顺德中专学校天马岗东侧边坡稳定性分析与治理

1 边坡概况

顺德中专学校天马岗东侧边坡系该校开挖坡脚修建体育运动场而形成, 该高边坡表层有薄层残坡积土层, 主要为岩质逆向斜边坡, 边坡长176.5m, 坡脚高程9.2m, 坡顶高程33.46m～38.14m, 坡高24.26m～28.94m, 坡度42°～63°, 平均坡度54.25°, 坡面局部坡面呈凹面外, 其余坡面一般较平直。

2006年6月17日, 因遇强降雨, 顺德中专学校天马岗东侧边坡中段发生山体崩滑, 崩滑体纵向长30m, 前缘宽20m, 高程9.2m, 后缘宽10m, 高程34.65m, 崩滑体最大厚度3m, 平均厚度约2m, 体积约900m3。该崩塌导致该校运动场西南侧约20m长的挡土墙倒塌, 两侧分别有20m、27m的挡土墙严重变形, 直接威胁学校运动场和看台安全, 严重影响学校的正常运行。

2 边坡工程地质条件

2.1 气候水文

顺德区地处北回归线以南, 珠江三角洲平原中部, 属亚热带海洋性季风气候, 日照时间长, 雨量充沛。年平均气温21.9度, 极端最低气温为1.1度, 极端最高气温37.7度。日最高气温大于等于30度的日数有120天, 而大于等于35度的日数仅有5.5天。全年总雨量在1400mm～2200mm之间, 4～9月为雨季, 总降雨量占全年的八成。月降雨量最大值为6 6 2.0 m m, 日最大降雨量达2 7 9.8mm。

2.2 地层岩石

经野外调查和勘察资料, 天马岗东侧边坡岩土层主要有:下白垩系百足山组 (K1b) 粉砂质泥岩、泥岩和砂岩及第四系全新统残坡积层 (Qdl-el) 、人工堆积 (Qr) 、地滑积堆积 (Qdel) 。各地层由老到新分述如下:

(1) 下白垩系。

百足山组 (K1b) 主要为灰黄色、灰白色、紫色薄层状泥质粉砂岩, 其次为灰白色薄层-中厚层状砂岩、紫红色泥岩。

泥质粉砂岩:灰黄色、灰白色、紫色, 层状结构, 本层厚3m～15m, 主要分布于崩滑体后壁和边坡下部, 中～强风化状。

砂岩:灰白色, 中厚层状, 夹少量灰绿色团块, 本层厚2.5m～3m, 主要分布于崩滑体后壁上部, 中～强风化状。

泥岩:紫红色, 泥质结构, 层状构造, 本层厚5m左右, 主要分布于崩滑体后壁边坡的中下部, 中风化状。

(2) 第四系。

坡残积层 (Qdl-el) :紫红色、灰黄色, 粉砂质粘性土夹角砾, 角砾含量10%～20%, 粒径1cm～3cm, 最大20cm, 角砾多为强风化泥质粉砂岩和泥岩。该层主要分布于斜坡地带。

人工堆积层 (Qr) :主要为人工填筑物, 系挡土墙修筑后的回填土和块石, 厚度较小。

地滑积堆积 (Qdel) :灰黄色、紫红色, 为碎块石夹粉砂质粘性土。碎块石成分主要为砂岩、泥质粉砂岩, 少量泥岩, 碎块石均呈强风化状, 块径以3cm～50cm不等。土体结构疏松, 局部架空, 厚度1m～4m, 分布在高边坡坡脚。

2.3 地质构造

高边坡区位于顺德区大良红岗, 从区域地质构造看, 区域上断裂构造发育一般, 近场区的主要断裂构造活动性不明显。边坡所在山体除了基岩节理发育, 裂隙较多外, 未发现其它明显的断裂构造形迹。

天马岗总体为单斜构造, 岩层产状320°∠12°～22°, 岩层平缓, 岩层走向与坡面斜切, 缓倾坡内, 坡体中下部属斜切逆向岩质边坡。坡体岩体中主要发育三组裂隙:

第一组:走向135°, 倾向45°, 倾角72°～80°, 裂隙可见延伸长度1m～4m, 裂隙线密度为10条/m～15条/m。裂面平直粗糙, 张性, 多附泥膜和褐色锰质膜, 结合差, 裂隙走向与坡面近平行, 倾向坡内。

第二组:走向170°～220°, 倾向80°～130°, 倾角60°～72°, 裂隙发育长度2m～3m, 裂面平直粗糙, 线密度为5条/m～8条/m。浅部裂隙微张, 部分充填泥, 少量附褐色锰质膜, 结合差, 裂隙走向与坡面走向斜交, 倾向坡内。

