深圳市某花岗岩边坡稳定性分析及防治措施研究

许丹丹

（深圳市勘察研究院有限公司 深圳518000）

0 前言

花岗岩广泛存在于我国华南地区，随着工程建设形成大量的风化花岗岩边坡。由于这类边坡岩体性质的特殊性，在一定条件下容易发生失稳破坏，且边坡破坏类型多，导致在花岗岩地区灾害发育频繁，对工程建设造成极大的威胁。因此，有必要开展风化花岗岩边坡破坏模式分析及其稳定性研究［1］。

本文以深圳市某风化花岗岩边坡为例，通过野外调查该边坡岩体结构特征及其他工程地质条件，对其变形破坏模式及稳定性进行综合分析。最后针对不同岩体结构的边坡段提出相应的治理措施，可为同类风化花岗岩边坡的稳定性分析、防治设计提供理论上的参考。

1 工程概况

某工程位于深圳市蛇口某公园内，经现场调查，边坡所处地貌单元为低山丘陵。根据边坡位置情况，该边坡包括南面和北面两段。南面边坡位于蛇口山南麓，为人工开山采石切坡而形成。边坡坡长约496 m，高10～60 m，坡度45°～80°，坡面地形起伏较大，坡下场地地形较平坦，地面标高4.22～5.95 m，自西北向东南逐渐低缓；其中西段边坡极陡峭，高度10～45 m，坡度75°～80°，局部呈垂直或反倾状；东段坡高35～60 m，坡度45°～55°，坡体中部不规则建有2～3 级马道平台，宽约2～10 m。

北面边坡位于蛇口山北麓，因人工开挖自然山体、平整坡下场地而形成。边坡长约60 m，平面呈圈椅状，开口朝北东，坡高17～42 m，坡度45°～55°，未分级，靠近坡顶局部存在陡槛，坡面零星分布有少量小乔木及灌木。

1.1 工程地质条件

场地地层主要地层由人工填土（Qml）、第四系坡积层（Qdl）及燕山期中粗粒花岗岩（γ53（1））组成，各层自上而下分述如下。

〈1〉人工填土：为杂填土，主要由中砂夹碎砖块、石块等组成，硬杂质含量占30%～40%，块径5～10 cm。主要分布在坡脚位置，层厚1.40～3.30 m，平均厚2.26 m。

〈2〉坡积层：为砂质粘性土，呈可塑～硬塑状，岩芯松散易断，含石英颗粒，含量30%左右。该层分布于自然坡体表面，层厚0.30～2.50 m，平均厚0.67 m。

〈3〉中粗粒花岗岩：主要矿物成分为石英、长石及云母。根据其风化程度，可分为全风化、强风化、中风化及微风化带。其中全风化花岗岩平均层厚1.38 m，强风化花岗岩平均层厚2.14 m，中风化花岗岩平均层厚30.71 m，微风化花岗岩本次钻孔未揭穿。

1.2 水文地质条件

场地内地势较高，地下水埋藏较深，在勘查深度内未揭露有地下水，在边坡坡脚局部地段有少量裂隙水渗出，为基岩裂隙水。

1.3 地质构造

据现场勘察结果，场地内未发现有断裂分布。根据现场调查结果分析，坡面岩体裸露，局部岩体较为破碎。受构造影响，坡面岩体节理裂隙发育。在统计边坡节理裂隙时，选取了4组主要的节理裂隙，其产状及特征如表1所示。

表1 节理、裂隙一览Tab.1 List of Joints and Cracks

2 边坡变形破坏模式分析及稳定性评价

2.1 边坡岩体结构特征

本边坡分为南面和北面两段。其中南面边坡主要由中～微风化花岗岩组成，属岩质边坡。边坡岩体构造裂隙、爆破裂隙发育，存在危岩体，发育多处张拉裂缝，曾经发生过崩塌地质灾害，如图1所示。

图1 南侧边坡岩质崩塌Fig.1 South Slope Rock Collapse

北面边坡主要由强～中风化花岗岩组成，属岩土质混合边坡，根据现场调查，本段边坡坡面曾发生过滑塌地质灾害，滑塌堆积体由坡积土、强风化花岗岩组成，呈扇形展布于坡体中下部，如图2所示。

