施工安全風險評估法在清云高速K33古滑坡治理中應用

張 海 鵬

(中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東 濟南 250300)

0 引言

在山區及丘陵地帶高等級公路的建設過程中，路基地段主要采用挖方和填方等方式通過[1]。在山體陡、巖體性能差、挖方量大時，極易引起山體的滑移與坍塌，尤其在歷史上已存在滑坡記錄的地帶，其危險性更大。如果受勘探條件所限，勘探資料偏少、理論分析數據不充分，部分路段的古滑坡不能完全查明，當公路通過古滑坡且對其坡腳進行開挖時，極易導致古滑坡出現局部或整體復活，從而誘發新的地質災害，對周邊重要構筑物的人員和財產造成巨大損失。因此，在公路建設中需對古滑坡予以高度重視，防患于未然。

國內學者們對于高速公路滑坡的防治開展了大量的研究[2,3]。王瑞榮等[4]分析了邊坡變形坍塌的原因，運用極限分析法評價其穩定性，并提出邊坡加固的方式。孟續峰等[5]研究通過工程實例驗證了提出的高陡邊坡工程施工安全風險評估方法，可有效降低公路邊坡施工事故率。易巍[6]對高速公路順層邊坡最為常見的5種破壞模式重點分析，提出相應處理方式。

本文以清云高速K33+438～K33+615右側路塹古滑坡為例，基于路塹邊坡施工安全總體風險評估方法[7,8]和專項風險評估方法[9,10]，結合現場地質調繪，初步判定該路塹邊坡為古滑坡。所獲取的古滑坡數據信息及分析判定方法為古滑坡勘察、設計及治理提供了基礎技術依據，以期對國內古滑坡病害的勘察、設計和治理提供重要借鑒作用。

1 施工安全風險評估法簡介

交通運輸部于2014年12月發布了《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南(試行)》[11](以下簡稱《指南》)，2015年3月1日起實施。根據指南要求，凡列入國家和地方基本建設計劃的新建、改建、擴建的高速公路，在施工階段應進行路塹高邊坡施工安全風險評估，其包括總體風險評估和專項風險評估。

1.1 總體風險評估法

1.1.1評估對象

1)高于20 m的土質坡、高于30 m的巖質坡；

2)老滑坡體、巖堆體、老錯落體等不良地質體地段開挖形成的不足20 m的邊坡；

3)膨脹土、高液限土、凍土、黃土等特殊巖土地段開挖形成的不足20 m的邊坡；

4)城鄉居民居住區、民用軍用地下管線分布區、高壓鐵塔附近等施工場地周邊環境復雜地段開挖形成的不足20 m的邊坡。

1.1.2評估目標

總體風險評估是以高速公路建設項目全線路塹高邊坡工程為評估對象，根據工程建設規模、地質條件、工程特點、誘發因素、施工環境、資料完整性等，評估全線路塹高邊坡施工安全風險，確定風險等級并提出控制措施建議[12]。

1.1.3評估方法

主要包括專家調查評估法、指標體系法兩種。通過風險計算得出的風險等級如表1所示。

表1 路塹高邊坡施工安全總體風險分級標準

1.2 專項風險評估法

1.2.1評估對象

1)總體風險評估等級為Ⅲ級(高度風險)和Ⅳ級(極高風險)的路塹邊坡。

2)風險等級未達到Ⅲ級(高度風險)，但評估中某單一指標影響過大的路塹邊坡。

1.2.2評估目標

以風險等級較高的路塹邊坡施工作業活動為評估對象，根據其安全風險特點，進行風險辨識、分析、估測；并針對其中的重大風險源量化評估，劃分風險等級見表2，提出相應的風險控制措施。

