降雨入渗作用下土质边坡稳定性及坡顶建筑安全性检测与分析

董武忠 谢强

1.湖南城市学院土木工程学院 2.湖南城市学院土木工程检测中心 湖南 益阳 413000

1、前言

一般情况下，边坡表层土体含水量随气候的变化而变化，旱季时处于非饱和状态、雨季时处于饱和、过饱和状态，降雨入渗是天然山坡与工程边坡（基坑）引发边坡失稳的主要诱因之一，降雨对土质边坡稳定影响较为复杂，涉及到降雨特性、土的特性以及雨水土的相互作用问题，高华喜等（2007）研究了深圳市降雨与滑坡的历史资料，暴雨尤其是大暴雨与滑坡的关系非常密切，相关系数达况下，降雨入渗作用可能危及坡顶建筑的安全。本文结合一个工程实例，介绍了在降雨入渗作用下，土质边坡稳定性，以及坡顶建筑的安全性的现场检测和分析。

2、工程概况

0.8以上，周葵等（2017）探讨了不同降雨强度对洛莫滑坡稳定性的影响规律，王栋梁（2014）降雨入渗条件下框架预应力锚杆柔性支护结构整体稳定性研究。王继华（2006）研究了降雨动能外部作用和降雨入渗后坡体内部产生的有关作用。坡顶存在既有建筑物的情

益阳城区某高层住宅小区建设施工中，因修建小区道路上边形成了高度约15米，坡度系数为m=1.75的土质边坡，坡顶有一（6+1）层砖混结构住宅楼，工程施工正值当地雨季，由于实际切坡坡比较小（i=1：1.75），施工中忽视了坡面的防雨措施，在连续两天降雨后坡体位移开始加大，坡顶建筑物出现开裂，于是对坡顶住户人员进行紧急疏散，对坡面土体进行了紧急覆盖，见图1和图2。为确保坡顶居民安全，受开发商委托，本单位对该切坡体和坡顶住宅做安全性鉴定，并对坡顶建筑实施为期2年的安全监控。

图1 道路边坡与坡顶住宅位置图

图2 坡面临时防雨措施

3、边坡安全性鉴定边坡失稳机理及安全性鉴定

降雨作用诱发土质边坡失稳的原因主要有两个方面，其一是边坡作用效应加大了，降雨使土体含水量增加，导致土体下滑力（力矩）加大，在有边坡有支挡结构的情况下，增加了支挡围护结构所承受的主动土压力；其二是边坡抗力降低，降雨顺着土体原有的裂缝下渗，粘聚力、内摩擦角及基质吸力降低，从而在整体上降低了土体的抗剪强度。边坡变形及失稳将坡顶建筑物基础不均匀沉降或失稳，导致建筑墙体开裂、整体垮塌等灾害。

对降雨入渗作用下，边坡失稳机理和坡顶建筑安全性进行鉴定应依据国家规范执行，主要依据有：民用建筑的安全性分析依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-2015)，边坡稳定性依据《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范》（GB50843-2013)。

依据GB50330-2013规定，坡顶有重要建筑物的边坡为一级边坡，其边坡稳定安全系数Fst不小于1.35。又依据GB50843-2013，既有边坡工程稳定状态分为四种，如表1所示。降雨入渗边坡的安全性应不小于Fst。

表1 既有边坡工程稳定状态划分

3.1 边坡地质及其特性

1、工程地质勘察：根据建设单位提供的地质勘察报告（报告主要依据《岩土工程勘察规范》GB50021-2011编制），该土质边坡上层为人工杂填土（厚度1.5m-2.5m），下层为粘土（红粘土，厚度大于15m）、下伏基岩为武陵期玄武岩（本次勘察未揭露）。各层土物理力学指标及边坡设计参数推荐值如表2。

表2 切坡岩土计算参数与放坡推荐值

2、边坡土体特性：边坡土体基本上是由单一的红粘土组成。红粘土是一种特殊土体，成谷雨（1989）对此地红粘土特性进行了详细研究，主要结论有：①自由膨胀率为17-30%，无膨胀性；②红粘土有气孔遗迹，但不具有湿陷性。；③透水性差，在排水条件较好时，土的稳定性较好，但排水条件差时，水体直接红粘土断面接触，则红粘土在重力作用下迅速自行崩解成软泥。