图2 北侧边坡滑塌Fig.2 North Slope Collapse

2.2 变形破坏模式分析

考虑到南北两侧边坡岩土体结构的差异性，其对应的变形破坏模式也有所区别，因此应分开讨论，具体分析如下。

⑴北面边坡：本段边坡坡长70 m，高度10～30 m，坡度40°～80°，坡顶植被为乔木，覆盖率约95%。坡体岩性物质为坡积土、强～中等风化花岗岩，其可能的破坏模式主要有土坡中的圆弧滑动和浅表层局部滑塌。对于圆弧滑动，该段边坡表层岩体已风化成砂土状，力学性质较差，其破坏模式为沿浅表层岩土体中最大剪应力面发生的圆弧型滑动。对于浅表层局部滑塌，由于全风化花岗岩和强风化花岗岩物理力学性质相差较大，且风化程度不同，其可能的破坏模式为沿两者分界面发生滑塌失稳，如遇暴雨等不利因素影响，这种破坏模式极有可能发生。此外，边坡还可能发生的破坏模式为折线形滑动，主要表现为土层沿土体和基岩的接触面发生的折线形滑动［2］。

⑵南面边坡：本段边坡坡长约440 m，高度10～45 m，坡度75°～80°，局部位置反倾，为人工岩质边坡，坡面未进行治理，坡面植被主要为人工覆草。该段边坡主要发育四组节理裂隙，其中J1 和J4 两组节理组合分布较密集，且延伸较长，垂直切割坡体，使得坡面竖向裂隙发育，局部裂隙张开宽度已大于20～30 cm，岩块松动；此外，J2和J3节理与边坡走向交角小，倾向坡内，倾角大于边坡坡度，且延伸较短，使得岩体横向破碎，影响坡面的完整性。综上，在上述四组节理裂隙的切割下，坡面岩体破碎，存在潜在崩塌危险，主要发生由结构面与坡面构成的不稳定楔形体滑动失稳［3-5］，如图3所示。

图3 南侧边坡潜在崩塌灾害示意图Fig.3 Schematic Diagram of Potential Collapse Disaster of South Slope

2.3 稳定性评价

2.3.1 北面边坡稳定性评价

北面边坡为坡积土和下覆基岩组成的边坡，坡体风化层厚度1.50～3.50 m，根据其破坏模式分析，可能的破坏模式为圆弧滑动或折线形滑动，本次计算选取典型剖面（见图4），采用极限平衡法计算其安全系数，计算过程在理正边坡稳定分析软件上完成［6-7］，计算结果如表2所示。

图4 滑动计算剖面Fig.4 Sliding Calculation Section

表2 北侧边坡计算结果Tab.2 Calculation Results of North Slope

根据计算结果，根据土坡稳定性系数的验算结果，可以得出该段边坡安全系数不满足要求，上覆坡残积层和风化层可能会沿中风化基岩面发生整体的滑动破坏，威胁坡下花场及水泵站办公区，潜在滑坡地质灾害危险性及危害性大。

2.3.2 南侧边坡稳定性评价

岩质边坡危岩体的稳定性评价较为复杂，应以定性分析为主，辅以定量分析。在本次野外调查中，发现边坡坡面上存在危岩体，见图1⒜，危岩体下部为高陡临空面，危岩体存在滑动或崩塌的空间。

本次分析主要采用赤平极射投影法对其稳定性进行评价，如图5所示。根据边坡稳定性验算的结果，该段边坡楔形滑动中有一组楔形滑动稳定性系数为0.325，处于不稳定状态。分析可知该段边坡节理裂隙较发育，切割边坡岩体，形成了棱形体及各种凌空危岩，已发生的崩塌大部分受节理裂隙控制，但节理裂隙的延伸长度、连通程度有限，尚不能构成危险滑动面，对边坡整体稳定性影响不大，主要发生局部失稳破坏。

图5 楔形体赤平投影法简图Fig.5 Diagram of Wedge Stereographic Projection Method

3 边坡防护设计

根据边坡岩体结构特征、变形破坏模式以及稳定性状况的定量和定性分析评价，应采取必要的措施对边坡进行防护。根据边坡高度、工程地质条件以及周边环境特点，对南侧和北侧边坡采用了不同的治理技术［8-10］。

