濟南市港西路改建工程邊坡穩定性評估

劉夢　鄭向東　鄭雪飛

[摘要]港西路改建工程部分路段需要對邊坡進行機械開挖或爆破開挖，本次工作主要針對該部分邊坡在開挖施工前、開挖施工準備期、開挖施工后及運營期邊坡的狀態進行穩定性分析。

[關鍵詞]邊坡 水文地質 穩定性

[中圖分類號] U213.1+3 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-8-444-1

1引言

濟南市港西路是濟南市區通往南部山區的重要南北通道，由于年久失修，坑槽、網裂、沉陷等路面病害嚴重，交通事故頻發，嚴重影響車輛通行，同時存在安全隱患，急需對港西路進行拓寬改造。根據設計，部分路段需要對路塹邊坡進行開挖，甚至需要進行爆破?，F針對擬開挖邊坡K3+500～K3+750、K8+200～K9+300段進行安全穩定性分析與評價，并論證爆破對邊坡穩定性的影響。

2工程概況

港西路全線長約17.7公里，采用I級公路標準改建，設計速度均為60公里/小時，路基寬度為24.5米。本次評估區段為K3+500～K3+750和K8+200～K9+300兩處，共計約1300m。

3工程地質條件

3.1氣象、水文

濟南地處中緯度內陸地帶，屬暖溫帶大陸性氣候，春季干燥少雨，夏季炎熱多雨。濟南地區在6～9月大量集中降水，12月至翌年3月降水量較小。降水量在空間上分配也有差異，南部山區多年平均降水量大于北部平原。

線路區附近發育的河流主要有錦秀川水庫、大漢峪溝、蟠龍水庫、龍灣水庫。

3.2地形地貌

線路區跨越低山丘陵、山間盆地多個地貌單元，地形南高北低，地形地貌較復雜，評估區主要為低山丘陵，地形起伏較大。

3.3地質構造

區域內地殼中生代燕山期強烈活動，巖漿侵入形成閃長巖、輝長巖體等，形成了NNE、NNW和近EW向的三組斷裂。與線路區較近的斷裂主要有港溝斷裂、東塢斷裂。新生代喜山運動初期，本區屬隆起階段，造成地層向北及北東傾斜，缺失古近系。區內新構造活動不發育。

3.4水文地質

場區水文地質單元屬于濟南市白泉泉域上游，屬于地下水補給徑流區，場區內地下水劃分為第四系松散巖類孔隙水、碳酸鹽巖裂隙巖溶水二種地下水類型。

通過調查發現評估區段地下水均埋藏較深，K3+500～K3+750段地表水亦不發育，對工程影響較??；K8+200-K9+350段地表水稍發育，現有邊坡坡面有裂隙水滲出，該段邊坡受水的影響較大。

3.5地層

線路區的地層巖性比較簡單，上部少量坡殘積的碎石土，主要為灰巖或白云巖碎塊，棱角狀，徑4～10cm，粉質粘土充填。土、石工程分級屬Ⅱ級普通土；

下部為不同時期的石灰巖或白云巖，線路區K4+200巖石較完整，節理裂隙稍發育，邊坡出露巖石較巖質新鮮；K8+200～K9+160段巖石較破碎，節理裂隙發育。土、石工程分級屬Ⅴ～Ⅵ級，次堅石～堅石。

4邊坡各施工過程中的狀態分析

4.1K3+500～K3+750邊坡

4.1.1開挖施工前

K3+500～K3+750段為灰巖，坡向62°，巖層產狀250°∠10°，層理與坡面逆向，有一組微弱發育的節理，產狀121°∠80°，巖體較完整，為穩定邊坡，理論上安全坡角為80°，邊坡不會發生滑動，上部巖石可能發生小規模崩塌或落石現象，根據邊坡結構面關系赤平投影圖判定巖體穩定性類型為最穩定的。

4.1.2開挖施工準備期

爆破準備期需要對爆破段進行清表、鉆孔裝藥等工作，由于巖體較完整，準備工作對其穩定性產生的影響很小。

4.1.3開挖施工后

爆破對邊坡穩定性有一定影響，嚴格按照設計坡率開挖不會導致邊坡失穩產生滑動，開挖后邊坡穩定。但邊坡存在的破損巖體，受爆破影響可能失穩，存在崩塌隱患。爆破時應嚴格控制藥量，防止超挖。

4.1.4運營期

按設計資料，邊坡開挖后坡率1：0.5，邊坡為穩定邊坡，運營期應做好坡面防護，防止其受風化影響穩定性降低。

4.2K8+200～K9+300邊坡

4.2.1K8+200～K9+090段邊坡

4.2.1.1施工開挖前

K8+200～K8+770段邊坡巖體較完整，邊坡穩定。 K8+770～K9+090段巖體為白云巖，受構造影響巖體較破碎，巖層產狀250°∠12°，存在兩組結構面，節理②產狀11°∠78°，4～6條/米，節理③產狀73°∠76°，0～1條/米。

根據地質調查，K8+200～K9+090段有一東南走向斷層F1，該斷層產狀與節理②近似，是其控制斷層，該斷層在K8+900～K9+130段均有出露，此段巖體受其影響，都比較破碎。該段坡向20°，層理與坡面逆向，根據赤平投影分析此段邊坡整體穩定。但是由于巖體較破碎，受雨水浸泡、凍融等作用極易發生崩塌、落石等現象。