3、经现场检测，由于降雨作用，坡顶建筑物地基渗水进入坡体，最大入渗深度达基础平面以下2米，因此湿润土体从坡顶杂填土计算达5米。以坡顶建筑物基础底面为边坡稳定分析地面线顶面，则住宅条形基础作用超载为120kN/m，杂填土与红粘土等效超载为46.8kN/m。水解后红粘土力学强度急剧降低，直剪结果φq=2°，Cq≦8kPa。

3.2 边坡降雨前后稳定性分析

依据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013），计算土质边坡的稳定系数FS，规范建议采用简化BISHOP法，即公式1：

式中符号意义见（GB50330-2013）附录A，计算时不考虑水压力影响，取Ui=0。降雨前和降雨后计算参数摩擦角φ和粘聚力C采用表3所示。对现场勘查得知，雨水已完全下渗上层在杂填土，坡顶砖砌挡墙垮塌，导致临近挡墙的建筑物排水沟开裂，雨水下渗至横墙基础底部。偏安全地取雨水湿润锋室内地坪以下2米，坡面土体受雨水入渗约0.5米，为便于计算，雨水湿润锋以上土体重度取20kN/m，雨水湿润锋以下重度19.5kN/m，如表3所示。室内地坪以上2.3米厚度杂填土按超载考虑。

具体计算时，采用同济启明星边坡slope分析边坡降雨前后的稳定系数（如图3所示，采用简化BISHOP法，总应力模式），分析结果表3所示，结果表明，在确保坡面水土不流失的情况下，边坡整体稳定系数仍然小于1.35，属于基本稳定状态。

表3 稳定系数分析结果（简化BISHOP法，总应力模式）

图3.边坡稳定分析

图4 垂直度测点布置

4、建筑物安全性鉴定与监测

依据（GB50292-2015)附录H的规定：边坡（基坑）或沟渠工程施工，对建筑安全影响的区域，可根据基坑或沟渠侧边距离建筑基础底面的最近水平距离B与基坑或沟渠底面距离建筑基础底面垂直距离H划分为两类，本工程属于第一类，即B/H＞1。处于第一类影响区的建筑结构安全性鉴定，应考虑临近地下工程的影响，并应对主体结构损坏及变形进行监测。

坡顶建筑的安全性依据GB 50292-2015的规定进行。房屋安全性检测包含结构体系、结构使用条件、地基基础、结构材料性能、承重结构、维护系统以及易受结构位移影响的管道系统等7个方面的检测分析，应按构件、子单元、和鉴定单元三个层次评级，见表5。

表5 房屋结构鉴定子单元划分及其鉴定结果

4.1 地基基础子单元分析

依据规范GB 50292-2015，对既有建筑物的地基基础子单元的安全性鉴定最有效的方法是对建筑物进行垂直度观测，建筑的倾斜偏移能整体反映地基的安全性。建筑物的垂直度观测位置如图4所示，测量结果如表6所示。结果表明该房屋结构最大整体偏位21.36mm，最大垂直度偏差0.09%，垂直度未超出《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB 50292-1999)中规范上限值H/250的要求（Cu级）

表6 结构侧向偏位测量记录表（首次观测）

4.2 上部结构子单元分析

该住宅建筑采用条形砖基础，主体采用砖混结构，楼板采用混凝土预制楼板和混凝土现浇楼板两种形式，屋面采用木檩条承重盖普通红砖瓦坡屋顶结构，圈梁和构造柱的设置符合相关规范要求。

现场检测发现该住宅楼靠近挡土墙一侧二层和三层的纵墙（自承重墙）墙体均出现竖向斜裂缝，且裂缝均为贯通裂缝，最大宽度均已超过3mm，经现场勘查，雨水渗入纵墙基础，地基承载力显著降低导致上部墙体开裂。上部结构具体评级结果如表5所示。

综上所述，鉴定单元评级为Cu，即要对开裂墙体立即采取修复措施。

4.3 建筑物安全性监测

根据委托方要求，在对受损房屋进行修缮，边坡治理完成后，继续对房屋进行安全性监测。经过2年的观测，该建筑未出现异常。

5、结语

1、边坡稳定性结论：降雨入渗使得该土质边坡的稳定性显著下降，稳定系数下降21%。所幸处置及时合理，边坡仍属基本稳定范围。经过治理后，边坡稳定。

2、房屋安全性结论：边坡施工影响导致坡顶挡土墙垮塌和房屋排水沟开裂，因未能及时处置，导致雨水下渗纵墙基础底部，从而引起墙体开裂。

3、借鉴意义：案例所处地质环境，是当地典型的残积红粘土山丘地貌。该土质虽然承载力较高，但抗水性差，所以在边坡工程（建筑基坑）施工时，注意防水。