3.1 南面边坡防护设计方案

针对南面边坡，在清除坡面危岩体后，南面西段采用独立锚杆加固、东段采用设置被动防护网支挡，如图6⒜所示。

⑴裂隙填筑：清坡后，南面边坡节理裂隙发育，局部存在宽约1～3 m 的裂缝，为保证此范围的整体稳定性，对宽度大约1 m的裂缝采用混凝土填筑。

⑵独立锚杆：坡面设置锚杆格构梁加固，锚杆长度为6 m，锚筋直径为φ25 mm，间距为2.5 m（水平）×3.0 m（高差）。对岩面较完整处可减少锚杆布置，对人工难以清除的大块危岩或裂隙发育的部位，需增设随机锚杆进行加固。

⑶主动+被动防护网：综合考虑边坡危石情况及被动防护网的工程造价、使用寿命、施工条件等因素，对不同型号的主动防护网进行对比，采用GTC-65A型主动防护网对坡顶危石进行防护。主动防护网系统锚杆倾角应与坡面垂直，在全风化及残积层，锚杆采用长度9.0 m 的φ25 锚杆进行加固（填土层中适当加长），间距为2.5 m×2.5 m。由于南侧边坡东段坡顶为自然山体，平均高度43 m，边坡岩体节理裂隙发育，坡面及平台部位松石分布，部分坡段坡度陡峭，坡脚5～30 m 为望海路，距坡脚不足10 m 为燃气站，为确保安全，防止自然坡顶及平台松石滚落，在临近坡顶部位增加1道被动防护网。

3.2 北面边坡防护设计方案

北面边坡采用锚杆格构梁加固，利用锚固体与边坡岩土体摩阻力提供的抗滑力，提高边坡的稳定性，格构梁将各锚杆结合成一个整体来抵抗边坡的失稳，如图6⒝所示。

图6 边坡治理剖面Fig.6 Slope Treatment Profile

按现有坡率适当清除坡面松散土方及坡脚滑坡堆积体，保证坡面平顺，在坡脚高挖低填、分层碾压，形成宽约7 m、高程为30.0 m 的平台，现场消化多余土方；对坡面进行清理后设置锚杆格构加固，锚杆长度8～12 m，锚筋直径为φ28 mm，间隔布置；锚杆间距2.5 m（水平）×2.5 m（高差）。格构梁为“井”字型格构，锚杆位于格构梁交点处。格构纵梁及横梁截面尺寸均为350 mm×300 mm，采用C20 混凝土浇筑，并嵌入坚实土层200 mm。

3.3 边坡绿化设计

本工程以生态治理的理念解决边坡的植被快速恢复问题，即短期内使开挖裸露面上生长出能顺利演替为当地植被环境的植物。该项技术是否成功需通过坡面植物群落的状况来检验。

⑴绿化设计：考虑到所选的绿化植被种类应与边坡所在地植被的环境一致，对于北面边坡，由于坡面总体较缓，坡底原状土较贫瘠，因此在梁格内喷混植生绿化。

对于南面边坡，由于南面边坡为高陡的岩质边坡，在清除坡面危岩后，采用种植槽培土绿化［11-12］。坡面种植槽采用钢筋混凝土结构，混凝土采用C20 等级混凝土；槽体主筋与格构梁纵筋绑扎；种植槽内铺填种植土并按设计要求种植藤灌等绿化作物，种植土的土质要求疏松有肥力，不含杂质。

⑵绿化种类选择：选择坡面绿化植物时应注意草与灌木合理搭配。种植槽内铺填种植土并按设计要求种植藤灌等绿化作物，其中爬藤选用上爬、下垂式爬墙虎、吊兰等，植株间距300 mm，分布于槽池内外边缘，灌木选用勒杜鹃，植株间距500 mm，均宜插花布置。种植土的土质要求疏松有肥力，不含杂质。

3.4 边坡排水设计

边坡治理防水排水是关键，本边坡周边汇水面积较大，雨季会形成大量的地面径流，对边坡的稳定有较大的影响。针对本项目实际特点，在充分考虑本边坡及周边场地排水问题后，分别在坡顶、坡底及坡面设置相应的截排水系统，减少地表水及地下水对坡体的侵蚀，具体方案如下。

