斜坡后缘公路挖填方对建筑物变形的影响研究

陈 川，陈振华，陈俊贤

（贵州省地矿局117 地质大队，贵阳550018）

晴隆县一村民组一带于2017年9月年来发生村民房屋开裂等现象， 严重影响了附近居民生命财产的安全。 村民认为是环城路（二级公路）施工工程活动所致，导致村民与环城路（二级公路）施工方发生纠纷，现场调查工作区环城路（二级公路）施工工程建设过程中对村民组后缘进行了大方量的开挖与填方，挖填方量达3万m3，该标段路面较宽，达12m。

1 基本概况

1.1 工程概况

环城路以挖填方形式横穿斜坡体后缘，现场揭露路基岩性为杂填土、黏土及块石土，其中块石土厚度均大于10m，块石含量约40%，黏土、粉土含量约60%，本段采取半挖半填式施工，边坡最大挖高约9m，公路以填方路堤的形式通过，填方最大填高约12m，路宽12m；以级配碎石换填浅层软土（3.5m），填方岩土颗粒的直径变化幅度很大，从小于1mm到超过1m，公路红线与开裂房屋垂直距离5～27m。环城路（二级公路）该标段均为填方路堤，挖填方量达3万m3，位于斜坡中后部，工程机械挖填过程中，无爆破施工。

1.2 变形概况

该村民组37户63栋房屋。 均都有不同程度的开裂变形现象。总体上，越靠近公路，房屋开裂越严重。根据斜坡的变形破坏特征， 下面分别叙述变形区房屋和地面裂缝的特征：

（1）1#变形体特征。 1#变形体位于不稳定斜坡后缘，变形区域发育高程1168～1170m，坡度26°，变形体上有大量的村民房屋建筑，村民房屋建筑对变形体产生了永久性的加载。2017年9～10月环城路施工对斜坡后缘进行切坡和堆填方时，部分房屋开裂变形，变形基本垂直坡向，F1裂缝重新出现并有变形加剧现象，长约14m，宽1～30mm，现村民自行经过泥土封闭但仍有痕迹。另外局部居民房屋室内地面及院坝水泥地面上见多处或一系列小型鼓胀裂缝，裂缝宽度0.5～2cm，延伸长度1～5m不等，地面裂缝走向90°～105°。

（2）2#变形体特征。 2#变形体位于不稳定斜坡中部，发育高程1154～1163m，坡度12°，地势较为平缓，残坡积物较厚， 地面由于人类建筑活动开挖形成多级坎，变形主要体现为居民房屋墙体、地面出现许多张拉裂缝，裂缝宽度0.1～0.5cm，延伸长度1～3m不等，墙体及地坪裂缝走向90°～105°，目前，斜坡中部变形幅度明显小于后缘。

2 斜坡稳定性评价

2.1 斜坡概况

潜在不稳定斜坡体平面形态近似“矩形”，坡向30°，前缘位于某村民房屋地坪堡坎变形处，后缘公路外侧房屋局部已经出拉张裂缝， 因此斜坡后缘以公路挖填方为界，高程1183m，斜坡西侧以沟谷为界，为常年性有水冲沟，沟水在雨季水量明显增大，起到了泄洪道作用，冲刷作用较为明显，汇水条件较好，斜坡东侧已公路填方为边界。 整个斜坡坡面由人工开挖种植蔬菜及农田形成阶梯状， 每个阶梯台砍高约0.5～1.5m，总体坡度22°，不稳定斜坡长4～16m，斜坡宽度122～214m，不稳定斜坡体平均厚度6m，不稳定斜坡体体积1.68万m3。

2.2 稳定性评价

2.2.1 计算工况

本次计算主要选用的工况如下：

（1）天然状态下，坡下未开挖（原始地形）、开挖后斜坡的稳定性分析。

（2）饱水状态下，坡下未开挖（原始地形）、开挖后（现状）斜坡的稳定性分析。 计算模型如图1。

图1 计算模型示意图

2.2.2 参数选取

根据区域统计和样品试验资料， 本文采用工程地质类比及合适的反分析方法， 综合确定滑坡岩土体的物理力学参数，具体取值如表1。

表1 斜坡稳定性计算过程中滑带土抗剪强度参数取值统计

2.2.3 评价结果

本次调查的不稳定斜坡属土质类型斜坡， 根据斜坡类型和软弱面（带）形态，在定性评价基础上［2］，采用极限平衡进论，计算边坡的稳定系数，定量评价斜坡的稳定性，如表2。

表2 各种工况下的稳定性计算成果

由表2可知，根据稳定性计算表明：在未开挖之前，稳定系数为1.27～2.53，不论在天然状态还是雨季均处于稳定状态； 而在开挖填方以后在天然状态下稳定系数为1.22～1.54，处于稳定状态，在饱水状态下稳定系数为1.02～1.28，处于欠稳定状态。

