用不得的巖質邊坡需治理變成無需治理的幾個奇招

用不得的巖質邊坡需治理變成無需治理的幾個奇招

方玉樹

（后勤工程學院，重慶  400041）

1  引言

某建設場地因平場開挖在一側形成長235m，高14.9m的環境直立巖質邊坡。根據勘察報告，該邊坡無外傾結構面，巖性為中風化泥巖（極軟巖），巖體較完整，邊坡巖體類型為Ⅳ類，巖體等效內摩擦角取44°，巖體內摩擦角取30°，巖體粘聚力取200kPa，巖體重度為23.50kN/m3，坡率允許值取1∶1.00，坡頂水平且無建（構）筑物及其他荷載。

設計人擬采用兩個方案：一是錨桿擋墻支護，根據相關規范第6.3.3條，設計人以巖體等效內摩擦角為巖體強度參數進行主動巖石壓力計算，主動巖石壓力為470.02 kN/m；二是放坡，設計人取坡率允許值（1∶1）做設計坡率。

業主想降低工程造價，詢問設計人有無辦法。設計人既不想失去這個設計項目又不想違反相關規范的規定，便仔細研讀相關規范，最終想出了降低工程造價的幾個招數。

2  降低工程造價的幾個奇招

1.增大坡高使坡高超過相關規范表14.2.2的范圍。

該邊坡為Ⅳ類中風化巖體邊坡，相關規范表14.2.2的坡高上限為15m。對該邊坡，只需將坡高增加0.2m，坡高就超過相關規范表14.2.2的范圍。在此情況下，放坡設計需執行相關規范第14.2.3條。該條規定，高度超過該規范表14.2.2范圍的邊坡，其坡率允許值應通過穩定性計算分析確定。該規范第14.2.6條規定，邊坡穩定性評價應符合該規范第5章的有關規定。

按巖體內摩擦角和巖體粘聚力根據該規范第5章進行穩定性計算的結果是坡高為15.1m的直立邊坡穩定系數大于1.35。因此，坡高為15.1m時，坡率為1∶0.00（即坡面直立）是允許的，無需進一步降低坡率。

2.在坡頂邊緣附近施加較大但相應邊坡穩定性仍滿足要求的荷載。

當在坡頂邊緣附近施加80kPa的荷載時，放坡設計需執行相關規范第14.2.3條。該條規定，在坡頂邊緣附近施加較大荷載的邊坡，其坡率允許值應通過穩定性計算分析確定。該規范第14.2.6條規定，邊坡穩定性評價應符合該規范第5章的有關規定。

按巖體內摩擦角和巖體粘聚力根據該規范第5章進行穩定性計算的結果是在坡頂邊緣附近施加80kPa荷載后的直立邊坡穩定系數大于1.35。因此，在坡頂邊緣附近施加80kPa荷載后，坡率為1∶0.00（即坡面直立）是允許的，無需進一步降低坡率。

3.坡率取1∶0.01。

坡率取1∶0.01（即坡角取89.4°）時，支護設計需執行相關規范第6.3.4條，因為坡率取1∶0.01的邊坡屬于坡面傾斜邊坡。相關規范第6.3.4條規定，當巖質邊坡的坡面傾斜、坡頂水平、無超載時，巖石壓力可按該規范公式（6.2.10-1）計算。

按巖體內摩擦角和巖體粘聚力根據相關規范公式（6.2.10-1）進行計算的結果是坡角為89°的邊坡巖石壓力為負值。因此，坡角為89°時，邊坡無需進行結構性支護。

4.在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口。

在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，支護設計需執行相關規范第6.2.9條，因為在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口后的邊坡屬于二階豎直巖質邊坡。相關規范第6.2.9條規定，當巖土邊坡為二階豎直時，巖石壓力可按該規范附錄B簡化計算。

按巖體內摩擦角和巖體粘聚力根據相關規范公式（B.0.4-1）進行計算的結果是在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口后的邊坡巖石壓力為負值。因此，在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，邊坡無需進行結構性支護。

3  幾個奇招的分析

這些招數確實是奇招，它們既符合相關規范的規定，又大大降低了工程造價。只要巖質邊坡巖體完整性較高且不受外傾結構面控制，這幾招都有如此效果。

但是，這些招數能用嗎？不能。巖土人都知道：

1.在相同條件下，增加坡高會增大變形，降低穩定性。如果坡高增加前邊坡需要結構性支護或放坡，增加坡高后更需要結構性支護或放坡。

2.在相同條件下，在坡頂邊緣附近施加荷載會增大變形，降低穩定性。如果在坡頂邊緣附近施加荷載前邊坡需要結構性支護或放坡，在坡頂邊緣附近施加荷載后更需要結構性支護或放坡。

3.在相同條件下，如果坡高為14.9m、坡角為90°的邊坡需要按470.02 kN/m的巖石荷載設置支護結構或按1∶1.00的坡率放坡，那么，坡高為14.9m、坡角為89.4°的邊坡支護結構承擔的巖石荷載應接近于470.02 kN/m。

4.在相同條件下，如果坡高為14.9m、坡面直立、坡頂水平的邊坡需要按470.02 kN/m的巖石荷載設置支護結構或按1∶1.00的坡率放坡，那么，坡高為14.9m、坡頂邊緣處缺口高與寬均為1cm的二階豎直邊坡支護結構承擔的巖石荷載應接近于470.02 kN/m。

