挖方边坡稳定性及治理措施实例分析

周志国，符必昌，周志彬

( 昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093)

大关县教育局拟建大关县第二高中，场地现状为原始地貌，由于整平标高，场地整平后，场地北东侧食堂及室内运动场、学生宿舍、实验楼、配电室等沿线拟建建筑的北东侧形成了4条挖方边坡(1#边坡、2#边坡、3#边坡、4#边坡)。为了确保场地整平后形成的边坡稳定性及建设项目的安全性，需要对建场地整平后形成的边坡进行稳定性评价，并提出合理的防治工程方案建议。

1 边坡工程地质条件

1.1 边坡概况

1#边坡，坡长约84 m，挖方高约11.0～17.0 m，走向约144°(324°)，倾向234°。整平开挖后边坡坡体物质主要为①层耕土、②层含砾粉质粘土、③层碎石、④1层强风化泥岩，为土质边坡，为永久性边坡。

2#边坡，坡长约134 m，挖方高约10.0～11.0 m，走向约137°(317°)，倾向227°。整平开挖后边坡坡体物质主要为①层耕土、②层含砾粉质粘土、③层碎石、④1层强风化泥岩，为土质边坡，为永久性边坡。

3#边坡，坡长约61 m，挖方高约11.0～15.0 m，走向约135°(315°)，倾向225°。整平开挖后边坡坡体物质主要为①层耕土、②层含砾粉质粘土、③层碎石，为土质边坡，为永久性边坡。

4#边坡，坡长约79 m，挖方高约8.0～12.0 m，走向约135°(315°)，倾向225°。整平开挖后边坡坡体物质主要为①层耕土、②层含砾粉质粘土、③层碎石，为土质边坡，为永久性边坡。

1.2 边坡岩土类型及力学指标

场地内1#～4#边坡所处区段地层岩土性质基本一致。根据岩土特性、原位测试、室内试验结果等，揭露岩土综合分析评价如下：

(1) ①层耕土(Q4pd)：深褐、褐灰色，稍湿-湿，结构松散-稍密，孔隙大，夹少量植物根茎及大量腐植物，该层分布于1#～4#边坡所处区段地表，分布稳定。据地区经验，建议承载力特征值fak=60 kPa。

(2) ②层含砾粉质粘土：灰黄、深褐色，可塑，湿，切面较粗糙，无光泽，韧性中等，干强度较高，砾石含量15%～25%，砾径0.2～2.0 cm，局部夹少量孤石。该层1#～4#边坡所处区段均有分布，仅局部(13个钻孔)未揭露该层，分布较稳定。含水率ω=18.16%～42.19%，平均值ω=26.44%，重力密度ρ=12.5～20.6 kN/m3，平均值ρ=15.4 kN/m3，湿密度ρd=1.77～2.11 g/cm3，平均值为1.94 g/cm3，孔隙比e=0.53～1.14，平均值为0.75，饱和度Sr=81.96%～99.90%，平均值Sr=94.38%，液性指数IL=0.14～0.95，平均值IL=0.56，固结快剪：凝聚力Ccq=22.48～56.68 kPa，标准值Ccq=37.68 kPa，内摩擦角φcq=5.44°～19.67°，标准值φcq=13.11°，浸水快剪：凝聚力C=10.25～26.55 kPa，标准值C=17.46 kPa，内摩擦角φ=4.15°～8.94°，标准值φ=4.55°，压缩系数平均值a1-2= 0.3 MPa-1，压缩模量平均值Es1-2=6.14 MPa；标准贯入试验N=4.0～16.0击/30 cm，平均锤击数为7.5击，据试验数据及地区经验，建议承载力特征值fak=160 kPa。

(3) ③层碎石：灰黄、深褐色，中密，湿，主要为崩塌堆积的强风化及中风化灰岩，局部夹少量孤石、块石，碎石含量50%～80%，粒径一般为3～15 cm，粘性土充填。该层在钻孔揭露范围内均有分布，分布稳定。重型圆锥动力触探试验经杆长修正后锤击数N63.5=2.7～37.8击/10 cm。重型圆锥动力触探经杆长修正后平均锤击数为9.1击。据试验数据及地区经验，建议承载力特征值fak=200 kPa。

(4) ④1层强风化泥岩：紫红色，结构破碎，呈中-厚层状分布，岩芯呈碎块状、饼状，少数短柱状，岩芯采取率65%～70%，岩石质量指标RQD<25%，属极差的，岩石坚硬程度为软岩，完整程度为破碎，岩石基本质量等级为Ⅴ级。该层1#～4#边坡所处区段均有分布，分布稳定。产状235°∠45°。重型圆锥动力触探试验经杆长修正后锤击数N63.5=7.3～28.1击/10 cm。重型圆锥动力触探经杆长修正后平均锤击数为13.4击，各孔重型动力触探试验均有反弹现象。点荷载Is=0.05 MPa，折算后的单轴饱和抗压强度frk=2.0 MPa。建议承载力特征值为fak=500 kPa。

(5) ④2层中风化泥岩：紫红色，呈中厚层状分布，质硬，岩芯呈短柱状、长柱状，采取率75%～85%，岩石质量指标RQD 25%～50%，属差的，为较软岩，岩层产状235°∠45°。该层顶板埋深为8.0～32.2 m，揭露层厚0.7～17.2 m，平均厚度6.38 m。该层分布于1#～4#边坡所处区段下部。

