从工程实例分析谈顺层岩质边坡的勘察与参数选取

重庆是个山地城市,地形高差起伏,地层以一套陆域河湖相碎屑沉积岩,岩性以泥岩和砂岩的不等厚互层为主,构造条件简单,主城区范围内的构造断层少见,岩层均是单斜出现,工程建设挖高填低的整平场地工作,经常会出现切挖后形成的与岩层倾向一致的顺向岩质边坡。由于岩层面的软弱性,建设中出现的顺层边坡因为处置不当而常常发生顺层的滑动和失稳,加大了工程环境的整治难度和处置费用,特别是涉及深开挖的基坑工程、对纵坡和线型要求高的高速公路工作、深埋较大的线型污水管网等工程、大型建筑区域平场工程等等,开挖平场与环境之间常常留下永久性的不同类型的永久性岩质边坡。由于坡体切挖引起的自然斜坡岩体应力的改变和应力调整分配,对较软弱的岩石层面的临空,极容易引发边坡岩体沿层面的整体滑移和失稳,往往引起边坡的垮塌或支护失效而出现安全事故。近几年来,在重庆主城一些工程建设中就发生过多起顺层岩质边坡垮塌失稳的事例。1 工程实例1-1 重庆市寸滩港区某工程该工程位于主城区的长江北岸,沿江进港道路位于长江北岸的中下部。道路边坡的切挖深度并不大,但构成顺层边坡的总体坡高较大,从道路的切挖处至坡顶的高差一般在30m~50m左右,场地出露地层为侏罗系中统沙溪庙组,岩性以泥岩和砂岩不等厚互层组成,构造条件简单,岩层单斜倾角20°~45°,地形坡角与岩层倾角基本一致,是比较典型的单向岸坡地貌特征(见图1)。道路沿岸坡中下部切挖,形成的边坡倾向与岩层倾向基本一致,切挖高度在5m~8m。岩体中有2组构造裂隙和部分层间裂隙较发育,构造裂隙中部分裂隙内有粘性土充填,结合程度较差,其裂隙产状J1:330°~350°∠70°~80°,J2:30°~35°∠75°~85°。原勘察针对顺向边坡条件,对岩石层面也进行了现场的大型剪切试验,并分别选择了泥岩内部的层面、砂岩与泥岩的接触界面各一组,试验结果:泥岩内部层面C=120kPa,=27-02°;砂岩与泥岩界面C=150kPa,=28-19°。原勘察报告依据大剪试验值,以层面C=120kPa,=24-25°参数值对边坡的稳定性作了定量的分析和评价,建议道路边坡按1∶1-0分阶放坡的方案对边坡进行处置。设计单位根据地勘报告的建议,按下部坡率1∶0-75,中部坡率1∶1-0,上部坡率1∶1-25并每10m坡高加设2-0m宽的马道平台进行了设计,同时为防止坡面岩石裸露风化,坡面进行挂网喷砼封闭。在施工过程中,道路开挖边坡多次出现局部的顺层滑动和失稳,道路建成后不久,边坡发生了大规模的顺层滑动,造成重庆市主城排污干管箱涵7节破坏,5节严重位移的严重事故。事后通过紧急抢险和排危加固,恢复了主城污水干管系统。分析边坡失稳破坏的原因,综合有以下几方面:(1)场地岩石层面的贯通性和平直性较好,在构造活动中部分层面发生了相对的错动,发育有层面之间的部分裂隙,在长期的雨水渗透和风化作用下,层间裂隙的风化作用强烈,层间抗剪强度降低,不同性质的层面之间抗剪强度存在较大差异。(2)原勘察钻探采用的孔径较小(岩芯管直径89mm),钻探对层面结合状况的把握不准,岩芯描述缺乏相应的层面地质信息的收集,未发现场地岩层部分层间发育裂隙的实际条件。(3)勘察现场直剪试验选点偏少,且试验点的选择不具有代表性,未结合场地的实际情况,在具有控制因素发育层间裂隙的层面上未进行现场选点测试,层面的抗剪强度试验成果偏离了实际的具有裂隙的层面特征值,原勘察亦未充分调查和研究场地内和周边的不良地质现象,考虑自然条件的复杂性和工程条件类比等因素,对试验成果的代表性进行充分的论证和分析选用,简单地对试验成果按常规方法进行了选用。特别是对勘察中场地坡下已经存在的滑塌堆积物未作详细的分析和成因研究,致使勘察报告对场地岩石层面的抗剪强度参数的建议值偏大,留下了安全隐患。(4)施工过程中出现的局部顺层垮塌现象,也未引起施工、勘察和设计等相关人员的重视,施工中出现的不良地质现象和问题未得到及时反馈,原勘察设计参数也未做进一步的校核查证,及时变更设计等,未真正做到动态信息法施工。