■地基基础工程 福建建设科技２０１７．Ｎｏ．２ 周宁县某高边坡稳定性分析及支护设计研究 陈永发（福建省闽武长城岩土工程有限公司 福建福州［摘３５００１３） 要］ 以福建周宁县某小区高边坡为例，通过系统的工程地质勘查和试验研究，分析提出了该边坡的变形破坏模式。 考虑边坡由于岩土体不同呈现的非均匀性和各向异性，分别采用平面滑动破坏、圆弧形破坏２种评价方法对该高陡边坡进行了稳 定性分析评价，在此基础上进行分区工程防治设计。研究成果对其它类似高边坡的设计与施工具有一定的借鉴意义。 ［关键词］ 高边坡；破坏模式；稳定性评价；防治 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａ Ｈｉｇｈ Ｓｌｏｐｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ ｉｎ Ｚｈｏｕｎｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｌｓ ｆ ｏｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ ａｌｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ．Ａｓ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ，ｐｌａｎｅｒ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｆａｉｌｕｒｅ ａｒｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｌｏｐｅ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｈｇ ｓｌｏｐｅ；ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｌ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｄｅｓｉｎ ｇ０引言 １。２边坡岩土体 因工程建设需要，场地开挖整平后将形成２处人工开挖 高边坡一般指的是高度大于１５ｍ的土质边坡或高度大 于３０ｍ的岩质边坡” ，这类型的边坡高度因素将对边坡稳定 高边坡，其中北侧边坡最高约２１．３ｍ，坡长约２７３ｍ，东侧边坡 最高约３９．７０ｍ，坡长约１７１ｍ。 根据勘查钻探揭示及原位测试、土工试验成果资料，边坡 岩土层自上而下分为： 性产生重要作用和影响，其边坡稳定性分析和防护加固工程 设计应进行个别或特别设计计算。 福建省地处东南沿海，是一个多山的省份，山区面积占全 省陆域面积８０％以上。近年来，随着福建省经济的进一步发 ①残积粘性土：褐黄、可塑、稍湿，局部含中风化凝灰岩孤 石，层厚３．１０～１４．５０ｍ。 展，城镇发展由沿海平原区向内陆山地丘陵区扩展，对山地丘 陵区土地资源的开发利用强度不断增强，城镇建设用地开发 产生的高边坡数量越来越多，高边坡规模不断向长、高、陡发 展。高陡边坡一旦产生变形，其变形量一般较大，往往造成投 资增加、工期延误、甚至产生滑坡等地质灾害，威胁人民生命 财产安全。 由于高边坡地质条件与岩土特性的复杂化，边坡的变形 破坏模式各异，其稳定性评价应采取不同的计算方法，支挡加 固措施也应具有针对性。本文以福建周宁县某小区高边坡为 ②全风化凝灰岩：黄褐色、稍湿，风化显著但不均，岩石基本 质量等级Ｖ级，局部含中风化凝灰岩孤石，层厚１．１０～９．