況千差萬別,但所有邊坡支護(hù)項(xiàng)目都必須遵行“安全第一”的原則,確?！巴街ёo(hù)、不留后患”,支護(hù)后的邊坡安全、穩(wěn)定,不造成次生災(zāi)害。

(2)遵循“節(jié)約土地,造價(jià)合理”的原則。高邊坡支護(hù)本身需占用一定土地空間,在確保安全的前提下,提高土地利用率,使綜合造價(jià)趨于合理。

(3)遵循“因地制宜”的原則。邊坡支護(hù)和所在位置的地形、地貌、地質(zhì)、氣候條件及土地使用要求密切相關(guān),需考慮各種實(shí)際情況和影響因素,“因地制宜”的制定支護(hù)方案。

(4)遵循“與環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一”的原則。為建設(shè)生態(tài)宜居園區(qū),在滿足“安全”的前提下,盡量采用生態(tài)環(huán)保的整治方案,創(chuàng)造積極良好的生態(tài)環(huán)境。

(5)遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息法施工”的原則。邊坡工程作為專業(yè)技術(shù)要求高的專項(xiàng)工程,應(yīng)特別遵循“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、信息法施工”的原則,科學(xué)設(shè)計(jì)、精心施工,使治理工程最終效果最佳。

3 高邊坡地質(zhì)評價(jià)及處治措施

3.1 挖方基段K0+000～K0+240兩側(cè)

該段為挖方路基段,覆蓋層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚0.00～2.30m,下伏基巖為泥巖和泥灰?guī)r,及少量頁巖。道路按設(shè)計(jì)開挖后,左右兩側(cè)形成挖方邊坡,主要由泥巖、砂巖和少量粉質(zhì)粘土組成。

左側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)坡率1∶1.50分階開挖后,最大挖方高度為26.28m,部土層為粉質(zhì)粘土,厚度最大為2.10m,巖土組成為泥灰?guī)r和少量粉質(zhì)粘土,邊坡安全等級為一級,邊坡巖體類別為III類；右側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)1∶1.00分階開挖后,最大挖方高度為35.42m,上部土層為粉質(zhì)粘土,厚度最大為2.30m,巖土組成為泥灰?guī)r和少量粉質(zhì)粘土,邊坡安全等級為一級,邊坡巖體類別為III類。

由地勘報(bào)告中的赤平投影分析圖可知道路左側(cè)邊坡傾向?yàn)?8°,為反向坡,裂隙2為主控外傾結(jié)構(gòu)面,傾角85°,按設(shè)計(jì)坡率值放坡后邊坡坡度小于裂隙傾角,邊坡穩(wěn)定性主要受巖體強(qiáng)度控制,破壞模式主要為風(fēng)化剝落和局部崩塌掉塊。邊坡破裂角取61°,等效內(nèi)摩擦角泥灰?guī)r取55°。

右側(cè)巖質(zhì)邊坡為順向坡,層面裂隙為主控外傾結(jié)構(gòu)面,邊坡可能沿巖層層面產(chǎn)生剪切滑動(dòng)破壞,裂隙1和巖層層面組合交線傾向坡外,傾向249°,傾角約11°,邊坡可能沿裂隙組合交線形成楔形體破壞,按設(shè)計(jì)坡率值1∶0.75分階放坡后邊坡坡度為53°,大于巖層傾角12°。巖層傾角較小,定性評價(jià)該邊坡按設(shè)計(jì)坡率開挖后處于穩(wěn)定狀態(tài),由于邊坡有豎向裂隙2存在,若在施工擾動(dòng)下貫通后,易使邊坡面附近巖體采生小規(guī)?；瑒?dòng)。

以3-3'剖面為例對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步驗(yàn)算,驗(yàn)算公式采用《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50332-2013)附錄A中A.0.2公式。巖層層面為潛在滑面,傾角為12°,天然狀態(tài)下層面為硬性結(jié)構(gòu)面,抗剪參數(shù)c取90kPa,φ取27°；受后緣裂隙充水飽和后,層面按軟弱結(jié)構(gòu)面考慮,飽和抗剪參數(shù)c取35kPa,φ取15°,泥灰?guī)r飽和重度取26.2kN/m3?？紤]后緣沿裂隙2充水高度8m。

3-3′剖面穩(wěn)定性驗(yàn)算簡圖

巖體體積(m3)面積(m2)重度(kN/m3)荷載(KN)結(jié)構(gòu)面傾角(°)粘聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(°)下滑力(kN/m)抗滑力(kN/m)穩(wěn)定系數(shù)462.4334.9326.2001235152832.003637.711.41

驗(yàn)算結(jié)果表明：按照設(shè)計(jì)意圖開挖后,穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.41>1.35,表明該邊坡滑面飽和工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

建議邊坡按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,加強(qiáng)邊坡截排水系統(tǒng),防止地表水下滲形成后緣裂隙充水的情況。建議按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,對巖質(zhì)邊坡采用防風(fēng)化處理,土質(zhì)邊坡采用格構(gòu)護(hù)坡,并進(jìn)行綠化。