切坡后各剖面各条块下滑推力如表3。

表3 切坡后各剖面各条块下滑推力

由表3可知， 切坡前后斜坡在工况2与工况1相比，由于斜坡体上部受到加压，增加动静荷载等条件后，斜坡各条块各部位稳定性有所降低，同时阻滑部位分布面积有所减少，说明切坡破坏了原有稳定性。而斜坡中前部对后缘有阻滑作用， 使其没有运动空间，因此靠近公路变形体受挤压隆起现象十分明显，而中前部即变形体2#，变形较轻微［3］。 这可以通过现场实际现象得以反映。

3 影响因素分析

3.1 公路施工问题

（1） 挖方区与填方区岩土物理力学性质差异较大；由于填方厚度、填料性质差异，填筑体与挖方区、填筑体之间存在较大的变形差异［4］。

（2）挖方边坡的稳定性问题：目前挖方量约为1.3万m3， 从实地可看出开挖边坡还未及时进行支护治理，岩体节理裂隙发育，强风化层较厚，易破碎，随着挖方区域的扩大遇强降雨易发生崩塌和滑坡等。

（3）高填方边坡稳定性问题：目前堆填方量约为2.1万m3， 从实地可看出堆填方边坡还未及时进行支护治理，随着堆填方的增加，地表荷载也将增加极可能引发斜坡的整体失稳。

（4） 地下水位反复升降。 地下水长年对土体浸泡软化和反复升降，可引起如下工程地质问题：①降低土体物理力学性能；②软化结构面，增加地下水压力，降低斜坡稳定性；③水位反复升降，淘蚀土层，在原地面地基中易形成土洞； ④降低原地面地基抗剪性能，影响高填方边坡稳定性［5］。

（5）公路进行强夯时，动应力传至基岩面，则会产生一个顺坡向下的分力，在不利因素的诱导下，坡体容易产生变形与破坏。

3.2 建筑物问题

（1） 凡是墙体裂缝严重的房屋， 一般房子结构较差，多为简易砖混结构，条形基础，很少设钢筋硷圈梁，而基础埋置较浅，为0.5～1m，多在素填土中。 特别是老房子，由于年久失修，墙体本身就有裂缝出现，加之建公路各种因素的影响， 造成了这些裂缝进一步扩展和新裂缝的出现，因此，出现了老房子开裂严重的情况。

（2）据现场调查，房前屋后没有集中排水通道，村民房屋四周的地面汇水和村民生活废水的随意排放，地基长期处于浸泡中，当水集中排入渗透某处地基时，会造成不均匀沉降。 地表水沿着房屋周围土体孔（空）隙入渗到地基岩土体内，进而软化地基岩土，导致地基的不均匀沉降，从而引起房屋的开裂变形等破坏。

4 结论及建议

4.1 结论

该村房屋整体的开裂时间顺序与填埋坑开挖回填时间顺序相吻合，且开裂时间较为统一。在离公路路基较近的区域，裂缝宽度大且连贯性强，地面裂缝延展方向与边坡临空面走向一致， 而距离较远的区域裂缝宽度相对较小且连贯性较差， 裂缝分布较零乱且较为分散。 以上现象说明地面裂缝与公路开挖填方较密切相关。

在后缘挖填方之前， 不论天然状态还是降雨斜坡均处于稳定状态， 但挖填方以后才出现了变形开裂现象， 这种开裂现象在时间上和空间上均与开挖有着必然联系，并非时间上的巧合。 调查结果显示：由于挖填方后产生了地面变形， 而斜坡中前部对后缘有阻滑作用，使其没有运动空间，总体上，越靠近公路， 房屋开裂越严重，2017年10月～2018年1月，出现了地面变形和房屋开裂现象。 当2018年2月未施工，斜坡明显趋于稳定，充分说明了斜坡后缘开挖填方等施工活动是诱发斜坡失稳的主要原因。

另外高的挖填方工程， 会带来斜坡体上松散物质的局部稳定性问题，问题严重程度与建筑物结构、附加荷载、挖填方量、建设施工顺序、建设施工时间、施工进度、施工期间气象、建筑物在斜坡体上的位置及支挡工程等项有关。

4.2 建议

（1）对房屋损坏严重的先进行搬迁，其余采取维修、加固、房屋裂缝监测及逐步搬迁。

（2）对村民房屋裂缝的发展、变形情况进行监测，设立长期观测站，发现地质灾害隐患及时采取有效的防治措施。

（3）尽快对该不稳定斜坡进行详细勘察，在下一步勘查时，选择利用部分勘探钻孔构成动态监测网络，开展不稳定斜坡动态监测， 为有效地了解和掌握其稳定性及变化趋势，并为地质灾害防治提供技术依据。