００ｍ。 ③一 砂土状强风化凝灰岩：灰黄色，多为紧密砂土状，岩 石基本质量等级Ｖ级，局部夹中风化凝灰岩孤石，层厚０．３０ ～７．２０ｍ。 ③一 碎块状强风化凝灰岩：灰黄、浅灰色，多为碎块状，岩体 破碎，岩石极限抗压强度标准值８．６ＭＰａ，层厚ｎ ３０～５．１０ｍ。 ④中风化凝灰岩：青灰、浅灰色，凝灰岩结构，块状构造，岩芯 多呈１０～１５ｃｍ短柱状或柱状，ＲＱＤ一般为７５—９ｏ，岩石极限抗 压强标准值为５２．２ＭＰａ，未揭穿，揭示厚度５．００～３３．ＯＯｍ。 表１拟开挖边坡特征一览表 边坡名称 岩土层 边坡类型 坡高 坡度 例，通过系统的工程地质勘查和试验，对高边坡的特征进行深 入研究，总结提出了该边坡的变形破坏模式。考虑边坡由于 岩土体不同呈现的非均匀性和各向异性，分别采用平面滑动 破坏、圆弧形破坏２种评价方法对该高陡边坡进行了稳定性 分析评价，在此基础上提出合理化的边坡设计方法，对其它类 似高边坡的设计与施工具有一定的借鉴意义。 １工程地质概况 １．１气象水文 ｊＥ侧边坡 ①＋②＋③ 土岩混合边坡 ０．１５—２１．２７ ２。～８２。 东侧边坡 ①＋②＋③＋④ 土岩混合边坡 Ｏ．５Ｏ一３９．７０ ２。～７３。 ２边坡破坏模式及稳定性评价 ２．１破坏模式 边坡所在区域属中亚热带海洋性季风气候，年平均降水 量１８９３ｍｍ，日最大降雨量达２７４．４ｍｍ。降水量的年变化为 双峰双谷型：第一峰平均２９７．１ｍｍ，出现在６月份，以梅雨为 拟开挖的边坡为土一岩复合型高切坡，边坡发生破坏时， 土层和岩层有时是相互独立的，有时又是相互关联的。根据 场地现场调查，结合本边坡开挖揭露岩土体特征，由于边坡下 部岩层稳定性较好，上部土质边坡的稳定性对边坡整体稳定 起着控制性作用，边坡变形破坏模式主要有以下２种模式。 （１）上部土体内部产生局部圆弧滑动 北侧边坡部分坡段为残积粘性土、全风化凝灰岩和砂土 状强风化凝灰岩，其最大厚度可达约１６ｍ，下部碎块状至中风 主要降水；第二峰平均２８３．４ｍｍ，出现在８月份，以暴雨为主 要降水，常造成洪涝及地质灾害。 作者简介：陈永发（１９８１一 ），男，勘查技术与工程专业，本科，工程师， 主要从事岩土工程勘察与设计。 ２ 福建建设科技２０１７．Ｎｏ．２ 图１边坡典型工程地质剖面图 化凝灰岩较稳定，上部土体边坡可能发生圆弧滑动破坏。 （２）上部土体沿土岩分界面滑移 东侧边坡岩、土体接触面较陡，上部第四系堆积层底部的 基岩顶面和堆积层内部的层面与边坡具倾向夹角小，边坡易 沿基岩顶面和层面产生滑动，发生折线形破坏。 ２．２分析原理 根据本边坡坡体、坡顶、坡脚岩土结构特征及水文地质条 件，本边坡稳定性计算应视具体地段分别采用不同评价方法。 圆弧滑动采用简化毕肖普法进行稳定评价，其安全系数 按下式计算： Ｚ￣－－ ｍＥ ｆｆｃ０ｓ０ ＋（Ｇ，十Ｇｍ— ｃｏｓ０ —ｔａｎｇｏ ）］ Ｆ＝—— —— ————————————————————～ ∑［（Ｇｉ＋Ｇｉ）ｓｉｎ０ｉ＋Ｑ ｃｏｓＯ｝］ … ＋ ＝÷ （ｈ ＋ｈ ） 式中： ——边坡稳定性系数； ｃ ——第ｉ计算条块滑面黏聚力（ｋＰａ）； ——第ｉ计算条块滑面内摩擦角（。）； ｚ ——第ｉ计算条块滑面长度（ｍ）； Ｏｉ——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； Ｕ ——第ｉ计算条块滑面单位宽度总水压力（ｋＮ／ｍ）； Ｇ ——第ｉ计算条块单位宽度自重（ｋＮ／ｍ）； Ｇ ——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，指向上方时取负值； Ｑ ——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； ｈ ｈ…一，——第ｉ及第ｉ一１计算条块滑面前端水头高度 （ｍ）； ——水重度，取１０ｋＮ／ｍ ； ——计算条块号，从后方起编； ｎ——条块数量。 