某加油站場地高陡邊坡滑坡的成因分析及應(yīng)對措施

田同鑫

〔中石化森美(福建)石油有限公司 福建福州 350003〕

我國土地資源供應(yīng)嚴重短缺，大量的工程建設(shè)場地選擇較大規(guī)模開挖、回填場地，使我國高陡邊坡數(shù)量、規(guī)模急劇增大[1]。福建省屬于丘陵地貌、八山一水一分田，加油站土地規(guī)劃多設(shè)置在國省道邊，多為山體、峽谷邊，很少布置在集中工業(yè)區(qū)、商住區(qū)等大塊平坦地域，三通一平需大量的削坡填土工作。然而，近年來高陡邊坡工程質(zhì)量問題甚至安全質(zhì)量事故屢見不鮮，常見原因主要有勘察失誤、未進行施工設(shè)計或設(shè)計不科學、施工中偷工減料、不合理壓縮工期等，造成很大損失[2-4]。不同區(qū)域不同地質(zhì)條件滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因素繁多又錯綜復(fù)雜，且隱蔽性強，滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要原因往往較難辨析。因此，開展高陡邊坡工程滑坡地質(zhì)災(zāi)害成因分析及應(yīng)對措施研究不僅有廣闊的工程應(yīng)用前景，而且具有較大技術(shù)經(jīng)濟價值。

依托沿海地區(qū)某新建加油站三通一平階段高陡邊坡支護施工過程中發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害工程實例，基于較完整的勘察設(shè)計資料、現(xiàn)場施工過程照片及監(jiān)測數(shù)據(jù)等，分析了高陡邊坡支護施工過程中滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要原因并提出新的支護設(shè)計方案。研究成果可為類似復(fù)雜地質(zhì)條件下高陡邊坡支護工程的設(shè)計、施工及相關(guān)理論研究提供參考。

1 工程概述

1.1 工程概況

該擬建加油站場地屬于某市濱海公路，屬丘陵斜坡地貌，因坡腳加油站的建設(shè)，坡腳場地整平標高約7.0 m(1985年國家高程)。需對周邊斜坡進行開挖，開挖后邊坡平面呈L型，開挖后將在場地的北側(cè)、東側(cè)形成高約13～24 m高的開挖邊坡，其中東側(cè)開挖邊坡長度約47 m、坡高13～24 m；北側(cè)開挖邊坡長約74 m、坡高17～24 m。受用地紅線及地形地貌限制，形成高陡邊坡。若長期暴露，邊坡可能存在潛在的滑坡、崩塌、掉塊、落石地質(zhì)災(zāi)害，后果嚴重，邊坡工程安全等級為一級，須進行工程治理。

邊坡支護設(shè)計方案采用上部放坡、加坡面骨架護坡，中部采用框架錨桿，底部片石混凝土擋土墻的三級支護形式。2020年8月邊坡北側(cè)上部骨架、中部框架完成，底部擋墻基槽開挖后，現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)底部坡面發(fā)生崩塌、中部下沉、坡頂?shù)乇黹_裂等現(xiàn)象，立刻停工，采取回填反壓等應(yīng)急措施。

1.2 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)概況

經(jīng)地質(zhì)勘察鉆探揭示，表明場地巖土層結(jié)構(gòu)相對較簡單，巖土層自上而下，主要有素填土、粉質(zhì)黏土、含碎塊石粉質(zhì)黏土、孤石、全風化凝灰?guī)r、砂土狀強風化凝灰?guī)r、碎塊狀強風化凝灰?guī)r、中風化凝灰?guī)r。

從典型地質(zhì)剖面看，坡頂基巖頂面高程約19.05 m(ZK3孔)，坡腳基巖頂面高程約為4.15 m，基巖埋深約10 m，基巖頂面以上分布有強風化凝灰?guī)r、含碎塊石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土；孤石僅ZK4鉆孔有一個揭示。

場地內(nèi)地表水體不發(fā)育，未見地表水流。坡積層孔隙潛水主要賦存于含碎塊石粉質(zhì)黏土層中。由于中間含有碎塊石，其透水性相對較強，富水性一般，孔隙潛水以地下徑流的形式由高處向低處滲透，主要靠大氣降水補給及同水文地質(zhì)單元內(nèi)同一含水層的側(cè)向補給，旱季含水量少，雨季含水量豐富，其動態(tài)取決于大氣降水。

勘察期間，勘探孔深度內(nèi)未見有地下水，斜坡坡底未見泉水出露和滲水現(xiàn)象；在強降雨條件下，可形成埋深約1.5 m且與邊坡地形基本一致的滲流水位面。

