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      巖土基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理探討

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      巖土基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理探討

      巖土基坑邊坡失穩(wěn)及加固處理探討

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

      關(guān)鍵詞:巖土基坑;混合邊坡;地質(zhì)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(biāo)高1056.50m。失穩(wěn)段邊坡位于基坑南側(cè)西端,坡面走向N82°E左右、傾NW,基坑外側(cè)21.0m左右有一棟6層的條基磚混結(jié)構(gòu)舊居民樓。建設(shè)單位要求的坡形如圖1所示,坡腳8m左右寬度內(nèi)有設(shè)計開挖深度1m左右的電梯井基槽。根據(jù)基礎(chǔ)資料審定批復(fù)的基坑支護(hù)施工圖設(shè)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(nèi)摩擦角強風(fēng)化40°、中風(fēng)化55.0°,采用格構(gòu)式錨桿(索)擋墻支護(hù)(見圖1),上階為土質(zhì)邊坡,錨索水平、垂直間距均為2.5m(3排),下階基本為巖質(zhì)邊坡,錨索水平間距4.0m、垂直間距3.5m(5排)。預(yù)應(yīng)力錨索傾角25°、預(yù)應(yīng)力鎖定值700kN。失穩(wěn)段邊坡上階嚴(yán)格按設(shè)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(biāo)高,當(dāng)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(cè)的局部槽壁出現(xiàn)較小規(guī)模坍塌。超挖部分?jǐn)M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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)橫剖面

      2邊坡體工程地質(zhì)條件概況

      失穩(wěn)段邊坡體的工程地質(zhì)概況,以邊坡勘察文件為基礎(chǔ)結(jié)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(biāo)高1081.00m左右,坡頂6層居民樓條基埋深1m左右,地面排水設(shè)施損毀嚴(yán)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(biāo)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(jié)構(gòu)。

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

      2.3地質(zhì)構(gòu)造

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

      2.4水文地質(zhì)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(wǎng)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(jù)失穩(wěn)段邊坡工程地質(zhì)條件、巖土類型和結(jié)構(gòu)及坡面荷載特點,邊坡上階可能產(chǎn)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(nèi),視傾角-17.6°(橫向坡),3組節(jié)理裂隙均不構(gòu)成順向外傾結(jié)構(gòu)面,其視傾角依次為-44.2°(反向)、40.3°(橫向)、52.9°(斜向),斜向結(jié)構(gòu)面視傾角緩于破裂角56.2°、對邊坡穩(wěn)定性更不利。

      結(jié)合水平臺階內(nèi)側(cè)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(jié)構(gòu)面斜向節(jié)理裂隙J③的擴展、貫通密切相關(guān),沿著J③的視傾角52.9°產(chǎn)生平面滑動。

      3.1巖土物理力學(xué)指標(biāo)

      根據(jù)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(nèi)摩擦角φ等巖土物理力學(xué)指標(biāo)見表1,表中節(jié)理裂隙(J③)的巖橋效應(yīng)根據(jù)《

      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(xué)指標(biāo)取值

      3.2穩(wěn)定性評價

      邊坡不支護(hù)時,上階穩(wěn)定性系數(shù)Ks±1=0.95<1.30[1],既不穩(wěn)定也不安全,下階穩(wěn)定性系數(shù)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(shù)Ks±2=1.48>1.30,既穩(wěn)定又安全、經(jīng)濟。下階在僅做坡面簡單封閉防護(hù)的情況下,其臨界穩(wěn)定一直維持到邊坡開挖至坡腳;鄢趯(dǎo)致槽壁坍塌后,下階穩(wěn)定性系數(shù)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(shù)Ks±3=1.02<1.30,穩(wěn)定系數(shù)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(jù)邊坡支護(hù)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(shù)Ks巖1=1.04<K’s巖1

      =1.11,故破壞面角度是結(jié)構(gòu)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(shè)計的錨索沒有實施導(dǎo)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(zhì)邊坡部分抗滑段滑落,

      優(yōu)勢斜向外傾結(jié)構(gòu)面不斷擴展、貫通,巖橋效應(yīng)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(zhì)邊坡部分抗滑段下沉,格構(gòu)梁底部開裂,導(dǎo)致已張拉鎖定的最底排錨索預(yù)應(yīng)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(jìn)一步降低,裂縫不斷發(fā)展,坡體進(jìn)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(jìn)一步發(fā)展,回填基槽,坡腳用砂袋反壓至1061m標(biāo)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(yù)應(yīng)力的上部兩排錨索進(jìn)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(yù)應(yīng)力的最底排錨索,修補豎向梁破損部位并恢復(fù)其預(yù)應(yīng)力后,上階圓弧滑動穩(wěn)定性系數(shù)K’s±3=1.305>1.30,仍穩(wěn)定又安全。下階穩(wěn)定性系數(shù)由1.04

      降低至0.88后,設(shè)計的預(yù)應(yīng)力錨索垂直間距3.5m和預(yù)應(yīng)力值700kN及其他技術(shù)參數(shù)不變,

      水平間距4.0m需要減少,參照 ,并考慮巖橋效應(yīng)降低及《規(guī)范》的其他要求等因素,水平間距調(diào)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(jìn)行反壓體以上的下階4排錨索施工,反壓體內(nèi)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(jìn)行豎向梁和部分水平梁澆筑

      ,然后清除1058m標(biāo)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(wǎng)噴射混凝土結(jié)合工作面分步施工。應(yīng)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(fù)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(jié)語

      下伏傾向坡內(nèi)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(dǎo)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(yù)應(yīng)力等措施有效控制變形發(fā)展,并加強變形監(jiān)測。

      參考文獻(xiàn):

      [1]GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

      [2]DL/T 5337—2006水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2006.

      [3]武雄,賈志欣,陳祖煜,等.工程巖體抗剪強度確定綜合方法— GMEM研


      究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005(2)

      注:文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。

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