折线形滑动面的边坡可采用传递系数法隐式解，边坡稳 定性系数可按下列公式计算： Ｐ ＝０ Ｐ ＝Ｐ‘一１ 。一ｌ＋ —Ｒ／Ｆ 一１＝ＣＯＳ（０ ～１—０ ）一ｓｉｎ（０ｌ一１—０ ）ｔａｎｇｏ／ ＝（Ｇｉ＋Ｇｂ ）ｓｉｎＯｉ＋Ｑ ｃｏｓＯＩ ●地基基础工程 Ｒ ＝ｏｉｌ ＋［（Ｇ ＋Ｇ“）ｃｏｓＯ 一Ｑ ｓｉｎ０ 一Ｕｉ］ｔａ“ 式中： Ｐ ——第ｎ条块单位宽度剩余下滑力（ｋＮ／ｍ）； Ｐ ——第ｉ计算条块与第ｉ＋１计算条块单位宽度剩余下 滑力（ｋＮ／ｍ）；当Ｐ ＜０时，（ｉ＜ｎ）时取Ｐ ：０； ——第ｉ计算条块单位宽度重力及其他外力引起的下 滑力（ｋＮ／ｍ）； Ｒ ——第ｉ计算条块单位宽度重力及其他外力引起的抗 滑力（ｋＮ／ｍ）； ——第ｉ一１计算条块对第ｉ计算条块的传递系数， 其他符号同前。 ２．３岩土体参数 边坡岩土体参数根据土工试验并结合现场调查成果进行 参数反演确定（表２）。 表２边坡岩土体物理力学参数一览表 天然 饱和 天然状态 饱和状态 重度 重度 土层 （ｋＮ／ｍ ） 内聚力 内摩擦 内聚力 内摩擦 （ｋＰａ） 角（。） （ｋＰａ） 角（。） 残积粘性土 １９ ２Ｏ １９ ｌ７．５ ｌ８ ｌ６．５ 全风化凝灰岩 ｌ９．５ ２０．５ ２８ ２０ ２６ ｌ８ 砂土状强风化 ２Ｏ ２１ ３Ｏ ３５ ２８ ３３ 凝灰岩 碎块状强风化 ２１ ２２ ３５ ３８ ３２ ３４ 凝灰岩 中风化凝灰岩 ２０ ２０．５ ５０ ４０ ４８ ３６ ２．４稳定性评价 边坡稳定性安全系数根据《建筑边坡工程技术规范》 （ＧＢ５０３３０—２０１３）确定，计算考虑天然及饱和两种工况。 计算结果表明本场地整平开挖后边坡均处于不稳定状 态，需采取工程措施进行支护。 表３边坡稳定状态划分表 稳定状态『不稳定『 欠稳定 ｌ 基本稳定 ｆ 稳定 表４边坡各断面稳定性评价一览表 剖面 计算工况 安全系数 稳定性综合评价 折线滑动 圆弧滑动 天然状态 Ｏ．７８ Ｏ．６１ 天然状态、在暴雨状态均不 １２—１２ 饱稳定，可能发生圆弧滑动、 和状态 ０．６３ Ｏ．５８ 折线滑动。 天然状态 ０．７０ ０．５６ 天然状态、在暴雨状态均不 １５—１５ 稳定，可能发生圆弧滑动、 饱和状态 ０．６４ Ｏ．５３ 折线滑动。 天然状态 Ｏ．８３ Ｏ．６６ 天然状态、在暴雨状态均不 １９—１９ 稳定．可能发生圆弧滑动、 饱和状态 ０．７６ ０．６２ 折线滑动。 天然状态 Ｏ．９５ Ｏ．６２ 天然状态、在暴雨状态均不 ２０—２Ｏ 稳定，可能发生圆弧滑动、 饱和状态 ０．８７ ０．５８ 折线滑动。 天然状态 ０．９６ ０．８４ 天然状态、在暴雨状态均不 ３６—３６ 饱稳定，可能发生圆弧滑动、 和状态 ０．９０ ０．７９ 折线滑动。 天然状态 １．Ｏ３ ０．９９ 天然状态、暴雨状态时不稳 ３７—３７ 饱和状态 ０．９５ Ｏ．８９ 定，可能发生圆弧滑动、折 线滑动。 天然状态 Ｏ．９８ ０．９２ 天然状态、暴雨状态时不稳 ３８—３８ 定，可能发生圆弧滑动、折 饱和状态 Ｏ．９６ ０．８４ 线滑动。 ｆ下转第５页） ●地基基础工程 Ｂ■ 福建建设科技２０１７．Ｎｏ．２ ５ ５结论与建议 在本工程基坑开挖的整个过程中，对基坑的每一项内容 均及时进行了监测，及时反馈了监测结果，并在每次报告中对 监测数据进行了统计和分析，提出了合理的工程建议。