在施工過程中，風險源發生重大變化或出現新的重大風險時須進行施工過程風險評估。

1.2.3評估方法

對于一般風險源，可采用檢查表法或LEC法做簡要評估。

《指南》建議，對于路塹高邊坡重大風險源評估采用定性與定量相結合方法，事故嚴重程度的估測推薦采用專家調查法，事故可能性的估測推薦采用指標體系法。

2 邊坡工程地質條件

2.1 地形地貌

路塹所處自然斜坡具有明顯的不良地質體地貌，上部較陡(傾角約38°)，中下部較緩(傾角15～20°)，緩坡平臺離路基面高差30 m～40 m(見圖1)。地形起伏大，植被較發育。

2.2 地層巖性

根據施工圖定測階段勘探資料(1個斷面2個勘探孔)，上部為強風化變質石英砂巖(碎塊狀、角礫狀)，揭露厚度7.7 m～20.5 m，下部為全風化花崗巖(砂土狀、土柱狀)，最大揭露厚度11.1 m。物探顯示下部為電阻率巖層(見圖2)，與勘探資料相匹配。

2.3 地質構造

根據補充勘察和區域地質資料，該路塹地質構造上處于風帽山背斜西翼，有較多的石英脈及細粒花崗巖脈侵入。該邊坡位于北東向、北北向斷層破碎帶、變質砂巖與花崗巖不整合體交界處附近，受斷裂構造影響，巖體破碎，風化深度深且風化不均。

2.4 水文地質

本場區內地下水由上部松散堆積體的孔隙潛水和深部基巖裂隙水組成，主要補給來源靠大氣降水滲透補給，水位埋深受季節性影響較大。

2.5 地震

根據《廣東省地震烈度區劃圖》和GB 18306—2015中國地震動參數區劃圖，滑坡區地震基本烈度為6度，地震動峰值加速度系數為0.05g。

3 施工安全風險評估

3.1 施工安全總體風險評估

本次評估主要采用指標體系法并結合專家意見進行。評估指標及分值計算見表3。

表3 總體風險評估計算表

根據表3計算結果，本工點總體風險評估值F為59.16，對照表1知，總體風險等級為Ⅲ級，屬高度風險，而且評估值位于上限，與極高風險極為接近。其風險值較高主要有以下因素：

1)地層巖性異常，上部為電阻率高、巖性較好的強風化變質石英砂巖，下部為電阻率低、巖質軟的全風化花崗巖，地層非正常接觸，非正常成巖，推測附近有斷裂構造通過，上部地層推測為滑坡堆積體。

2)上硬下軟，基底軟弱，潛在沿強風化石英砂巖(堆積體成因，透水層)與全風化花崗巖(隔水層)交界面發生滑動，原設計的僅采用錨桿框架進行加固的方案(第一、二級坡采用長8.5 m～11.5 m的錨桿框架，第三級坡采用人字型骨架植草，第四級坡采用植被防護)偏弱。

3)線外85 m處為高壓電塔，下部90 m處為龍塘村。

3.2 施工安全專項風險評估

本次專項風險評估采用了定性與定量相結合的評估方法，并通過對照專項風險等級標準表，確定重大風險源的風險等級。

通過風險辨識、風險分析和風險估測，確定邊坡開挖和錨桿格梁為重大風險源，計算結果見表4，表5。

根據表4其風險評估值為53.40，其邊坡開挖事故可能性等級為3級。邊坡開挖事故主要影響路塹邊坡本身和塹頂高壓電塔和坡腳村莊，事故后果嚴重性等級為4級，故其風險等級為Ⅳ級。

根據表5其風險評估值為49.07，其錨桿格梁事故可能性等級為3級。錨桿格梁事故主要影響路塹邊坡本身和塹頂高壓電塔和坡腳村莊，事故后果嚴重性等級為4級，故其風險等級為Ⅳ級。

該路塹開挖和錨桿格梁重大風險源的專項風險等級均為Ⅳ級。根據《指南》要求，必須高度重視，采取切實可行的規避措施并加強監測，否則要不惜代價將風險至少降低到不期望的程度。因此，提出以下風險控制建議：

