既有软质岩边坡工程检测鉴定技术研究

2015-12-21帅海乐

水利与建筑工程学报 2015年5期

龙举，帅海乐

(1.贵州中建建筑科研设计院有限公司，贵州贵阳550006;2.贵州省建筑科学研究检测中心，贵州贵阳550006)

贵州地处山区，因建筑场地所需，各类型的边坡工程随处可见，边坡工程事故时有发生。本文依托贵州省烟草公司某烤烟中转仓库边坡工程，并结合实际工作中遇到各类边坡工程由于种种原因出现险情的工程实例，探索既有软质岩边坡工程的检测鉴定技术，解决其检测鉴定的技术难题。

1 工程概况

1.1 概况

贵州省烟草公司某烤烟中转仓库工程，场地位于斜坡地带，经过大开挖整平后作为建筑场地使用，在场地内东侧、南侧、西侧平场后，形成永久性高边坡。

根据竣工资料和现场实测数据，各段边坡分布情况见图1。

图1 贵州省烟草公司某烤烟中转仓库工程边坡分段示意图

东侧A段和B段边坡长约120 m，高6.45 m～27.48 m;南侧C段和D段边坡长约240 m，高10.62 m ～27.93 m;西侧 E段边坡长约88 m，高0.00 m ～19.11 m。其中A段边坡采用悬臂抗滑桩支护;B、C、D和E段边坡原设计采用岩石喷锚支护。该边坡工程在修建过程中，在B段至C段处发生了3次浅层垮塌事故后，设计单位对原岩石喷锚支护体系部分进行了设计变更，变更后为格构式非预应力锚杆挡墙。

边坡设计变更后施工过程中，整个边坡的变形稳定，根据竣工验收资料中边坡变形监测资料显示，边坡从2008年7月10日至2009年3月24日期间(约220 d)水平位移最大变形量为16 mm，下沉15 mm。坡体在支护结构作用下处于稳定状态，且该边坡通过了竣工验收。

2009年7月经过半个雨季后(该地区雨季为每年5月至9月)，部分区段边坡的坡顶及坡底排水沟发生下沉和侧翻，边坡变形逐渐明显。2009年8月15日至9月10日期间，南侧边坡支护体系仓库段出现严重变形、开裂，其中C－1段变形最为严重。

1.2 检测难点

(1)边坡已出现坡体明显变形、坡顶开裂、支护体系下坠、支挡结构开裂等严重问题，且工程地质条件复杂，众多岩土工程问题并存，现场检测鉴定工作危险性高，难度大。

(2)针对场地复杂的地质条件，需要选择适宜有效的手段对该场地岩土的物理力学性质进行全面了解，对边坡的稳定性进行准确的分析。

(3)开裂和变形最严重的区段采用的支护形式是格构式非预应力锚杆挡墙。该种支护形式隐蔽工程多，且已通过竣工验收，对其施工质量进行准确鉴定难度非常大。

1.3 检测概况

通过调查该场地的原始地形和前期施工情况，并搜集勘察、设计等相关资料，采用多种勘察手段相结合的方法查明了该边坡工程所在场地的岩土工程条件，进行了大量的原位测试和室内试验获得了该边坡岩土体的物理力学参数。同时，采用现场测量、现场试验和室内试验等多种检测手段对该边坡工程的外观质量、喷射混凝土面板厚度和配筋、格构梁配筋和混凝土强度及保护层厚度、锚杆抗拔承载力和灌浆体完整性(灌浆饱满度)的施工质量进行综合检测。根据现场实测岩土参数，对原设计文件进行复核验算，就现有支护体系稳定性、边坡状态对建筑物的影响等因素进行分析，对该边坡工程的施工质量和现状作出了准确合理的鉴定结论，并提出合理的处理建议。

2 既有软质岩边坡工程检测鉴定技术

2.1 边坡工程常用的加固方法及支护体系破坏原因

边坡按不同的分类指标可分为很多种，不同类型的边坡，由于其岩土体的结构和性状不同，其稳定性也会不同，尤其是含有软弱层和不利结构面的坡体，常常出现边坡失稳滑塌[1－3]。评价一个边坡的稳定性，应根据其地形地貌、形态特征、地层条件、地下水活动和出露位置、工程荷载条件、振动、气候条件和地表植被发育等各种因素综合确定[4－7]。当边坡的稳定性计算不能满足要求时，就需要采取工程措施来进行边坡加固[1]。边坡加固的本质在于改变滑动体滑面上的平衡条件，提高抗滑能力[1]。边坡常用的加固的方法有挡墙、抗滑桩、锚杆(索)、锚喷护面、削坡卸载、排水降压、地面防渗等[8]。

