福建福州马江举重基地开挖边坡稳定性分析

刘激烈，黄智文

（1.中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610081；2.福建省华厦能源设计研究院有限公司，福建 福州 350004）

1 工程概况

中国福建马江举重基地位于福州市马尾区天马山，二期边坡在一期北侧。 根据建筑总平面布置图，由于场地整平开挖，将在拟建场地西侧形成一条开挖边坡，边坡长度约125 m，边坡高度为4～13 m； 由于场地东侧征地红线外的规划道路路基已开挖， 将在拟建场地东侧形成一条道路开挖边坡，边坡长度约156 m，边坡高度为5～19 m（场地整平标高比规划道路路面约高5～19 m）； 由于基地二期内部的道路路基已开挖，将在拟建场地南侧形成一条道路开挖边坡，边坡长度约135 m，边坡高度为3～11 m（场地整平标高比道路路面约高3～11 m）。

目前，场地尚未开挖整平，只是在场地东侧有一条长约156 m、由于道路开挖形成的路堑边坡，坡高约3～12 m，坡角约40°～80°，边坡尚未进行支护处理。在雨水的浸泡作用下，该边坡已引发小型崩塌，将危及拟建建构筑物及行人的安全。东侧边坡现状如图1所示。

2 场地岩土性质及其均匀性

图1 拟建场地东侧边坡的小型崩塌Fig.1 Small slope collapse of the east side of proposed site

根据钻探资料， 在勘探孔控制深度范围内，场地内表部土层为坡、残积土层，中下部土层为基岩风化带。 按其成因、力学强度及风化程度的不同，场地内土层可分为6 层：（1）坡积黏性土层（Q4dl）。灰黄色，可塑～硬塑，层厚0.40～5.0 m。（2）残积黏性土层（Qel）。 灰黄、褐黄色等，为细粒花岗岩的风化产物，主要成分为石英、长石，但长石已完全风化为土状，含少许石英沙砾，层面埋深0.00～2.40 m。（3）全风化花岗岩层。 灰黄色，细粒结构，散体状构造，母岩结构基本破坏，主要成分为石英和长石，次要成分为云母，矿物成分变化显著。 长石已基本风化成次生矿物，石英未见风化，遇水较易软化，岩体极破碎，为极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。 （4）沙土状强风化花岗岩层。 灰黄、褐黄色，细粒结构，散体状构造，主要成分为石英和长石，次要成分为云母石，矿物成分变化显著。 岩体风化裂隙很发育，岩体基本质量等级为Ⅴ级，层厚为0.50～11.70 m。 （5）碎块状强风化花岗岩层。 灰黄色，细粒结构，碎块状构造，母岩结构大部分破坏，岩体基本质量等级为Ⅴ级，厚度0.50～4.70 m。 （6）中微风化花岗岩层。 浅灰、青灰色，细粒结构，块状构造，结构基本未变，岩体基本质量等级为Ⅱ级，厚度4.00～26.20 m。 综上所述，场地内各岩土层层面变化较大，分布不均匀。

3 边坡工程地质条件评价

3.1 边坡稳定性的影响因素

影响本工程边坡稳定的主要因素有： 边坡高度，边坡倾角、坡顶倾角，岩土物理力学性质和软弱结构面的抗剪强度，风化程度，地下水，气候、降雨、汇水面积、雨水对坡面的冲刷，坡顶荷载和地震烈度等。

3.2 边坡稳定分析参数

根据室内试验资料并与相似工程类比， 边坡计算参数如表1 所示。

表1 边坡稳定分析参数表Table 1 Stability analysis parameter of edge excavation slope

3.3 边坡形态与滑动破坏形式

本场地位于山坡的缓坡地带，斜坡上缓下陡，坡度15°～55°。 山坡上分布有坡、残积黏性土层和全、强风化岩层。 目前，场地东侧已形成开挖边坡，由于场地整平和基地道路开挖， 在场地西侧和南侧也将形成开挖边坡。 受场地条件限制， 人工切坡坡度约60°～80°。其中：西侧边坡长度约125 m，边坡高度4～13 m；东侧边坡长度约156m，边坡高度5～19 m；南侧边坡长度约135m，边坡高度3～11 m。

岩土质和土质边坡为圆弧滑动破坏。 本次边坡稳定性分析采用圆弧滑动条分法计算边坡稳定性系数。 在整个山体岩石中，未发现大的构造，对边坡稳定影响不大。 边坡表面出露的全风化和强风化层中节理裂隙不明显，但根据周边资料，基岩一般有高倾角裂隙（倾角一般大于边坡天然坡度），局部地段有中等风化花岗岩出露，岩石产状SN21°∠24°，基岩一般较为稳定。