1-2 重庆渝中区某片区改造该工程的B-2住宅位于斜坡地段,场平中西侧切挖岩体,形成岩层顺向的岩石边坡。岩层产状107°∠16°~18°,岩性以侏罗系中统泥岩为主夹薄层砂岩。构造裂隙和部分层间裂隙均较发育,部分层间裂隙面有轻微的泥化现象,岩体中裂隙间距1-0m~2-0m不等,连通性较好,部分裂隙里少量粘性土充填,裂隙产状J1:320°~340°∠70°左右,J2:140°~150°∠55°~60°,J3:60°~70°∠80°~85°(见图2)。该工程段设计的环境边坡长约40m左右,边坡倾向90°左右,边坡向与岩层倾向构成约17°的顺向斜交关系,边坡初始设计高度5m~7m。原勘察对该岩质边坡作了定性的赤平投影分析,但未对场地岩石层面的结合状况作明确的勘探测试,层面特征的描述和评价欠缺,层面的抗剪指标C、Φ参数按结合一般的结构面查规范表,结合经验选取。定性评价边坡为基本稳定,建议重力式挡墙支护。提交勘察资料后,设计方案作了调整,边坡高度由原设计的5m~7m变更为坡高6m~10m,新增坡高约3m左右,仍然按原勘察建议方案进行了设计。施工中在完成边坡开挖的一次大雨后,边坡岩体出现了顺层面的滑移变形,边坡上部岩体开裂,前缘剪出切挖边坡脚边线,严重影响边坡上、下的邻近建筑物安全,特别是坡下的在建B-2住宅建筑直接受到威胁。险情出现后,设计和建设方不得不变更原设计,对变形岩体进行锚固,增设抗滑桩。经原勘察单位的进一步勘察,发现引起边坡岩体变形和地表开裂的原因是边坡岩体层面裂隙发育所致,边坡岩体沿泥化的裂隙层面产生了顺层的剪切滑动。综合分析事故的前因后果有如下的经验总结:(1)原地勘资料未切实查明场地的工程地质条件,特别是岩石层面的结合状况和抗剪强度特征,原地勘报告对顺层岩质边坡的稳定性分析和评价不充分,对岩体层面抗剪指标C、Φ参数特征认识不足,按一般性结构层面定性评价和引用,层面的抗剪强度参数经验取值偏大,与实际情况不符。(2)施工中的全断面开挖方式,形成大面积的边坡临空条件,削弱了顺层岩质边坡岩体的侧向约束效力,未分段跳槽开挖、分段支护的施工方式,构成了外在的主要诱发因素。(3)设计方案发生变更后,未通知地勘单位,弥补原勘察资料的不足,重新论证边坡的稳定性和安全性。以上工程实例只是近年来重庆主城内众多工程中的个例,但从中能感受到顺层岩质边坡的勘察难度和不确定性。通过对其事故事例的分析,不难得出前期勘察工作在顺层边坡工程中的重要性。前期的勘察是实施边坡工程的关键重要环节,能否准确掌握场地的岩土工程地质条件,提出切合实际的设计参数建议,是边坡工程成功与否的前提和保证。2 顺层岩质边坡勘察顺层岩质边坡的勘察与普通边坡勘察的重点和主要的关注对象不完全一致,除了对场地的常规工程地质条件(地形地貌、构造、地层岩性、水文地质等)的勘察外,还应做好对岩体的结构类型、层面、结构面产状及结合状态的勘察和认识。勘探中钻探岩芯需要尽可能地保持层面和结构面的原生状态,以便于勘察技术人员的如实观察和描述,如实地收集和准确地掌握场地岩石层面和结构面的特征,因此尤应重点做好以下工作。(1)勘察前应收集获取的基础资料①附有坐标和地形的拟建(构)筑物的总平面布置图。②拟建场地的整平标高、边坡的高度、设计开挖断面形式等。③场地及周边现有边坡的支护型式与岩土设计参数值。(2)地面工程地质测绘的要点勘察中除收集场地常规的地质信息外,需加强对场地及周边环境的地面工程地质测绘和调查工作,必要时辅以剥土等小型槽探手段,准确查明场地岩体结构面及层面的结合特征和类型,顺层边坡工程的勘察还需要做以下工作:①收集和察看场地及附近已有的不良地质现象,重点观察其物质成分,量测其规模,分析成因及性质,掌握发生不良地质现象的缘由。②进行详细的地面工程地质测绘,重点调查岩石层面和结构面,对场地岩体结构面和岩石层面的地表出露条件、产状、充填的物质组分、结合状况、延伸性等,做具体的勘察和描述,充分认识和掌握其受控因素和条件,结构面及层面的特征现状和发展变化的规律等等。