2 边坡稳定计算

2.1 岩土参数

为准确地对场地稳定性作出定量评价和为防护工程设计提供必要的技术参数，对场地地基岩土取样进行了室内试验分析，本次边坡计算参数推荐值取值说明：①层耕土取值本次提供经验参考值；②层含砾粉质粘土取值,在室内试验数据的基础上，同时借鉴类似工程的相关经验取值；③层碎石取值，由于碎石间隙为粉质粘土充填，边坡可能产生滑移主要由较软弱的粉质粘土控制，该粉质粘土性状与②层粉质粘土相似，因此③层取值参考②层数据，同时借鉴类似工程的相关经验取值；④1层强风化泥岩取值采用现场原位测试(重型动力触探试验)数据统计值查表，同时借鉴类似工程的相关经验取值；④2层中风化泥岩取值，取值采用室内试验数据统计平均值或统计标准值，岩体内摩察角根据岩块内摩察角结合岩体完整程度(较破碎)，折减系数为0.83，折减取值。场地内稳定地下水水位在1.0～8.5 m，考虑岩土体浸水后物理力学性质有所下降，水位以上土体选用下表(表1)固结剪切试验数据，水位以下土体选用下表(表1)饱和剪切试验数据，边坡计算岩土参数见表1。

表1 边坡计算指标参数建议值表

备注:带“*”者为地区经验值或工程类比值。

2.2 附加荷载

地下水压力：边坡稳定性计算采用水土合算法计算，不考虑地下水压力。

建筑物荷载：由于边坡上部未布置拟建建筑，场地内拟建建筑均处于边坡下方，因此，计算不考虑建筑物荷载。

挖方区属7度抗震设防烈度区，设计基本地震加速度值为0.15 g，第三组，稳定性计算时考虑地震作用力。

2.3 计算方法和计算公式

场地内1#～4#边坡均为土质边坡，边坡岩土体力学强度低，在地下水作用(浸水后松散岩土体强度降低)、地震等不利作用影响下存在边坡岩土体自身强度不足产生滑移。稳定性计算选用圆弧滑动模式采用极限平衡法中的瑞典条分法分析，利用北京理正边坡稳定分析软件进行自动搜索最危险(潜在)破坏面。计算公式如下：

式中,Fs为边坡稳定系数；ci为第i计算条块滑面黏聚力(kPa)；φi为第i计算条块滑面内摩擦角(°)；li为第i计算条块滑面长度(m)；θi为第i计算条块滑面倾角(°)，滑面倾向与滑动方向相同时取正值，滑面倾向与滑动方向相反时取负值；Ui为第i计算条块滑面单位宽度总水压力(kN/m)；Gi为第i计算条块单位宽度自重(kN/m)；Gbi为第i计算条块单位宽度竖向附加荷载(kN/m)；方向指向下方时取正值，指向坡内时取负值；Qi为第i计算条块单位宽度水平荷载(kN/m)；方向指向坡外时取正值，指向坡内时取负值；hψi，hw,i-1为第i及第i-1计算条块滑面前端水头高度(m)；γw为水重度，取10 kN/m3；i为计算条块号，从后方起编；n为条块数量。

2.4 计算结果

由于填土性质未知，仅对4条边坡所处区段现状自然斜坡进行稳定性计算，按天然工况、地震工况两种工况分别计算，计算结果见表2～5。

表2 1#边坡计算结果表

2.5 综合分析

根据表2～5及边坡计算书进行1#～4#边坡分析评价见表6～9(边坡安全系数Fs天然状态取1.35，地震工况取1.15)；根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)进行评价。

从表6可以看出，1#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况均处于不稳定状态，因此场地整平开挖后1#边坡稳定性差。

从表7可以看出，2#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况下处于欠稳定-不稳定状态，因此场地整平开挖后2#边坡稳定性较差。

表3 2#边坡计算结果

表4 3#边坡计算

表5 4#边坡计算

表6 1#边坡稳定性评价

表7 2#边坡稳定性评价表

表8 3#边坡稳定性评价

从表8可以看出，3#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况均处于不稳定状态，因此场地整平开挖后3#边坡稳定性差。

表9 4#边坡稳定性评价

从表9可以看出，4#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况均处于不稳定状态，因此场地整平开挖后4#边坡稳定性差。

3 治理措施

考虑场地可能不具备放坡条件及相邻建筑施工安全等因素，4条开挖边坡均采用边坡顶部采用排水护坡设施；边坡坡面采用锚(杆)索框架梁做坡面防护；边坡坡脚采用桩板式挡墙进行支护，桩端持力层采用④层下部的中风化泥岩。

4 结论

根据稳定性计算，1#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况均处于不稳定状态，场地整平开挖后1#边坡稳定性差；2#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况下处于欠稳定-不稳定状态，场地整平开挖后2#边坡稳定性较差；3#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况均处于不稳定状态，场地整平开挖后3#边坡稳定性差；4#挖方边坡开挖后，天然工况和地震工况均处于不稳定状态，场地整平开挖后4#边坡稳定性差。在暴雨和库区水位上升的作用下会向更不稳定状态发展, 应实施必要的工程治理。给出的治理措施方案经过实施后证明了其可行性, 对提高边坡的安全储备具有很好的稳定作用。

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