某岩质高边坡的综合勘察技术应用

程春红，柯凯豪

（浙江省工程勘察院，浙江宁波315012）

勘察是工程建设的先行，勘察成果的正确程度和研究深度对工程的合理布局具有重要控制意义，对工程的安全性和经济性也将产生重要影响[1]。但是，现阶段我国许多工程企业在进行岩土工程勘察工作时，依然采用传统单一的勘察手段，勘察成果不够全面、真实、可靠，而利用各种综合勘察手段能够实现对岩土工程全方位、多角度的勘察，有效弥补单一勘察手段的不全面性。根据具体项目岩土工程的实际状况选择多种勘察方法进行精细勘察，能够全面、准确反映岩土工程现场的各种岩土工程问题，使勘察成果能更好地为施工设计提供服务和指导意见[2]。因此，应用多种勘察手段综合精细勘察的研究具有非常重要的现实意义。

综合勘察技术即综合运用常规和高新技术手段，与设计紧密结合，根据设计需要，针对重要工程地质问题或涉及场地稳定的起控制性的关键地质条件，进行不同方法的综合对比研究，以获得可观满意的结果[3]。综合勘察技术一般是针对大型重要工程、复杂的场地环境条件和复杂的地基岩土体工程地质条件，且常规手段难以查明的工程项目，而采用的多种先进勘探技术手段的综合勘察技术[4]。

1 工程概况

该边坡原设计采用浆砌片石护面墙护坡，边坡总体呈“M”型，坡高约70m，坡宽约375m。边坡分为三级放坡，第一级坡高12m，坡率为1∶0.5；第二级坡高10m，坡率为1∶0.5；第三级最大坡高约48m，坡面总体坡率在(1∶0.5)～(1∶0.7)之间，其中南侧坡面相对平顺，坡率约1∶0.7；北侧坡面总体呈上缓下陡形态，最陡处坡率大于1∶0.5。边坡坡脚紧邻高速公路。

2016年6月，受持续降雨影响，该边坡局部路段第二、三级坡面出现坡面变形、护面墙鼓胀破损、边坡平台开裂等现象。该边坡坡顶开口线后缘自然地形坡度较陡，植被茂盛，且有大量碎块石等分布，存在坡面冲刷及落石掉块的隐患。现已对第二、三级坡面鼓胀、破损处实施喷砼为主的应急抢险临时防护，并对边坡平台裂缝部位进行灌浆、封闭。

为准确、全面地查明该边坡的岩土特征、构造及节理裂隙发育特征及不良地质等工程地质条件，并提供边坡设计所需的岩土参数，为本工程边坡稳定性分析计算及后续加固治理的设计和施工提供工程地质依据。本文运用综合勘察技术对该边坡进行详细、深入的研究，得到较为可靠的勘察结果，对后期设计与施工具有很好的指导效果，能更好地为设计和施工服务。

2 各种精细勘察手段及其运用

常见的综合勘察技术方法有工程测量、航空摄影测量、地面调查与测绘、遥感、物探、钻探及简易勘探(井探、坑探、槽探、洞探)、原位测试、土工试验等[5]。现将针对本边坡工程所运用的综合勘察技术方法及其成果详述如下。

2.1 工程测量

工程测量是综合勘察技术运用的前提和基础，一般包括地形测量和地质勘探工程测量。进行工程前应全面收集测区资料，并对其可靠性和精度进行分析。

工程地质勘探工程测量主要包括地质剖面测量、勘探工程点定位测量、勘探坑道测量等，主要依据地形测量的成果图进行，其平面及高程系统应保持一致。当测区控制点密度不足时，可利用测区已有控制点，用GPS定位技术和常规方法加密。

2.2 工程地质调查与测绘

工程地质调查与测绘是综合勘察必不可少的勘察手段之一。针对该边坡工程应通过该手段详细查明被勘察线路及重点区域的地形地貌、构造发育特征及不良地质现象等。

根据结构面的调查结果可知，边坡区岩体节理裂隙较发育，主要为硬质结构面，多数充填方解石脉，少量为钙泥质充填。地面调查共测得90组节理裂隙产状，运用节理裂隙统计软件统计得到边坡区岩体节理裂隙等密度图和走向玫瑰花图。分析可知，边坡区岩体主要节理裂隙可分为3组：①产状：73°～94°∠60°～74°；②产状：153°～169°∠73°～89°；③产状：175°～193°∠77°～89°。次要节理裂隙可分为2组：①产状：46°～74°∠21°～38°；②产状：176°～197°∠42°～70°。