第三组:走向260°～290°, 倾向350°～20°, 倾角50°～57°, 裂隙一般发育长度大于6m, 裂隙线密度为5条/m～10条/m。裂面平直且较光滑, 裂面附少量褐色锰质膜, 结合差, 裂面与坡面斜交, 倾向坡外, 是一组对边坡稳定最不利的一组结构面。

根据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2001) , 工程区内50年超越概率10%的地震动峰值加速度值为0.10g, 反应谱特征周期为0.35s, 相应地震烈度为Ⅶ度。

2.4 水文地质条件

天马岗东侧边坡地貌上为丘陵, 地表径流条件较好, 汇水面积小, 坡体内未见地下水出露。按地下水按赋存形式分为第四系孔隙水和基岩裂隙水。

第四系孔隙水赋存于第四系松散堆积层中, 由于堆积层厚度薄、分布范围有限, 水量不丰, 无统一潜水面。受大气降水补给, 向下入渗补给基岩裂隙水或顺坡向径流。

基岩裂隙水赋存于泥质粉砂岩、砂岩裂隙中, 主要接受大气降水补给, 此外, 还接受外围相邻裂隙含水层或上覆第四系孔隙水补给, 以地下径流的形式向低洼处、冲沟排泄运移。

对区内地下水及地表水进行水质检测分析, 试验结果表明, 区内地表水为弱酸性, 对砼无侵蚀性, 但对钢结构有弱腐蚀性。

2.5 植被及人类工程活动

天马岗位于顺德大良, 其西侧紧靠广珠公路, 东侧为顺德中专学校。原始山丘植被发育, 以乔木、灌木为主, 森林覆盖率达70%以上。随着经济的发展, 山体周围都有一定程度的开挖, 其中尤以东侧较严重。因顺德中专学校修建体育运动场, 在其东侧形成坡长176.5m, 坡高24.26m～28.94m, 坡度42°～63°的高陡边坡, 严重破坏了山体的平衡。

3 边坡稳定性分析

根据天马岗东侧高边坡地质结构, 参考相同类型高边坡的破坏形式, 预测坡体主要失稳破坏模式有三种: (1) 浅层强风化岩发生圆弧面滑动破坏; (2) 浅层强风化岩带动中风化岩上部岩体发生平面滑动破坏; (3) 高边坡裂隙较发育, 产生楔形体滑动破坏。根据上述三种情况, 选取典型计算剖面, 分别采用圆弧滑动、平面滑动和楔形体滑动三种形式进行边坡的稳定性计算, 详述如下。

(1) 圆弧滑动计算

坡顶无建筑物, 坡体地下水埋深大, 无地下水形成的自由水面, 设计荷载只考虑岩土体自重、地震力, 不考虑附加建筑荷载和地下水产生动水压力的影响。考虑雨季岩体含水量增大, 岩体的重度用饱和重度。地震水平地震系数:0.10, 地震作用综合系数:0.25, 地震作用重要性系数:1.00。计算结果详见表1和图1。

(2) 平面滑动计算。

因边坡仅顶层覆盖薄层残坡积土层, 坡面岩体裸露, 边坡岩体自上而下可划分为强、中等风化带, 但两带间无明显分界, 岩体风化具不均匀性, 因此, 边坡有可能在浅层强风化岩的带动下发生沿中风化上部岩体的平面滑动破坏。根据此种情况进行平面滑动稳定性计算, 计算结果见表2和图2。

(3) 楔形体稳定计算。

边坡岩体中内外倾结构面较发育, 且走向与边坡交角较小, 有的平行, 多组结构面构成不稳定的岩块体, 易产生崩塌。现对高边坡范围内多组结构面进行楔形体的产生和稳定性分析。根据现场调查, 选取各结构面典型产状如下。

岩层面产状:320°∠22°;坡面产状:40°∠58°。

裂隙面产状:20°∠50°;80°∠60°;130°∠72°。

天然状况下裂隙面物理力学参数如下。

结构面凝聚力C为50kPa, 内摩擦角20°。暴雨状况下裂隙面物理力学参数如下:结构面凝聚力C为40kPa, 内摩擦角18°。暴雨工况下边坡稳定性计算结果如表3和图3、4、5。

经稳定性计算得出:圆弧滑动时, 最小安全系数为1.47>1.30, 边坡处于稳定状态, 说明发生整体性的圆弧滑动可能性很小;平面滑动时, 最小安全系数为1.22<1.35, 边坡处于基本稳定状态, 但安全储备不足, 说明发生这类破坏的可能性较小;楔形体滑动时, 最小安全系数为1.17, 边坡处于较不稳定状态, 有发生沿节理裂隙面破坏的可能。