3.2 挖方路基段K1+500～K1+990m兩側(cè)

該段為挖方路基段,覆蓋層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚0.60～6.30m,下伏基巖為泥巖和砂巖。道路按設(shè)計(jì)開挖后,左右兩側(cè)形成挖方邊坡,主要由泥巖、砂巖和少量粉質(zhì)粘土組成。

左側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)坡率1∶1.00分階開挖后,最大挖方高度為15.90m,上部土層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚度最大為7.10m,為巖土混合邊坡,邊坡安全等級為一級,邊坡巖體類別為III類；右側(cè)按設(shè)計(jì)巖質(zhì)坡率1∶0.75,土質(zhì)1∶1.00分階開挖后,最大挖方高度為26.30m,上部土層為素填土,厚度最大為2.30m,巖土組成為泥灰?guī)r和少量素填土,邊坡安全等級為一級,邊坡巖體類別為III類。

左側(cè)邊坡上部土層巖土界面平緩,邊坡開挖主要破壞模式為土體內(nèi)部的圓弧滑動(dòng)破壞；由下部巖質(zhì)邊坡赤平投影分析圖可知道路左側(cè)邊坡傾向?yàn)?8°,為反向坡,裂隙2為主控外傾結(jié)構(gòu)面,傾角85°,按設(shè)計(jì)坡率值放坡后邊坡坡度小于裂隙傾角,邊坡穩(wěn)定性主要受巖體強(qiáng)度控制,破壞模式主要為風(fēng)化剝落和局部崩塌掉塊。邊坡破裂角取61°,等效內(nèi)摩擦角泥灰?guī)r取55°。

右側(cè)巖質(zhì)邊坡為順向坡,層面裂隙為主控外傾結(jié)構(gòu)面,邊坡可能沿巖層層面產(chǎn)生剪切滑動(dòng)破壞,按設(shè)計(jì)坡率值1∶0.75分階放坡后邊坡坡度為53°,大于巖層傾角12°。巖層傾角較小,定性評價(jià)該邊坡按設(shè)計(jì)坡率開挖后處于穩(wěn)定狀態(tài),由于邊坡有豎向裂隙2存在,若在施工擾動(dòng)下貫通后,易使邊坡面附近巖體采生小規(guī)模滑動(dòng)。建議邊坡按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,加強(qiáng)邊坡截排水系統(tǒng),防止地表水下滲形成后緣裂隙充水的情況。

建議按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,對巖質(zhì)邊坡采用防風(fēng)化處理,土質(zhì)邊坡采用格構(gòu)護(hù)坡,并進(jìn)行綠化。

3.3 填方路基段K2+000～K2+700m右側(cè)

該段為填方路基段,覆蓋層為粉質(zhì)粘土和素填土,厚0.30～8.80m,下伏基巖為泥巖、頁巖和砂巖。按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,最大填方邊坡高度為35.72m,主要由素填土組成,邊坡安全等級為一級。路基橫向地形平緩,傾角一般小于10°,局部達(dá)15°,且原地表開挖成向內(nèi)傾斜2～4%的反向臺階,臺階寬度不得小于2m,當(dāng)?shù)乇砥露榷赣?∶2.5且路堤邊坡高度大于8m時(shí),為避免路基不均勻沉降過大造成路面拉裂破壞,除要求開挖臺階外,還應(yīng)在路面底面以下鋪設(shè)2～3層土工格柵。當(dāng)為半填半挖路基時(shí),格柵應(yīng)伸入挖方段不小于4m。邊坡不會(huì)形成整體滑移,按設(shè)計(jì)坡率值1∶1.50放坡后,邊坡整體穩(wěn)定,邊坡的主要破壞為水土流失和雨水沖刷形成沖溝。

地表經(jīng)上述處理后,填方邊坡整體穩(wěn)定,填方區(qū)存在魚塘的,則應(yīng)在放干魚塘水后對軟土地基進(jìn)行換填處理。建議按設(shè)計(jì)坡率值放坡后,土質(zhì)邊坡采用格構(gòu)護(hù)坡,并進(jìn)行綠化。

4 結(jié)語

由于邊坡巖土介質(zhì)的復(fù)雜性、可變性和不確定性,地質(zhì)勘察參數(shù)難以準(zhǔn)確確定,加之設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法帶有經(jīng)驗(yàn)型和類比性,因此邊坡工程的設(shè)計(jì)往往難以一次定性,需要根據(jù)施工中反饋的信息和監(jiān)控資料不斷進(jìn)行校核、補(bǔ)充和完善設(shè)計(jì)。這是目前邊坡工程處治設(shè)計(jì)中較為科學(xué)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法,這種設(shè)計(jì)法要求提出特殊的施工方案和監(jiān)控方案,以保證在施工過程中能獲取對原設(shè)計(jì)進(jìn)行校核、補(bǔ)充和完善的有效資料和數(shù)據(jù)。