中风化岩体裂隙多呈张开状，钻孔显示漏水较为严重，微风化岩体裂隙以闭合状为主，局部受断裂和风化卸荷作用影响，深部裂隙仍张性透水现象。根据边坡区岩体节理裂隙等密度图和走向玫瑰花图，可以得出以东西走向的裂隙最为发育，以南北走向的裂隙次发育。

根据等密度图和走向玫瑰花图的分析结果，同时运用节理裂隙分析软件，得到边坡区岩体同边坡组合赤平投影图，如图1所示。分析可知，边坡岩体的2组优势节理裂隙（走向南北的顺坡向陡—较陡倾角裂隙和走向东西的陡倾角裂隙）相互切割，与边坡共同形成不稳定楔形体（图1中阴影面积所示），边坡岩体结构本身存在不稳定类型。加上公路边坡放坡较陡，风化卸荷作用较强，故认为，公路边坡区岩体结构面的发育特征对边坡稳定性有一定影响，易发生局部失稳破坏，破坏类型以崩（坍）塌、掉块、楔形滑落等形式为主。

图1 边坡区岩体节理裂隙同边坡组合赤平投影图

2.3 工程钻探

在岩土工程勘察中，钻探扔是目前最主要手段。在该边坡钻探过程中，使用XY-1型岩芯钻机及便携式小型钻机，采用75mm单动双管钻进技术。

根据钻探结果，结合区域资料，边坡工程区范围的地层及各岩土层特征分述如下（图2）：

边坡区土体主要为残坡积土层和风化松动破碎岩体，近坡脚处厚度较大，最厚可达11.6～12.1m，沿山坡自坡脚向上渐变薄。根据其岩性特征，可将其分为3层，即含碎石粉质粘土、含粘性土碎（块）石和块石。

边坡区前第四纪地层（岩体）主要为下白垩统多屑角砾凝灰岩和英安玢岩，一般上部为紫灰色多屑角砾凝灰岩，形成盖层，下部为青灰色安山玢岩，构成边坡基底。边坡区发育一处岩脉，岩性为安玄岩。中—微风化基岩岩体主要为坚硬岩。强风化岩体呈灰黄色；中—微风化呈紫红色至青灰色。

2.4 工程物探

工程物探是一种重要的勘察手段，工程物探常用的方法主要有弹性波测井、弹性波、数字钻孔摄像和浅层地震勘探等。

2.4.1 弹性波CT成果

弹性波CT源于医学CT，是一种新的工程无损检测方法，也称层析成像方法[6]。可用于评价工程岩体的完整程度，划分岩体的风化程度，确定较完整基岩顶板以及圈定构造破碎带、风化破碎、裂隙发育岩体的位置及形态等。

弹性波CT测试仪器主要包括震源、地震仪、附属设备等。针对该边坡进行了2组跨孔声波CT探测，其探测成果波速等值线图分布见图3。根据跨孔声波CT测试成果，在ZK4和ZK6号孔之间存在一斜切坡面的断裂构造，估算其产状约为80°∠65°。分析认为，该断裂近坡面地表发育影响宽度较大，进入中风化和微风化后，发育宽度逐渐变小，局部呈长大贯通性裂隙状，局部较破碎，声波显示不连续低速带呈线状分布（见图3）。该断裂按其视产状计算，其斜交公路边坡，恰处于公路边坡坡面鼓胀和渗水带内，其发育对边坡坡面岩体质量有较大影响，靠近断裂处，受风化卸荷影响作用增强，岩体破碎，易产生崩塌、鼓胀、脱落和小规模楔形滑移等破坏形式。

