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柔性支護基坑雨后淺層滑坡成因及處理措施

文檔作者：盧一凡李惠強2，盧昱孫杰4 文檔來源： 1．武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站 2．華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，430071，武漢；3．武漢天嘩空間設(shè)計有限公司，430023，武漢		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月07日
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· 490·
建 筑 技 術(shù)
Architecture Technoloav
第44卷第6期2013年6月
Vo1．44 No．6 Jun．2013
柔性支護基坑雨后淺層滑坡成因及處理措施
盧一凡 ，李惠強2，盧 昱 ，孫 杰4
(1．武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，430019，武漢；2．華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，430071，武漢；3．武漢天嘩
空間設(shè)計有限公司，430023，武漢；4．武漢市建設(shè)工程設(shè)計審查辦公室，430023，武漢)
摘要：根據(jù)基坑邊坡失穩(wěn)現(xiàn)場的觀察，針對粘性土地域的柔性支護體系易于發(fā)生雨后淺層滑坡問題。通
過粘性土遇水軟化試驗和邊坡安全性計算程序，對造成事故的原因進行分析，證實土體開裂和浸水軟化才是引
發(fā)淺層滑坡的根本原因，提出了改變放坡坡率、坡頂防裂、防雨水浸滲等預(yù)防措施。
關(guān)鍵詞：基坑；柔性支護；淺層滑坡；粘性土；干濕循環(huán)
中圖分類號：TU 753．8 文獻標識碼：B 文章編號：1000—4726(2013)06—0490—04
REASONS AND TREAT NT Ⅱ ASURES FoR SHALLoW LAYER RAIN LANDSLII)E IN
FoUNDATIoN PIT W ITH FLEXⅡILE SUPPORT
LU Yi-fan ，LI Hui-qiang。，LU Yu。，SUN Jie
(1．Wuhan Construction Project Quality Supervision Station，430019，Wuhan，China；2．School of Civil Engineering and Mechanics
Huazhong University of Science＆ Technology，430071，Wuhan，China；3．Yseday Interior＆ Exterior Design Ltd．，430010，
Wuhan，China；4．Wuhan Construction Project Design Inspection Ofice，430023，Wuhan，China)
Abstract：After field observation about conditions of instable side slope in foundation pit and consideration
of frequent shallow layer rain landslide of flexible supporting system in clay soil stratum， reasons causing
landslide accident are analyzed through the test that clay soil may be softened by water and side slope safety
calculation procedure．The analysis results verify that soil collapse an d water softening are the primary reasons
causing shallow layer landslide． Relevant prevention measures are adopted， such as modification of slope