導致這幾個奇招出現的相關規定只能理解為相關規范跟我們設計人開的幾個玩笑?？墒?，規范能開玩笑嗎？

相關規范之所以出現這種怪事，是因為：相關規范對放坡這種邊坡處理措施未區分抗滑動失穩放坡和抗拉裂變形放坡，對支護這種邊坡處理措施也未區分抗滑動失穩支護和抗拉裂變形支護。

邊坡變形對坡頂建（構）筑物基礎有影響時需對邊坡進行抗變形支護是不言而喻的。為防范邊坡發生明顯的側向拉裂變形，對有較大自穩高度、坡頂無建筑物基礎或側向拉裂變形不影響坡頂建筑物基礎的邊坡也需要設置抗變形支護結構或放坡。

巖體完整性較高時，若無外傾結構面，高度為數十米的直立巖質邊坡很難發生剪切破壞因而無需進行抗滑支護，但在進行邊坡處理時，還是需要進行放坡或者支護。之所以如此，是因為完整性較好的巖質邊坡較高較陡時，坡頂還可能會發生側向拉裂變形，隨著時間的增長，側向拉裂變形會逐漸加大加深最后可能會發生倒塌，也就是說，邊坡可能由側向拉裂變形演變為破壞。由于勘察時切坡還未實施或還沒有到位或到位時間還不長，拉裂還未發展甚至還未發生因而危巖還未形成，無法通過勘察期間的危巖穩定性分析評價來防范這類破壞。巖體完整、較完整或較破碎的陡立巖質邊坡就是這類既可能無需進行抗滑支護或抗滑放坡又可能發生明顯側向拉裂變形的邊坡。對這類巖質邊坡需要進行邊坡變形控制。

堅硬、硬塑粘性土邊坡也是如此。從抗滑穩定角度而言，這類邊坡也有一定的自穩高度（工程上巖土體穩定的條件不是巖土體穩定系數不小于1而是巖土體穩定系數不小于安全系數，故直立邊坡自穩高度應是無支護時直立邊坡抗滑穩定系數不小于安全系數的最大高度）。但如果對高度不超過自穩高度的邊坡不實施支護或放坡，這樣的陡立邊坡也會發生明顯的側向拉裂變形，同樣給人不安全感，甚至引起垮塌。

邊坡側向拉裂變形是由應力釋放造成的，如果減小應力釋放量，使坡面應力依然為壓應力或只出現很小的拉應力或者讓支護結構（如錨桿）來承擔拉應力，就能避免側向拉裂變形或減小側向拉裂變形的危害，因此，為控制邊坡變形，需要對邊坡進行放坡或進行支護。顯然，相應支護結構是抗變形支護結構而不是抗失穩支護結構，相應巖土荷載是形變荷載而不是破壞荷載。

因此，邊坡處理應同時滿足抗失穩和控制拉裂變形的要求（對邊坡地基還應同時滿足抗地基側向失穩和控制地基側向變形的要求）。邊坡穩定坡率應通過穩定性分析確定而不應查坡率允許值表確定，邊坡控制拉裂變形坡率可通過查控裂坡率表確定（相同坡高下的控裂坡率根據邊坡巖體抗側向變形能力分級和邊坡土體狀態確定），邊坡抗失穩支護結構巖土荷載應采用按邊坡穩定性計算公式反算法計算，邊坡抗變形支護結構巖土荷載可采用靜止巖土壓力修正法確定（修正系數根據邊坡巖體抗側向變形能力分級和邊坡土體狀態確定）。詳細的分析見筆者在中國巖土網發布的另外5篇文章【1~5】。

4  聯想

由此想到注冊巖土工程師考試。如果出題者擬出下列考題，答題者該如何作答呢？標準答案又該如何給出呢？

某建設場地因平場開挖在一側形成長235m，高14.9m的環境直立巖質邊坡。根據勘察報告，該邊坡無外傾結構面，巖性為中風化泥巖（極軟巖），巖體較完整，邊坡巖體類型為Ⅳ類，巖體等效內摩擦角取44°，巖體內摩擦角取30°，巖體粘聚力取200kPa，巖體重度為23.50kN/m3，坡率允許值取1∶1.00，坡頂水平且無建（構）筑物。經計算，當設置支護結構時，支護結構承擔的巖石荷載為470.02 kN/m。問：

1.當把坡高增加0.2m時，坡率允許值應取1∶0.00還是應小于或等于1∶1.00？

2.當在坡頂邊緣附近施加80kPa的荷載時，坡率允許值應取1∶0.00還是應小于或等于1∶1.00？

3.坡率取1∶0.01（即坡角取89.4°）時，支護結構承擔的巖石荷載是接近于470.02 kN/m還是取0？

4.在坡頂邊緣處開挖出一個高與寬均為1cm的缺口時，支護結構承擔的巖石荷載是接近于470.02 kN/m還是取0？

答題人和出題人如果不執行相關規范都能給出正確的答案，如果執行相關規范都不能給出正確的答案。

參考文獻

[1] 方玉樹.論邊坡與滑坡抗滑支護結構巖土荷載計算.中國巖土網.2015.12.25.

[2] 方玉樹.建筑邊坡巖體分類問題探討. 中國巖土網,2015.11.18.

[3] 方玉樹.邊坡工程中破裂角和巖體等效內摩擦角取值及應用探討. 中國巖土網,2015.12.4.

[4] 方玉樹.論邊坡坡率允許值表的取舍. 中國巖土網,2016.1.4.

[5] 方玉樹.邊坡抗變形支護實用計算方法探討. 中國巖土網,2016.1.13.

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