3.4 边坡稳定计算与分析

3.4.1 计算方法

本次边坡稳定性计算分析采用《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002）推荐的圆弧滑动法，运用理正软件进行计算。采用瑞典圆弧法验算边坡稳定性，对场地边坡潜在滑动圆弧位置，通过计算搜索寻找［1］。

3.4.2 计算条件

A 条件：土体按天然状态考虑，属于天然状态下的稳定性分析。

B 条件：假定边坡土体被大气降水入渗，饱和，土体采用饱和指标及饱和抗剪强度。 这是边坡最不利条件下的计算结果。

3.4.3 计算结果

主要边坡剖面稳定性计算结果如表2 所示。 稳定性验算结果如图2 和图3 所示。

表2 主要边坡剖面稳定性验算Table 2 Stability calculation of the main slope profile

从以上计算结果分析：岩石边坡在A 和B 条件下均处于稳定状态， 岩土质边坡在天然状态 （即A条件）下，边坡整体稳定性系数Ks＝1.00～1.87，高度10 m 以下的边坡及主要由风化岩组成的边坡基本处于稳定状态，高度10 m 以上的边坡处于不稳定状态。 在饱和状态（即B 条件）下，边坡整体稳定性系数Ks＝0.93～1.52，人工边坡稳定性系数进一步降低，基本处于不稳定状态。 同时，根据计算结果，各个剖面最危险的滑裂面均为人工切坡形成的陡坎处。

根据 《建筑边坡工程技术规范》（GB50330－2002），进行边坡稳定性评价时，采用圆弧滑动法计算，对于二级边坡，其稳定性系数不应小于1.25，否则应对边坡进行处理。本工程边坡为挖方边坡，现有边坡需进一步开挖， 边坡稳定性系数达不到规范要求，因此应进行支护或加固处理。

4 边坡支护方案评价

4.1 设置截水沟与排水沟

在边坡外围设置截水沟， 截留降雨形成的山体地表水， 并通过排水沟将汇集的水引到厂区排水系统。在边坡坡脚及坡面平台，应设置排水系统。 在坡体内应设置排水管， 以便把坡体内的积水（雨水入渗）及时排走；边坡坡顶、坡面、坡脚和平台（将台阶面做成2%～5%的散水坡）应设置排水沟，把水引至规划路排水系统。 截水沟与排水沟断面面积应根据汇水面积、降雨量大小设计。

4.2 关于边坡最优坡形与坡角的建议

天然边坡和岩石边坡稳定性较好， 边坡稳定性能达到规范要求； 人工开挖边坡和岩土质边坡稳定性较差，边坡稳定性达不到规范要求。对于岩石边坡而言，节理裂隙对边坡稳定性起控制作用，建议岩质边坡坡角不宜大于60°； 岩土质边坡坡角不宜大于40°～45°，且对岩土质边坡应进行支护；对于高度超过10 m 的边坡，建议设计成台阶状［2］。

4.3 关于边坡支护方案与设计的建议

本工程为挖方边坡、岩土质边坡和土质边坡，当边坡高度小等于8 m、 岩石边坡高度小于等于10 m时，可采用重力式挡墙进行支护。当岩土质边坡高度大于8 m、岩质边坡高度大于10 m 时，建议底部采用石砌挡墙，中上部采用喷锚支护或框架锚杆（或锚索）支护的边坡支护形式，锚杆杆体可采用钢绞线或钢筋［3～5］。

5 结论和建议

山坡削坡后形成的高陡边坡， 对场地稳定性有影响，必须对该边坡进行支护。本场地边坡为岩土质组合边坡，人工边坡（挖方边坡）处于不稳定～基本稳定状态，由于场地狭窄、削坡坡度较大，安全系数达不到规范要求，应进行支护处理。建议对于岩土质边坡和土质边坡，当边坡高度小等于8 m、岩石边坡高度小等10 m 时， 采用重力式挡墙进行边坡支护；当岩土质边坡大于8 m、 岩质边坡大于10 m 时，建议在底部采用砌石挡墙支户， 在中上部采用喷锚支护或框架锚杆（或锚索）支护。 在边坡与支护结构设计时，应设置截水沟、排水沟，边坡排水宜与一期排水系统统一考虑。 边坡的开挖和支护应避开雨季。

［1］ 建筑边坡工程技术规范，GB50330－2002［S］.

［2］ 董华钢. 花岗岩残积土作重力式码头基础持力层的分析［J］. 水运工程，2006（05）：41－43.

［3］ 许云根. 闽江上游建筑填方边坡稳定性计算与治理方案建议［J］. 科技信息，2009（15）：242－243.

［4］ 吴雯，苏伟，吴展. 预应力锚索加固边坡的设计方法探讨［J］. 科技信息，2009（3）：702－703.

［5］ 周训华. 某电厂公路边坡土钉墙支护的设计计算［J］. 贵州大学学报，2007（5）：530－533.