gradient，crack prevention at slope crest and prevention against rain penetration，etc．
Key words：foundation pit；flexible support； shallow layer landslide； clay soil；alternation of wetting and
drying
某工程地處老粘土地域，基坑深2．15—5．75m，采用
土釘掛網(wǎng)支護，釘長為1 m(@16鋼筋)，間距2mx2m里
梅花形分布，C20混凝土噴層厚5O～8O mm。坡率為1：
O．5。與多數(shù)使用柔性支護事故邊坡一樣，夏季雨水使
其3～5．75 m坡段呈大面積淺層滑坡，因滑裂面不是理
論上最危險的圓弧面，而是邊坡土體中的裂縫[1]，說明
設(shè)計存在缺陷，有關(guān)人員對柔性支護體系的特性認識
收稿Et期：2013一O2一l3
作者簡介：盧一凡(1958一)，男，山西萬榮人，教授級高級工程師，博士
e-mail：lyf580921@163．corn．
不足。通過綜合分析滑坡現(xiàn)場觀測到的特殊情況和土
體遇水軟化試驗結(jié)果 ，證實土體開裂和浸水軟化才
是引發(fā)淺層滑坡的根本原因。
1 滑坡現(xiàn)場觀察
表1為各土層原始狀態(tài)的基本參數(shù)。
據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，坡頂?shù)乇碛卸嗵幜芽p，大多在截
水溝的溝底(圖1)；裂縫下面連接滑裂面，距坡面僅
0．5—0．7m(圖2)；殘留滑裂面豎直、平行于重力方向，最
深達3m以上(圖3)，表面相對光滑，有流水沖刷痕跡；
’9—}’9■} j■}’ ‘ I|e’j ’9 ’ ’：I }’ j ’9 拿j ’ ■ j j I j|e ’ I j ，9‘}j ，9‘}坐
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·492· 建筑技術(shù) 第44卷第6期
中的含水率低、裂縫不連續(xù)，土體抗剪強度比未開裂和
脫水前高。
(3)在斜向裂縫的前端，由于體積、密度基本保持
不變，土體在水分蒸發(fā)時只能誘發(fā)微裂縫(圖5中C
段)，雨水滲入后土中含水率稍有增加，但固結(jié)性受到
影響，土的強度會比干濕循環(huán)前有所降低。
3 滑裂面的形態(tài)
按土體開裂、軟化的特點，滑裂面可大致分四種區(qū)
域(狀態(tài))，分別在圖5中標示成A，B，C，D四段。
A段—— 豎直裂縫區(qū)(軟化狀態(tài)1)。裂縫兩側(cè)土體
已基本分離，C， 值已接近于0。
B段——斜向裂縫區(qū)(狀態(tài)2)。開裂和干濕循環(huán)嚴
重軟化了土體，C， 值為多次干濕循環(huán)后的強度取值。
C段—— 縫底前端區(qū)(狀態(tài)3)。由于體積不變，土
體無膨脹空間，C， 值為浸水后對原位土抗剪強度影
響的取值。
D段—— 未受影響區(qū)(狀態(tài)4)。未經(jīng)浸水的區(qū)域，
土體保持原有特性不變，C， 值就是表1中取值。
4 安全性計算及校核
本文使用理正巖土計算軟件(簡稱驗算軟件)的
“超級土釘設(shè)計”中“自動搜尋最危險滑裂面(瑞典條分
法)”(簡稱計算)和“邊坡穩(wěn)定分析的等厚土層土坡穩(wěn)
定計算”中“給定圓弧出、入口范圍搜索危險滑面(瑞典
條分法)”(簡稱校核)功能，驗算案例工程邊坡的安全
性，重點針對案例中5,75 m深度坡段。
4．1 各土層原始狀態(tài)的參數(shù)
表2中的①層為“填土層”。按慣例借鑒文獻5表的
參數(shù)；依據(jù)文獻5各組試件的“濕密度”換算其余各層土
體密度，取平均值；由于缺乏三軸試驗和“標貫”的數(shù)
據(jù)，抗剪強度參數(shù)綜合參考文獻2和文獻6，遵循“取低
不取高”的原則，②層的抗剪強度取文獻6“老粘土”的
下限值；③ ，④層的c值取“老粘土”中間值， 值取實測
值；⑤ ，⑥層的取值原則同③ ，④層；釘土摩阻力按驗算
軟件推薦的參數(shù)取值。
4．2 計算和校核結(jié)果