根据 监测数据实现了信息化和动态化施工，及时调整了施工进度， 准确的指导了施工，确保了基坑的稳定及周边环境的安全，取 得了良好的工程效果。在此提出几点建议： （１）观测基准点的埋设应选在稳定的地区，并定期进行 校核。 （２）为减小观测误差，每次观测应尽量采用固定观测人 员、固定仪器设备及固定观测路线的“三固定”方式作业。 图４￥４５点时间一位移曲线示意图 （３）软土基坑的监测过程中，测斜管深度应适当加深，以 保证观测效果。 （４）基坑开挖应根据反馈回来的监测数据实行信息化和 动态化施工，及时调整工程进度，保证基坑稳定及周边环境安 全的前提下提高施工效率。 参考文献 ［１］黄小明，黄清明，朱善铿．软土地区深基坑施工监测的实践与思 考［Ｊ］．城市勘测，２００６（２）：７６—７９． ［２］曾水凤，王磊，习先萍．软土基坑施工监测实例分析［Ｊ］．山西建 筑，２００９，３５（１８）：１０８—１０９． ［３］刘勋．探讨软土深基坑围护工程的施工监测［Ｊ］．科技与企业， ２０１４（１５）：２４０—２４１． 图５ Ｌ５９点时间一位移曲线示意图 ［４］刘运龙．某工程软土地基土方开挖基坑支护变形监测及应对措施 ［Ｊ］．中外建筑，２００９（６）：２１６—２１８． ［５］济南大学．ＧＢ５０４９７－－２００９建筑基坑工程监测技术规范［Ｓ］．北 京：中国计划出版社，２００９． 根据上述监测结果，各项监测内容的位移量均在警戒值 范围内，基坑及周边道路的沉降变形均未出现异常情况。在 整个开挖过程中，基坑基本稳定，周边道路也未出现大的变 形，处于安全状态，本工程基坑的监测工作也顺利结束。 ， （上接第２页） ３支护措施 护，面板厚１５０ｍｍ，并设置２—３道锚杆支护，锚杆长度６ｍ，锚 杆间距３ｍ；标高８７７．０ｍ以上坡段自上而下分２级削坡减载， 坡率１：０．５—１：０．７５，采用预应力锚索框架支护，框架尺寸为 ４００ ４００，并设置３道锚索支护，锚索采用５ｑｂ１５．２４ｒａｍ钢绞 线，长度１２—１５ｍ，间距３ｍ。 鉴于本场地高边坡不仅形态（坡高、坡角）差异较大，且 周边环境不一，为此，支护设计方案应综合考量边坡现状、所 处周边环境及工程造价等因素，建议采取如下支护措施确保 边坡的安全与稳定。 此外，治理区坡体均应设置泄水孔，坡体后缘应设置截水 沟，地面及平台应设置平台排水沟，同时应在边坡设置深层位 移、地表位移、沉降监测点，定期开展监测，及时发现和反馈边 坡治理效果。 参考文献 ［１］廖小平．路堑边坡工程理论与实践［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， ２０１１． （１）北侧边坡支护方案 该区域在拟建建筑物前后均形成开挖边坡，建筑物后侧 边坡高度一般小于５ｍ，采用１：０．２５放坡开挖，坡面采用Ｃ２５ 钢筋混凝土支护，面板厚１５０ｍｍ，并设置二道锚杆支护，锚杆 长度９ｍ，锚杆间距２ｍ；建筑物前缘边坡高度７—９ｍ，采用１： ０．２５放坡开挖，采用锚杆框架支护，框架尺寸为４００ ４００，并 设置３道锚杆支护，锚杆长度９ｍ，锚杆间距３ｍ。 ［２］ＧＢ５０３３０—２０１３建筑边坡工程技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业 出版社．２０１４． （２）东侧边坡方案 该段坡高面陡，建设支护方案为： 标高８７７．０ｍ以下坡段采用坡面采用Ｃ２５钢筋混凝土支 ［３］山区公路岩土复合型高切坡稳定性分析［Ｊ］．路基工程，２０１５， （２）：２８～４６．