导致边坡工程既有支护体系破坏的原因很多，包括工程地质因素的内部原因、人类活动和自然灾害的外部原因、支护结构设计问题或施工问题等，或者是这些因素共同引起。破坏的发展过程也各不相同，有在施工中就产生破坏的，也有经过较长时间积累发展在使用多年后才暴露出严重影响的，还有在外界影响下突发产生的。比如地震或人工爆破的影响，特大暴雨或异常洪水的影响，或者支护体系的设计或施工质量存在问题，当出现恶劣工况时，在一些触发因素的作用下，就会导致支护体系破坏，从而导致坡体失稳[9－12]。

一般情况下，人工开挖的反倾层状岩质边坡的稳定性好。然而在工程实践中，人们常常忽略了某些岩体所具有的一些特殊性，从而导致在建或已建边坡出现工程问题。

2.2 既有边坡工程检测鉴定的目的和必要性

贵州地处山区，地质情况复杂多变，因勘察、设计、施工和管理不当等原因造成一些边坡工程存在质量低劣、安全度低、耐久性差、抗震性能低及年久失修的问题。对存在安全隐患或影响正常使用的边坡工程急需进行检测鉴定、加固治理。然而既有边坡工程鉴定与加固涉及边坡工程施工质量、工程与水文地质、岩土力学、支护结构、锚固技术、施工及监测等多个方面，且边坡工程岩土特性复杂多变，破坏模式、岩土体计算参数、设计理论和计算方法均存在诸多不确定性[13]。因此，对边坡工程的检测鉴定技术的研究有着非常重要的意义。

2.3 既有边坡工程检测鉴定的原则

边坡工程检测鉴定应遵循下列原则[14]:

(1)边坡工程鉴定应明确鉴定的对象、范围和要求。

(2)既有边坡工程加固前应进行边坡工程鉴定。

(3)在下列条件下，应进行边坡工程安全性鉴定:遭受灾害、事故或其他应急鉴定时;存在较严重的质量缺陷或出现影响边坡工程安全性、适用性或耐久性的材料劣化、构件损伤或其他不利状态时;对邻近建筑物安全有影响时;进行改造、扩建及使用环境改变时;需要进行整体维护、维修时;达到设计使用年限拟继续使用时;需进行司法鉴定时;使用性鉴定中发现安全性问题时。

(4)在下列情况下，可进行边坡工程正常使用性鉴定:使用维护中需要进行常规性的检查;边坡工程有特殊使用要求的鉴定。

(5)当边坡工程存在耐久性问题时，应进行边坡工程耐久性鉴定。

2.4 既有边坡工程检测鉴定的程序

边坡工程检测鉴定可按图2进行[14]。

图2 既有边坡工程检测鉴定程序图

3 检测结果

3.1 工程地质条件补勘

鉴于事故边坡变形较严重，钻探和高密度电法勘探工作量主要布置在坡体的上缘及坡脚位置，同时对边坡所处场地进行工程地质测绘与调查。

边坡岩体的主要结构面的具体情况见表1。

表1 边坡岩体结构面的工程地质特征一览表

通过对该事故边坡的工程地质条件进行补勘可知:

(1)场地位于斜坡地带，经人工改造后，现支撑体系边坡较陡，大多地段坡度大于60°。

(2)场地受构造影响强烈，边坡岩体产状变化较大且陡倾角节理裂隙极发育，局部扭曲严重，岩体极破碎，岩体完整性差。

(3)场地工程地质条件复杂，坡体主要由薄层夹中厚层炭质泥岩组成，该岩体为极软岩，岩体力学性能差(c、φ值低)，岩体易风化、遇水易软化及膨胀、卸荷易松驰、长期蠕变等不良性质。场区以北及以东约200 m～300 m范围内存在明显的蠕动挤压变形现象;场地附近尚有多处同类岩体的边坡出现严重变形甚至垮坍。

(4)场地水文地质条件复杂，附近有多个水井，且具承压性，受构造及岩体裂隙影响，场地内地下水位及水量极不稳定。

3.2 岩土体物理力学指标测试

现场对炭质泥岩分别在天然状态和人工浸水状态下各进行三组现场大型直剪试验(见图3)，试验采用“平推法”;对炭质泥岩(夹钙质泥岩团块)在天然状态下进行3个点静载荷试验(见图4)，试验采用分级维持荷载沉降相对稳定法加荷。同时，在现场共取原状红黏土土样6组和岩样30组(其中石灰岩10组、炭质泥岩10组、钙质泥岩10组)，进行室内试验。

经现场和室内试验，采用工程类比法，综合确定场地岩土层相关指标见表2。

3.3 水质分析

本次补充勘察共取两件水样于室内进行水质分析，根据水质分析报告，场地地下水对混凝土结构物不构成碳酸盐侵蚀性。

3.4 既有边坡支护结构施工质量检测

(1)外观质量检测:

格构梁平面布置、纵横间距、截面尺寸符合设计文件要求;个别锚杆位置不在节点中心(见图5)。边坡格构立柱存在不在同一轴线上的问题，坡面凹凸不平，节点处出现岩腔(见图6)。施工中的坡面凹凸不平，不利于局部坡体的稳定性、不利于竖向荷载的传递，也导致节点部位应力集中，不利于构件的受力。

图3 现场大型直剪试验

图4 静载试验

表2 边坡岩土物理力学指标表

图5 锚杆不在节点内

(2)混凝土分项工程检测:

采用钻芯法抽检混凝土喷射厚度，检测结果基本满足设计要求。对格构梁混凝土强度进行抽检，满足设计要求的合格率为72.3%。格构梁混凝土保护层厚度满足设计的最小厚度要求。

图6 坡面凹凸、节点破坏

(3)钢筋分项工程检测

喷射混凝土面板为单层双向配筋，拉结筋为“X”型布置，钢筋规格和直径均符合设计文件要求。格构梁采用的主筋和箍筋的规格和直径均符合设计要求，但节点部位箍筋间距大于200 mm，不符合设计文件要求。

(4)锚杆质量检测

现场通过锚杆无损检测仪对31根锚杆进行灌浆体完整性(灌浆饱满度)进行抽检。合格率为87.1% 。

在进行锚杆拉拔试验时，由于后张法张拉端锚具的锚板多采用圆柱状，该项目的边坡本身开裂严重，且锚杆与坡面都有一定倾角，从工期和现场实际情况考虑，不具备重新设置钢筋混凝土锚垫墩来保证锚杆与承压面垂直的条件。为了检测操作方便，试验效果可靠，研制了一种张拉端夹片式锚具[15]，有效的解决了以上问题。试验结果表明，5根试验锚杆在12 t荷载作用下，位移量很小，抽样的锚杆抗拔承载力满足设计要求。从边坡的破坏表征来看，锚杆的承载力也尚未达到极限。

(5)排水体系与设施检查

边坡的深层排水孔数量和平面布置上，不符合设计要求。浅表排水孔施工不符合设计要求。坡顶截水沟设置与自然地坪过渡处理不当，局部地段坡顶截水沟不能发挥作用(见图7)。局部坡面渗水严重，已经明显出现钙化痕迹。

图7 排水体系失效

(6)格构挡墙基础检测

通过在边坡底部布置探坑对格构挡墙基础进行开挖揭露，发现竖向格构无可靠基础，且存在大量地下水(见图8)，加之排水体系与设施不能发挥作用，导致锚杆格构挡墙基础的持力层软化严重。

图8 竖向格构无可靠基础，且地下水丰富

3.5 支护设计复核与验算

根据现场实测典型剖面，采用补勘所得岩土物理力学参数指标，对原设计文件进行复核验算。其中B段边坡现有支护体系稳定性安全系数Ks＞2.00，C－1段边坡现有支护体系稳定性安全系数为Ks=1.02，C－2段边坡现有支护体系稳定性安全系数Ks=1.37;D段边坡现有支护体系稳定性安全系数Ks=1.73;E段边坡现有支护体系稳定性安全系数Ks=1.61。

3.6 检测鉴定结果

(1)场地受构造影响强烈，边坡工程地质条件复杂，坡体岩质软，岩体力学性能差(c、φ值低)，水文地质条件复杂，岩体具易风化、遇水软化及膨胀等不良性质;设计采用的岩土力学参数不符合实际情况，致使结构抗力及安全储备不足;锚杆格构立柱根部未设置基础，立柱埋深过浅，且临近排水沟，加之坡脚岩体破碎程度较高，遇水易软化;对于坡面处理不当、边坡内部排水体系不畅;大部分格构混凝土强度达不到设计要求、箍筋间距偏大、施工缝留设位置不规范。

(2)C－1段边坡经验算，现有支护体系稳定性安全系数偏低，且产生了严重的变形及开裂现象，原支护体系安全性不能满足规范及正常使用要求，经综合分析边坡目前处于滑坡发育初期之蠕动挤压变形阶段，在技术上具备加固条件。

(3)B段、C－2段、D段和E段边坡，现有支护体系稳定性安全系数满足规范要求，但经检测支护体系未发现明显的变形及开裂情况，但存在格构挡墙无基础、坡面不平整、大部分构件混凝土强度低于设计要求、格构梁节点施工不规范、排水系统不能发挥作用等质量缺陷，应采取措施进行整改，以保证支护体系正常发挥作用。

(4)A段边坡，由于设计为悬臂桩，施工过程中坡顶有水平位移，但在检测期间未发现变形进一步发展。因场地工程地质条件复杂，建议由原监测单位继续对该段边坡的变形进行监测，以掌握坡体及支挡结构的变形情况及变形趋势。如边坡变形趋向收敛和稳定，则可正常使用;如变形继续发展，再考虑处理措施。