用表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算，得出5．75 m深度坡
段土體原始狀態(tài)的最小安全系數(shù)K (簡稱為K )=
1．932。同理，其他深度(省略深度低于3m的坡段)的邊
坡為^ =2．382，K，=2．596。如考慮裂縫的影響，將①層
設(shè)置為狀態(tài)1(C， 均為0)，即得K5-75=K4'25=K3=O。
按相同數(shù)據(jù)進行校核，得到各坡段土體原始狀態(tài)
的K5 75=2．238，K425：2．830，K3=3．388。
若考慮浸水、裂縫的影響，則需依據(jù)表1，視情況選
擇各土層的抗剪強度參數(shù)。為簡化驗算過程。一層土只
取一種狀態(tài)，若③層是未受影響區(qū)，則深度3．5～5．0 m之
間的土層抗剪強度取該層狀態(tài)4的參數(shù)(C為42 kPa，
為7．5。)。由于浸水軟化只影響裂縫附近土體的抗剪強
度，各層土體的密度、釘土摩阻力應(yīng)不受影響。
針對坑深3 m的坡段(僅有① ，②兩層)，若只將①
層改變?yōu)闋顟B(tài)1，K3=2．719；若將① ，②層分別設(shè)置為狀
態(tài)1、狀態(tài)2，貝U =0．838。
4．3 結(jié)果分析與評價
比較圖5和圖6的滑裂面，可見兩者既相似又有明
顯差異。前者由兩個大段組成(A段和B，C，D段)，后者
為一個圓弧面，只是上端(深度1．5 m以上)接近豎直，
在深度1．5 m處“轉(zhuǎn)彎”。實地觀察發(fā)現(xiàn)在清除滑坡體
后，圖5A段遺留下如圖3的豎直面(豎直裂縫的一側(cè))；
表2 不同狀態(tài)下深度為5．75m邊坡的安全性校核結(jié)果
層號 層厚／m 狀態(tài) C，kPa ／(。) 狀態(tài) C／kPa ／(。) 狀態(tài) C，kPa 妒／(。) 狀態(tài) C／kPa ／(。)
① 1．5 1 O O l 0 O 1 O 0 1 0 0
② 2 4 35 16 1 O 0 1 O O 2 10．97 3．9
③ 1．5 4 42 7．5 4 42 7．5 1 O O 3 32．18 6
●
④ 0．75 4 42 13．5 4 42 13．5 4 42 13．5 4 42 13．5
K 2．237(結(jié)果1) 1．503(結(jié)果2) O．295(結(jié)果3) 1．509(結(jié)果4)
層號 層厚／m 狀態(tài) c，，kPa ／(。) 狀態(tài) C／kPa ／(。) 狀態(tài) C kPa ／(。) 狀態(tài) c／kPa ／(。)
① 1．5 1 O 0 1 0 O 1 O O 1 O 0
② 2 2 10．97 3．9 2 10．97 3．9 2 10．97 3．9 1 0 O
③ 1．5 2 6．62 2．6 2 6．62 2．6 2 6．62 2．6 2 6．62 2．6
④ O．75 4 42 l3．5 3 34．2 5．1 2 4．71 2．2 2 4．7l 2-2
0．806(結(jié)果5) 0．784(結(jié)果6) 0．421(結(jié)果7) 0．235(結(jié)果8)
注：滑裂面人口在坡頂距坡面0．5—0．7 m處，出口在坡腳 =O至 =O．5 m處。
2013年6月 盧一凡，等：柔性支護基坑雨后淺層滑坡成因及處理措施 ·493·
B，C段僅為一個軟化帶，看不到圖5中虛擬的分界面；
出現(xiàn)斜向滑裂的起始位置比圖6中“轉(zhuǎn)彎”處深得多。顯
然，實際滑坡深度比理論預(yù)測大，即驗算軟件出現(xiàn)失穩(wěn)
條件要得到充分滿足后?；虏庞锌赡馨l(fā)生。
4．3．1 數(shù)值上的差異及失穩(wěn)條件
本文的計算結(jié)果與原案例工程設(shè)計書結(jié)果(K =
1．323，K =1．303，K3=1．571)存在差異，原因是設(shè)計書
使用天漢軟件、各坡段的土層結(jié)構(gòu)不完全相同，但邊坡
“安全”的結(jié)論一致。本文計算和校核兩組結(jié)果的安全
系數(shù)也相差甚大，其中計算結(jié)果K ． 對應(yīng)的最危險滑裂
面(圖6的坡腳為坐標原點)圓心在(一2．303，9．940)，半
徑為10．203 m，在y=5．75 in的坡頂，求出x=6．999 m，即該