1.3 設(shè)計概況

設(shè)計方案采用削坡減載+錨桿框架梁+重力式擋土墻+截水骨架+截、排水系統(tǒng)。邊坡自下而上分三級放坡，第一級邊坡均采用重力式擋土墻支護，墻高度4.5～5.0 m，墻面坡率1∶0.25，墻背坡率為1∶0.1，采用C20片石混凝土現(xiàn)澆，擋墻內(nèi)設(shè)置一排仰斜式排水孔、孔深8 m，間距5 m；第二級邊坡坡面采用1∶0.5～1∶0.7的坡率削坡卸載，并設(shè)置錨桿框架梁，錨桿框架梁梁高寬為0.3 m×0.35 m，錨桿長度分別為12 m、9 m、6 m，錨桿的設(shè)計錨固力為100 kN；第三級邊坡坡面采用1∶1.25削坡卸載，設(shè)置截水骨架并結(jié)合植草綠化，骨架采用C20片石混凝土現(xiàn)澆。

1.4 施工過程中邊坡崩塌

邊坡支護工程于2019年10月開工。截至2020年8月，上部骨架護坡及中部框架錨桿已完成施工。錨桿框架施工期間，北側(cè)中部出現(xiàn)地下水滲流、局部產(chǎn)生坍塌。施工單位采用石塊、水泥進行嵌補。下部東側(cè)及北側(cè)靠東約15 m左右坡腳擋土墻基礎(chǔ)基槽開挖后，完成了擋土墻施工。北側(cè)邊坡中西段下部擋墻基槽開挖后，北側(cè)中段坡腳發(fā)生局部崩塌，其上部截水骨架坡體出現(xiàn)開裂，坡面出現(xiàn)多條下錯的張拉裂縫。裂縫呈近似圓弧狀，長度約20 m。框架梁出現(xiàn)斜向剪切裂縫，邊坡前緣坡體出現(xiàn)鼓脹變形，平臺出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，框架梁下部出現(xiàn)懸空，坡面底部有泉水滲出。發(fā)現(xiàn)險情后，施工單位現(xiàn)場人員立即報告建設(shè)單位，現(xiàn)場停止施工、施工人員撤離危險影響范圍。

1.5 應(yīng)急處理措施

建設(shè)單位接到滑坡地質(zhì)災(zāi)害險情后，組織設(shè)計、勘察單位現(xiàn)場踏勘，采取應(yīng)急措施如下：北段邊坡下部進行回填反壓，開挖臨時排水溝排水；骨架護坡下錯裂縫和拉裂縫處采用塑料布覆蓋，防止地表水、雨水入滲坡體，并加強邊坡監(jiān)測。應(yīng)急措施實施后，邊坡變形速率逐漸減小，滑坡發(fā)展得到初步控制。但邊坡仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，若進入雨季或強降雨，滑坡變形可能繼續(xù)發(fā)展，危及坡腳場地安全。

鑒于滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因素繁多、錯綜復(fù)雜且隱蔽性強，需找出主要原因后采取有針對性應(yīng)對措施，方能形成經(jīng)濟、科學的解決方案。建設(shè)單位隨后組織召開專家咨詢會，分析高陡邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害成因，對邊坡進行補充勘察，根據(jù)勘察成果重新設(shè)計地災(zāi)治理方案。

2 引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害原因分析

根據(jù)加油站高陡邊坡治理工程地質(zhì)災(zāi)害補充勘察報告，綜合原勘察報告、原設(shè)計方案、施工過程、邊坡監(jiān)測成果等資料，對高陡邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害原因進行分析。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造及地貌原因

(1)崩坡積塊石及碎石粉質(zhì)黏土層厚度大。滑坡位置位于山脊西南坡的凹坡地段坡腳地段，上部自然斜坡20°～35°，且后側(cè)山坡延伸較遠，匯水面積較大，凹坡地形有利雨水匯集。崩坡積塊石及碎石粉質(zhì)黏土為坡積、崩積成因，主要為凝灰?guī)r風化巖崩落堆積而成，最大厚度達11.9 m，主要成分為黏性土，不均勻夾有塊石及碎石，含量約25%～45%。土層均勻性極差、結(jié)構(gòu)松散，強度相對較低；崩坡積粉質(zhì)黏土層含有大尺寸滾石、塊石、碎石，含碎石及塊石富集地段滲透性好，造成地下水富集。由于8月為雨水季節(jié)，地表水大量滲入，形成與邊坡地形基本一致的滲流水位面。一方面地下水的滲流增加坡體的動水壓力，增加了土體容重、下滑力；另一方面由于上部含碎塊石崩坡積粉質(zhì)黏土和風化層滲透性的差異，地下水易在交界面形成滯水區(qū)，降低土體抗剪強度，增加下滑力。崩坡積粉質(zhì)黏土層含有塊石、碎石，滲透性好，易形成地下水滲流通道，坡腳剪出口地段粉質(zhì)黏土和下伏全風化巖飽水軟化，再加上坡腳開挖，相當于抗滑段土體被挖除，邊坡抗滑力不足以抵抗下滑力，形成了滑動面，引發(fā)邊坡變形發(fā)生，牽引邊坡后緣開裂，降水直接入滲土體，增大了滑坡推力，進一步加劇邊坡失穩(wěn)，導(dǎo)致滑坡、崩塌的發(fā)生。