根据三种情况的计算结果, 结合边坡工程地质与水文地质条件、气候水文和人类活动等情况, 综合分析得出:天马岗东侧边坡以强、中风化岩为主, 目前边坡整体稳定性较好, 但因坡体岩土体节理裂隙发育, 坡面存在局部岩体风化剥落的可能, 易产生局部崩塌。因此, 边坡不会产生大规模的崩塌或滑坡, 但局部的崩塌仍有很大的可能性, 必须对其进行治理。

4 边坡支护

4.1 方案选择

本高边坡为岩土混合型边坡, 总体上基本稳定, 但边坡岩体裂隙发育, 且多张开, 充填风化泥, 同一组裂面之间易贯穿形成组合裂面, 部份楔形体稳定达不到设计安全标准, 局部存在失稳的可能, 因此必须对其进行治理。

治理工程中比较成熟的工程措施有:截排水、削坡、锚喷、植被护坡、挡墙等。根据当地经验结合本边坡特点, 边坡治理工程初步选用削坡+锚喷方案和削坡+格构锚杆+植被护坡方案。

(1) 方案一:削坡+锚喷支护方案。

(1) 设计削坡后坡比为1∶1.0。削除坡顶残坡积土及强风化破碎岩体, 防止坡顶风化岩崩塌掉块;同时, 削除由于结构面形成的较不稳定楔形体, 防治楔形体的变形破坏。

(2) 削坡后坡面采用锚喷支护进行坡面防护, 锚杆间距为300cm×300cm, 设计锚杆长度为5 m, 其中锚固段进入中风化岩层3m, 锚杆钢筋采用φ25。坡面采用喷射混凝土层护坡, 喷射混凝土标号C25, 厚15cm, 为单层钢筋网, 钢筋直径为φ6, 钢筋绑扎间距200mm×200mm, 在锚杆钢筋处设置加强钢筋网, 加强筋直径为φ10, 水平间距200cm, 沿坡面间距200cm布置。

(3) 坡脚设置挡土墙, 挡土墙采用衡重式, 墙后设置缓冲平台, 平台内种植乔木。

(4) 在整个高切坡后缘、坡脚设置地表截排水系统, 坡面设置300cm×300cm的排水孔, 排水孔长为3.0m, 孔径40mm, 倾5%。

(2) 方案二:削坡+格构锚杆+植被护坡方案。

(1) 设计削坡后坡比为1∶1.0。削除坡顶残坡积土及强风化破碎岩体, 防止坡顶风化岩崩塌掉块;同时, 削除由于结构面形成的较不稳定楔形体, 防治楔形体的变形破坏。

(2) 坡面采用格构锚杆护坡, 格构嵌入基岩150mm, 外露250mm, 格构内设置土工格室进行植被绿化。

(3) 坡脚设置挡土墙, 挡土墙采用衡重式, 墙后设置缓冲平台, 平台内种植乔木。

(4) 在整个高切坡后缘、坡脚设置地表截排水系统, 坡面设置300cm×300cm的排水孔, 排水孔长为3.0m, 孔径40mm, 倾5%。

4.2 方案比选

根据场地地质条件和边坡周边环境情况, 边坡支护方案初步选用方案1:削坡+锚喷和方案2:削坡+格构锚杆+植被护坡。经过经济、技术、环境等指标的比较 (表4) , 虽然方案1造价较低, 工期较短, 后期维护也较方便, 但是施工比较复杂, 绿化效果较差, 施工期间对周围有一定影响, 而本边坡紧靠顺德中专学校, 对环境和安全要求较高, 因此确定采用削坡+格构锚杆+植被护坡方案。

5 结语

天马岗东侧边坡崩塌的发生与坡体内部因素 (工程地质、水文地质、地质构造等) 和外部因素 (人工开挖、季节性暴雨等) 有关, 是内外因素综合作用的结果。崩塌发生后, 坡体整体较稳定, 但仍存在局部失稳的可能, 采用削坡+格构锚杆+植被护坡的治理方案后, 可确保坡体的稳定和校园对环境的要求, 达到了效益和环境的结合。该边坡治理工程的实践有助于珠江三角洲地区危险边坡的研究和治理。

摘要：珠江三角洲位于中国广东省东部沿海, 是西江、北江共同冲积成的大三角洲与东江冲积成的小三角洲的总称, 呈放射形汊道的三角洲复合体。该区地势平坦, 植被发育, 本应是边坡失稳灾害少发区, 但由于该区台风暴雨频繁, 经济发达, 人类工程活动强烈, 使得滑坡、崩塌等地质灾害时有发生, 给人民生命财产带来重大损失。本文以广东省佛山市顺德中专学校天马岗东侧边坡为例, 对其边坡特征、工程地质条件、边坡稳定性分析和治理措施等方面进行分析。

关键词：勘察,支户,方案