滑裂面入口在距坡面4．124 m處，而實際入口在距其
0．5～0．7 m的截水溝底，不在該滑裂面上，校核的安全系
數(shù)值偏高。因此，若雨后邊坡各土層的特性仍呈原始狀
態(tài)，淺層滑坡就不會發(fā)生，因為“最危險”滑裂面的
尚有1．932，更不可能沿 =2．238的滑裂面滑坡。
4．3．2 滑裂面的出口
一般基坑的滑裂面出口多在坡腳附近，事故現(xiàn)場
從未見到滑裂面在距坡頂小于60％坑深處穿出的情
況，所以考慮裂縫的計算結(jié)果K ． -K =K =0，即在坑
深1．5 m以內(nèi)穿出的情況并不存在。
4．3．3 危險層
對比校核結(jié)果2和3，可見5．75 m邊坡的滑裂面若
要從坡腳穿出，在理論上要求兩側(cè)分離的裂縫須深達
③層(坑深的60％以上)內(nèi)，還要發(fā)生斜向擴展。圖3的
豎直面已超過3 m，但雨前全無滑坡跡象，所以若沒有
雨水滲入。斜向裂縫又不能降低干燥土體的抗剪強度，
無論豎直裂縫如何向下擴展，滑坡體仍能“穩(wěn)定”在下
方土體上。結(jié)果4的K >1同樣說明即使有土體開裂、
斜向擴展、浸水的共同作用，只要③層未經(jīng)強烈軟化，
邊坡仍不至于失穩(wěn)。通過結(jié)果5和6可知，無論②層是開
裂還是被強烈軟化，同樣要強烈軟化③層，才會發(fā)生
K <1，④層的狀態(tài)差異只能在一定程度上影響該結(jié)
果。無獨有偶，對比結(jié)果7~1：18也能發(fā)現(xiàn)②層的狀態(tài)差異
作用亦同前。校核結(jié)果預(yù)示著淺層滑坡只會出現(xiàn)在雨
后，且5．75 nl邊坡的③層是強軟化危險層。
針對3 in邊坡。校核結(jié)果表明危險層在②層，如①
層開裂，②層被強烈軟化，也會發(fā)生淺層滑坡。
4．3．4 開裂、浸水的作用途徑
粘性土透水率很低，如果是理想的均勻、致密狀
態(tài)，要強烈軟化③層，須預(yù)先滲透2 m厚的②層，以0．005
m／d的滲透速率 需耗1~400d，還要向上膨脹20cm[ ，這
一緩慢過程顯然與雨后發(fā)生快速滑坡的實際情況不
符。然而，假如坡內(nèi)土體在雨前就形成了裂縫缺陷帶，
雨水只滲入裂縫，而不造成邊坡土體的宏觀膨脹，僅需
軟化圖5中的B，C段裂縫附近的土體，就能預(yù)制滑裂
面，發(fā)生類似于山體滑坡的失穩(wěn)，所以開裂會使粘性土
失去隔水能力，設(shè)計柔性支護邊坡時應(yīng)充分考慮該不
利因素。沿裂縫滲水雖使土層軟化易于實現(xiàn)。但圖5中
B段的斜向裂縫并未完全裂開，滲速受到限制，使軟化
過程耗時較長，故淺層滑坡大多要延遲到雨后爆發(fā)。土
體的強烈軟化也要經(jīng)過多次干濕循環(huán)，本文案例的失
穩(wěn)事故就發(fā)生在兩次干濕循環(huán)后。第一場雨后邊坡僅
出現(xiàn)了幾處外凸情況，而數(shù)日后的一場大雨才引發(fā)了
大面積滑坡。
5 建議實施的治理措施
(1)改變放坡坡率。案例工程地處郊外開闊場地，
基坑周圍放坡空間大，若將坡率調(diào)整為1：1．5，避免產(chǎn)生
順坡裂縫。就能預(yù)防失穩(wěn)事故。武漢市民之家工程地處
淤泥質(zhì)粘土區(qū)域，采用了接近1：2的放坡坡率，盡管坡
頂發(fā)現(xiàn)有多處裂縫，還歷經(jīng)了特大暴雨，但從未出現(xiàn)過
失穩(wěn)跡象。
(2)坡頂防裂。本案例的明顯缺陷是坡頂截水溝
的溝底開裂，而采用噴網(wǎng)覆蓋的截水溝、磚砌截水溝或
不做截水溝，都能減輕土體開裂危害。
(3)防雨水浸滲。若坡頂噴網(wǎng)保護區(qū)或裸露土體
已發(fā)生開裂，應(yīng)及時進行覆蓋、修復(fù)。大雨來臨時，應(yīng)及
早對發(fā)生開裂的坡頂區(qū)域?qū)嵤┓罎B水處理。
6 結(jié)語
(1)裂縫與浸水共同作用造成了粘性土區(qū)域柔性
支護邊坡的淺層滑坡，多數(shù)失穩(wěn)事故發(fā)生在土體數(shù)次
干濕循環(huán)之后。
(2)嚴重的浸水軟化層要達到危險的層深才能誘
發(fā)邊坡失穩(wěn)。且淺層滑坡多發(fā)生在雨后。
(3)應(yīng)從減少坡頂土體開裂和防止雨水滲入兩個
思路來預(yù)防淺層滑坡。
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