图3 ZK3-ZK6跨孔声波CT探测成果波速等值线图

2.4.2 数字孔内摄像成果

数字钻孔摄像利用CCD摄像头通过截头的锥面反射镜从侧视视角拍摄孔壁，实现了将360°钻孔孔壁图像反射成为平面图像。这种平面图像称为全景图像，由于钻孔呈圆柱状，孔壁柱面经锥面反射镜反射变换成圆环(内圆为孔壁上端，外圆为下端)，叠加深度和罗盘指针后，保存在磁带中。室内分析时从磁带中采集图像数据重建孔壁，生成分段或整孔的孔壁平面展开图和三维虚拟岩芯图[7]。

根据孔内电视成果图4，可以清楚地看到中风化基岩张性裂隙和微风化基岩深部裂隙。

图4 孔内电视部分成果图

3 综合勘察技术整合分析

整合分析是综合勘察技术的重要方法之一，是在综合勘察技术方法应用的基础上，首先对各技术成果进行检查验证，然后分析各种勘察技术方法各自的优缺点，利用其互补性，进行相互对比印证分析，从而达到整合各勘察技术成果的目的。

本次勘察通过钻孔岩芯，进行岩体深部裂隙倾角实测，并通过孔内电视对深部岩体节理裂隙倾向进行测量，统计节理裂隙倾角和倾向分布。根据钻孔岩芯并结合孔内电视摄像，综合分析，边坡区深部岩体节理裂隙发育特征如下：

公路边坡区岩体深部主要节理裂隙同工程地质调查与测绘调查统计的节理裂隙特征基本一致。边坡区岩体节理裂隙发育，倾向各个方向均有，其中以倾向NEE方向为主，倾向SWW方向次之，倾角以60°以上最发育，约占37%，45°以下缓倾角结构面约占36%，45°～60°倾角约占27%，其中80°以上陡倾近直立裂隙较少（结果同工程地质调查与测绘结果相左，分析与钻孔竖直方向统计有关）。

4 结论

通过本次勘察认为：该边坡尚未发现明显的整体性变形破坏失稳迹象，整个边坡仍处于应力重分布状态，稳定性在不断削弱，尤其中上部坡体和浅表部坡体，已经出现变形积聚发展现象。说明公路边坡目前在外部恶劣条件下（如强降雨等），存在局部破坏风险。主要有以下诸多不良地质作用和隐患：①边坡坡顶6～10m厚的残积土和全—强风化破碎岩体，存在坍塌和崩塌风险；②边坡岩体断裂及不利结构面组合，加上靠近坡面的风化卸荷作用，形成边坡近坡面潜在的不稳定变形体，易导致边坡坡面发生鼓胀，甚至发生崩塌破坏、楔形滑动破坏等不良工程地质问题；③边坡西侧坡面中上部坡体土层较厚，坡度较陡，存在潜在的滑坡坍塌风险；④边坡中部山体坡面凹沟，上游坡面陡峭，坡面土层较厚，块石多见，稳定性差，松散土体易作为不稳定物源补给溪沟，在极端降雨条件下存在发生小规模坡面泥石流的潜在风险。由于公路边坡高度大，坡度大，下方紧临高速公路，这些风险的存在，对高速公路运营将造成直接威胁，应及时采取防治措施。

[1] 梁龙.海域岛礁岩体综合勘察技术[D].浙江大学，2013.

[2] 魏删.综合勘察技术在岩土工程勘察中的应用[J].江西建材，2016(3)：252-253.

[3] 潘永坚，蒋建良，吴炳华，胡卸文，梁龙，等.海域岛礁桥梁地基精细化综合勘察技术[M].人民交通出版社，2010.

[4] 梁龙，潘永坚，王武刚，任建新.西堠门大桥北塔位岩体深部裂隙发育特征的综合勘察技术[J].中国工程科学，2010，12（7）：28-32.

[5] 卓宝熙.我国工程勘察技术的回顾与展望[J].工程勘察，2008，增刊（1）：145-157.

[6] 王运生，王家映，顾汉明.弹性波CT关键技术及运用实例[J].工程勘察，2005（3）：66-68.

[7] 王川婴，LAW K Tim.钻孔摄像技术的发展与现状[J].岩石力学与工程学报，2005，24（19）：42-50.