1)補充地質調繪，核查該路塹是否為古滑坡；

2)補充地質勘探，查明巖性異常原因；

3)根據補勘結果進行動態變更設計。

表4 開挖風險源專項評估計算表

表5 錨桿格梁風險源專項評估計算表

4 現場地質調繪

在該路塹邊坡清表后，對其進行了現場地質調繪，發現該邊坡具有以下特點：

1)地貌上具有上陡下緩的古滑坡地貌(見圖3)。

2)緩坡平臺坡面分布有馬刀樹，坡腳前緣地下水極為豐富，水渠附近前緣長滿喜水植物。

3)地表揭露碎塊石土(母巖為變質石英砂巖，夾塊徑1.5 cm～50 cm 的強～中風化巖塊，非原巖結構，推測為古滑坡堆積而成，下部見全風化花崗巖和泥化夾層，與原地勘資料有較大出入。

4)據調研，1940年6月該工點附近曾發生過一次大型山體滑坡，山體向村莊方向滑移約100 m，造成坡腳村民受傷，整個村莊大部分房屋倒塌。隨后，村民又在目前村莊位置(滑坡前緣約30 m外)自建了房屋。2006年8月份，該山體再次出現山體裂縫，裂縫最大寬度約20 cm，長度約50 m，未出現大的滑坡，未造成人員傷亡和房屋損失。

5)2016年9月土石方隊伍開挖坡腳便道時，受當時連續強降雨影響，該路塹出現滑動跡象，滑坡后緣裂縫已完全形成，裂縫長約160 m，最大寬度約20 cm，下錯約50 cm，呈弧形圈椅狀，并存在整體滑動的可能，老滑坡復活跡象明顯。

以上地質調繪和現場變形跡象進一步驗證了該路塹邊坡為古滑坡。

5 采取的對策

地質調繪結果引起了各相關參建單位的高度重視。在建設單位主持下開展了以下工作：

1)引進專業勘察隊伍進行了補充地質勘察(7個斷面33個鉆孔)、1∶500地形圖和1∶200斷面圖測量、1∶500地質調繪和工程物探(10條測線2.079 km)工作，基本查明了古滑坡的工程地質條件、滑動規模、變形破壞機理和危害程度，提供了巖土體的力學參數指標，計算并綜合評價其穩定性并提出防治建議。

2)對滑坡及時進行地表位移、深孔位移監測和地表裂縫觀測，隨時掌握邊坡的安全狀態。

3)對該滑坡進行了專項咨詢，通過穩定性分析和計算(加固前、加固后)，提出多種方案進行方案比選，通過專家評審選擇最優加固設計方案。

4)對該滑坡工程的旋挖樁、預應力錨索、斜向鋼錨管等工程措施進行試驗，保證了工程措施的可實施性和可靠性。

在以上工作實施后，該古滑坡的勘察、設計和施工得以有序進行，爭取了寶貴時間開展搶險性施工措施，降低了邊坡變形速率，確保了邊坡不發生整體滑移，在目前邊坡的施工過程中均未出現開裂變形，邊坡監測結果基本穩定，避免了次生災害事故的發生。

6 結語

1)從高邊坡的施工安全總體風險評估、專項風險評估、現場地質調繪等方面入手，初步判定該路塹邊坡為古滑坡。

2)當公路通過古滑坡且施工極易導致其局部或整體復活時，前期勘探時需引起高度重視，盡量對古滑坡路段進行繞避。

3)施工安全風險評估法對古滑坡的初步判定具有良好的預判效果。本工點總體風險評估等級為Ⅲ級，屬高度風險；該路塹開挖和錨桿格梁為重大風險源，專項風險等級評定為Ⅳ級。

4)當施工安全風險評估等級較高(Ⅲ級、Ⅳ級)且地貌、地層、地質結構出現異常時，需引起各參建單位的高度重視，應積極采取有效措施，選擇最優加固設計方案，以避免施工過程中發生較大的地質災害和次生災害事故。

參考文獻:

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[11] 中華人民共和國交通運輸部.高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南(試行)[Z].

[12] JTG D30—2004,公路路基設計規范[S].