⑴南面边坡：在距坡顶约3 m 处设置500 mm×500 mm 的毛石截水沟；在坡脚处设置600 mm×600 mm的毛石排水沟，向东西两端排水；在坡面处向坡脚设置500 mm×500 mm 的C20 混凝土跌水沟，将坡顶截水沟内汇水引入坡下假山。

⑵北面边坡：在外围距坡顶线约4 m处设置500 mm×500 mm 的毛石截水沟；在平台坡脚处设置600 mm×600 mm 的毛石排水沟，通过垂直连接段将沟内汇水引入已有排水沟；同时清理疏通坡下已有排水沟，对破损变形处按原状恢复。

4 边坡治理效果分析

4.1 边坡治理后稳定性分析

根据文献［7］，对治理后的边坡进行稳定性计算，结果表明北面边坡在天然工况下稳定系数为1.413，南面边坡在天然工况下稳定系数为1.305，均大于文献［7］要求的安全系数1.30，满足文献［7］要求。

4.2 边坡加固效果分析

北面边坡坡长70 m，高度10～30 m，坡度40°～80°，坡面植被发育，坡体岩性物质为坡积土、强～中等风花岗岩。其可能的破坏模式为土坡中的圆弧滑动、土层沿土体和基岩的接触面发生的折线形滑动以及沿断层软弱结构面的楔形滑动。采用锚杆格构加固后，提高了边坡的整体稳定性，消除了地质灾害隐患，如图7⒜所示。

南面边坡治理加固前，影响边坡稳定的主要因素为边坡坡体上发育的节理裂隙。采用“清危岩+独立锚杆加固，清危岩+被动防护网支挡”加固治理后，清除了坡面危岩体，独立锚杆对节理裂隙发育段进行了有效的加固，坡脚采用被动网有效的防护了可能存在的危石的滑落，如图7⒝所示。

图7 边坡治理效果Fig.7 Slope Treatment Effect

4.3 边坡变形监测成果

由于采取的治理方法得当，安全可靠。根据监测报告，边坡监测点数据无明显变化（2 mm 以内），其中累计沉降最大值为-7.8 mm，预警值16 mm；累计水平位移最大值为-5.0 mm，预警值为16 mm，各监测点变形值均小于预警值。

综上，边坡坡顶沉降量较小，变形量在允许沉降量范围内，坡顶水平位移呈向边坡内位移趋势，观测点变形量在允许范围内，边坡治理效果显著。

4.4 绿化效果调查

边坡绿化施工期间，气候较为适宜，经过近半年的生长及养护，新种植的植物长势较好，草籽已全部发芽，部分草种已穿透无纺布，种植槽内爬墙虎、吊兰苗木长大，勒杜鹃已成活，显示出较强的生命力。若气候回暖及雨水增多，此处边坡植被再度萌发生长，覆盖率可达95%以上，可实现持久地生态恢复和防护体系，做到生态防护和周边环境协调一致。

5 结论

⑴根据岩体结构分析其变形破坏模式，坡体岩性物质为坡积土、强～中等风化花岗岩，其可能的破坏模式主要有土坡中的圆弧滑动、浅表层局部滑塌以及沿土体和基岩的接触面发生的折线形滑动；岩体为中等～微弱风化花岗岩的边坡，其稳定性受结构面的强度控制，岩体可能发生由结构面与坡面构成的不稳定楔形体滑动失稳。

⑵根据边坡高度、工程地质条件以及周边环境特点，对南侧和北侧边坡采用了不同的治理技术。针对南面边坡，清除坡面危岩体后，南面西段采用独立锚杆加固、东段采用设置被动防护网支挡。北面边坡采用格构锚杆加固，利用锚固体与边坡岩土体摩阻力提供的抗滑力，提高边坡的稳定性，格构梁将各锚杆结合成一个整体来抵抗边坡的失稳。根据边坡变形监测结果显示，边坡治理效果显著。

⑶本工程以生态治理的理念，针对不同岩体结构类型的边坡段提出了不同的绿化设计，经验证，该方案切实可行，做到了生态防护和周边环境协调一致，可为今后同类风化花岗岩边坡工程的防治提供参考。