巖土基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理探討

摘要：文章結合工程案例，介紹某項目工程邊坡體工程地質條件概況，分析邊坡失穩(wěn)成因，提出了邊坡加固處理技術方法。

關鍵詞：巖土基坑；混合邊坡；地質條件；加固處理

1工程概況

本工程基坑地下室5層、基底開挖標高1056.50m。失穩(wěn)段邊坡位于基坑南側西端，坡面走向N82°E左右、傾NW，基坑外側21.0m左右有一棟6層的條基磚混結構舊居民樓。建設單位要求的坡形如圖1所示，坡腳8m左右寬度內有設計開挖深度1m左右的電梯井基槽。根據基礎資料審定批復的基坑支護施工圖設計，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°，巖體等效內摩擦角強風化40°、中風化55.0°，采用格構式錨桿（索）擋墻支護（見圖1），上階為土質邊坡，錨索水平、垂直間距均為2.5m（3排），下階基本為巖質邊坡，錨索水平間距4.0m、垂直間距3.5m（5排）。預應力錨索傾角25°、預應力鎖定值700kN。失穩(wěn)段邊坡上階嚴格按設計施工并完成所有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標高，當時未出現(xiàn)明顯變形現(xiàn)象。電梯井基槽因溶隙發(fā)育垂直超挖2m，其間邊坡側的局部槽壁出現(xiàn)較小規(guī)模坍塌。超挖部分擬用混凝土回填前，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)段邊坡標準橫剖面

2邊坡體工程地質條件概況

失穩(wěn)段邊坡體的工程地質概況，以邊坡勘察文件為基礎結合現(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，標高1081.00m左右，坡頂6層居民樓條基埋深1m左右，地面排水設施損毀嚴重，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類塊狀結構。

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

2.3地質構造

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

2.4水文地質條件

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

根據失穩(wěn)段邊坡工程地質條件、巖土類型和結構及坡面荷載特點，邊坡上階可能產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，視傾角-17.6°（橫向坡），3組節(jié)理裂隙均不構成順向外傾結構面，其視傾角依次為-44.2°（反向）、40.3°（橫向）、52.9°（斜向），斜向結構面視傾角緩于破裂角56.2°、對邊坡穩(wěn)定性更不利。

結合水平臺階內側裂紋發(fā)展情況，邊坡下階的失穩(wěn)破壞，可能主要與優(yōu)勢外傾結構面斜向節(jié)理裂隙J③的擴展、貫通密切相關，沿著J③的視傾角52.9°產生平面滑動。

3.1巖土物理力學指標

根據邊坡勘察文件和現(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、內摩擦角φ等巖土物理力學指標見表1，表中節(jié)理裂隙（J③）的巖橋效應根據《

工程巖體抗剪強度確定綜合方法———GMEM研究》確定。

表1邊坡巖土物理力學指標取值

3.2穩(wěn)定性評價

邊坡不支護時，上階穩(wěn)定性系數Ks±1=0.95＜1.30[1]，既不穩(wěn)定也不安全，下階穩(wěn)定性系數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Ks±2=1.48＞1.30，既穩(wěn)定又安全、經濟。下階在僅做坡面簡單封閉防護的情況下，其臨界穩(wěn)定一直維持到邊坡開挖至坡腳�；�槽超挖導致槽壁坍塌后，下階穩(wěn)定性系數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Ks±3=1.02＜1.30，穩(wěn)定系數降低約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。根據邊坡支護前后的穩(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Ks巖1=1.04＜K’s巖1

=1.11，故破壞面角度是結構面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)的根本原因是設計的錨索沒有實施導致安全儲備不足，電梯井超挖后槽壁坍塌只是誘因。槽壁坍塌后，巖質邊坡部分抗滑段滑落，

優(yōu)勢斜向外傾結構面不斷擴展、貫通，巖橋效應降低，下階因安全儲備不足而失穩(wěn)。下階失穩(wěn)后，上階土質邊坡部分抗滑段下沉，格構梁底部開裂，導致已張拉鎖定的最底排錨索預應力松弛甚至喪失，坡頂變形開裂，上層滯水下滲軟化坡體，穩(wěn)定性進一步降低，裂縫不斷發(fā)展，坡體進一步下沉，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一步發(fā)展，回填基槽，坡腳用砂袋反壓至1061m標高。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，對未喪失預應力的上部兩排錨索進行補張拉，修補排水溝，封閉地面裂縫

，同時加強變形監(jiān)測。對上階喪失預應力的最底排錨索，修補豎向梁破損部位并恢復其預應力后，上階圓弧滑動穩(wěn)定性系數K’s±3=1.305＞1.30，仍穩(wěn)定又安全。下階穩(wěn)定性系數由1.04

降低至0.88后，設計的預應力錨索垂直間距3.5m和預應力值700kN及其他技術參數不變，

水平間距4.0m需要減少，參照 ，并考慮巖橋效應降低及《規(guī)范》的其他要求等因素，水平間距調整為3.0m。上階最底排錨索張拉鎖定后立即按常規(guī)逆作法進行反壓體以上的下階4排錨索施工，反壓體內最底排錨索，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，再進行豎向梁和部分水平梁澆筑

，然后清除1058m標高以上反壓體完成所有水平梁施工，混凝土及砂漿強度允許后張拉鎖定最底排所有錨索，最后清除剩余反壓體，其間鋼筋網噴射混凝土結合工作面分步施工。應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，地面修補后未再開裂，坡頂

、水平臺階上附加荷載恢復后邊坡未再出現(xiàn)險情。坡頂房屋基本正常使用，地下室一直正常施工。

6結語

下伏傾向坡內的橫向、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)理裂隙的擴展、貫通導致邊坡整體失穩(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、補充或加強預應力等措施有效控制變形發(fā)展，并加強變形監(jiān)測。

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注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。