4.2.1.2施工準備期

爆破準備期需要對爆破段進行清表、鉆孔裝藥等工作，對該段破碎巖體有造成崩塌的可能，施工過程中應注意防護。

4.2.1.3施工開挖后

該段邊坡按設計開挖后，邊坡穩定，根據赤平投影分析邊坡穩定角為76°，考慮到該段邊坡巖體較破碎，坡率過大容易導致崩塌發生。對于極破碎的巖體，爆破容易導致新的結構面發生，所以應盡可能采用機械破碎。爆破影響深度以不超過5米為宜，對深挖路段采用預裂分層爆破，嚴格控制用藥量，防止超挖。

4.2.1.4運營期

按設計資料，邊坡開挖后坡率1：0.75，小于穩定角76°，坡體不會發生滑動，邊坡穩定。本段邊坡巖體破碎，邊坡開挖后，坡面應注意防水，坡頂可設置截水溝。

4.2.2K9+090～K9+300段邊坡

4.2.2.1施工開挖前

該段邊坡坡向323°，巖層產狀250°∠12°，存在兩組結構面，節理②產狀11°∠78°，4～6條/米，節理③產狀73°∠76°，0～1條/米，根據赤平投影分析安全坡角為76°。分別將層理和兩組節理組成三組結構面組合，得到最不利組合為層面和節理②。而節理②正是受港溝斷裂的次生斷層F1控制，現有邊坡出現多處崩塌，多是沿節理面脫落，而經過分析邊坡最不利結構面組合也由節理②組成，可見F1斷層及其影響的節理②對邊坡的穩定性起決定作用。

對于第二種組合，采用楔形體穩定性分析計算，③號節理作為張裂隙， ②號節理面與層理面形成楔形體，巖石的抗剪強度指標按照層理結構面取值，Ck=100kPa，k=30，②號節理面Ck=20kPa，k=15，邊坡高度按40m，寬30m計算，考慮暴雨（I）和地震（II）下的不利工況，采用理正巖質邊坡計算軟件對其進行穩定性計算：

經過計算可知邊坡在最不利工況下亦是穩定的，不會發生滑動。以上三種組合關系，邊坡都是穩定的，即自然條件下不會發生滑動。

但根據現場調查，受F1斷層影響，此段巖體較破碎，且巖層或節理多與邊坡開挖方向逆向，存在多處反向坡，邊坡有多處崩塌現象及崩塌隱患。崩塌危巖體主要是受節理裂隙面控制，塌落體基本堆積在坡腳，部分巖塊滾落至路中，對道路交通已構成影響，另有部分危巖隨時會崩落，影響工程施工及交通安全。

4.2.2.2施工準備期

爆破準備期需要對爆破段進行清表、鉆孔裝藥等工作，對本段破碎巖體的穩定性會造成影響，可能加速導致其發生崩塌，因此對于本段，施工準備時盡可能對危石進行清理，對清理難度大的區域進行避讓，并避免雨天施工。

4.2.2.3施工后

根據前期資料及現場調查，對比類似工程實例，經過計算爆破瞬間，邊坡的穩定性系數受其影響而降低，影響程度達10%～50%。因此對邊坡爆破應做好施工方案，嚴格計算爆破用藥量，若爆破方量過大，容易形成較大的臨空面，嚴重影響巖體穩定。對于極破碎的巖體，爆破對其影響程度加大，所以應盡可能采用機械破碎。同時對規模較大的崩塌點應加強防護措施，防止造成傷害。每次爆破影響深度以不超過5米為宜，對深挖路段采用預裂分層爆破，嚴格控制用藥量，防止超挖。

4.2.2.4運營期

按設計資料，邊坡開挖后坡率1：0.75，自然狀況下邊坡穩定。非正常工況下，邊坡穩定性系數降低，爆破后坡面巖體的完整性會受到影響，對產生的危巖應進行清除，坡面應做好防護工作，對一般邊坡采用框架植草或漿砌片石護坡，對破碎的巖質邊坡采用錨桿掛網噴漿護坡，防止其受風化影響進一步降低穩定性。坡面應注意防水，坡頂可設置截水溝。對于潛在失穩的危巖，有條件的可清除，危巖體較大或清除后對其他巖體產生影響的，應采取相應的支護措施。

5結論

①通過對邊坡穩定性的分析計算，K3+500～K3+750段為逆向邊坡，安全坡角為80°，邊坡現狀穩定，開挖至設計坡率后穩定。

②K8+200～K9+090段為逆向邊坡，邊坡不會發生滑動，理論安全坡角為76°，邊坡現狀存在崩塌隱患，開挖至設計坡率后邊坡不會發生滑動，邊坡穩定；K9+090～K9+300段為順向邊坡，經分析計算邊坡不會發生滑動，理論安全坡角為76°邊坡現狀存在崩塌隱患，開挖至設計坡率后邊坡不會發生滑動，但仍存在崩塌隱患。

③邊坡爆破施工后可能形成新的軟弱結構面，施工過程中應加強監控，發現后應及時上報，重新分析其穩定性。

④運營期邊坡存在崩塌隱患的邊坡應加強管理與監測，進行必要的日常維護與災害預警。

參考文獻

[1]GB50330-2002建筑邊坡工程技術規范.

[2]GB50218-94工程巖體分級標準.

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[4]《山東省地質環境保護條例》（2003年9月10起實施）.

[5]《山東省地質災害防治規劃（2003-2020年）》.

[6]《濟南市地質災害防治規劃（2004-2020年）》.