(2)孤石多且大。崩坡積塊石及碎石粉質(zhì)黏土及全風化凝灰?guī)r層內(nèi)分布大量的孤石，最大孤石達15.5 m3，勘察期間鉆孔遇到過大的孤石時，誤認為已達到中風化基巖層而終止鉆孔。例如場地北側(cè)坡頂原勘察報告中風化基巖頂面高程約19.05 m，坡腳中風化基巖頂面高程約為4.15 m，中風化基巖埋深約10 m；但補充勘察坡頂中風化基巖頂面高程約5.15 m，中風化基巖埋深達35 m，坡腳中風化基巖埋深很大、未揭露；原勘察地質(zhì)剖面圖與補充勘察地質(zhì)剖面相比，巖土層分布差異較大，特別是對中風化基巖層埋深判斷差別很大，對支護設(shè)計影響較大。

2.2 原設(shè)計方案原因

從原設(shè)計方案初步判斷支護方案設(shè)計錨桿長度、錨桿軸向拉力標準值偏小，仰斜式排水孔布置數(shù)量、長度不足，不利于坡體地下深層排水。依據(jù)原勘察資料中的地質(zhì)剖面及設(shè)計計算參數(shù)值，對原支護設(shè)計方案天然工況邊坡穩(wěn)定性計算。由于地勘未提供飽和工況下的設(shè)計計算參數(shù)，故原支護設(shè)計方案飽和工況下邊坡穩(wěn)定性未做計算。天然狀態(tài)下整體滑動穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.263，不滿足《GB 50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》要求。

依據(jù)補充勘察資料中的地質(zhì)剖面及設(shè)計計算參數(shù)值，對原支護設(shè)計方案天然工況和飽和工況下邊坡穩(wěn)定性計算，天然狀態(tài)下整體滑動穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.212，不滿足建筑邊坡工程規(guī)范要求；飽和狀態(tài)下整體滑動穩(wěn)定最小安全系數(shù)為0.843，不滿足建筑邊坡工程規(guī)范要求。

2.3 施工工序原因

該邊坡工程2019年10月開工，未按自上而下分層分段的順序施工。施工至第二級邊坡時，邊坡削坡后，北側(cè)西段邊坡土體發(fā)生崩塌，崩塌寬度約12 m、高度約7 m，厚度約2.0～2.5 m，崩塌方量約150 m3；后采用漿砌塊石補平坡面，后施工錨桿、框架梁；坡頂未設(shè)置截排水溝。

施工未自上而下分層分段土方開挖、支護，未支護邊坡暴露時間過長，導(dǎo)致邊坡局部崩塌，加劇覆蓋層崩坡積塊石碎石粉質(zhì)黏土層結(jié)構(gòu)松散，施工期間坡頂截排水系統(tǒng)不完善，加大雨水下滲量，邊坡穩(wěn)定性大幅度降低。

2.4 邊坡變形監(jiān)測結(jié)果驗證

由于邊坡仍處于變形發(fā)展期，為確保補充勘察作業(yè)期間安全，在邊坡坡頂、平臺及坡腳各布設(shè)一排水平位移及沉降監(jiān)測點，并在平臺布設(shè)3個、坡頂布設(shè)2個深層水平位移測斜管。

補充勘查期間(2020年12月22日至2021年2月22日)邊坡監(jiān)測結(jié)果為：坡頂水平位移4.18～6.17 mm，變形速率0.07～0.10 mm/d，沉降0.06～1.73 mm，沉降速率0.00～0.03 mm/d；平臺水平位移3.64～4.96 mm，變形速率0.06～0.08 mm/d，沉降0.24～2.14 mm，沉降速率0.00～0.04 mm/d；坡腳水平位移3.39～4.99 mm，變形速率0.06～0.08 mm/d，沉降0.09～1.78 mm，沉降速率0.01～0.03 mm/d。根據(jù)沉降監(jiān)測結(jié)果可知，深層位移測斜管由于埋設(shè)時間較短，下半年為旱季、水平位移較小。從監(jiān)測成果分析，平臺測斜管最大水平位移0.81～1.49 mm，約處于深4～7 m位置，佐證了滑動面位于崩坡積碎塊石粉質(zhì)黏土與全風化凝灰?guī)r交界面附近，驗證了上述分析結(jié)果。

3 改進措施

根據(jù)滑坡形成的機制、可能產(chǎn)生破壞的模式、影響因素，結(jié)合滑坡實際情況，參考該區(qū)域滑坡防護經(jīng)驗，對場地滑坡區(qū)域采取如下治理設(shè)計方案：上級邊坡(原骨架護坡段)增設(shè)框架+錨桿支護，對滑坡體可進行適當?shù)男奁拢瑢缶壛芽p采用黏土回填夯實或灌漿封閉；中級邊坡增設(shè)抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索+框架錨索支護。由于邊坡已經(jīng)形成，受條件限制，可在平臺和擋墻之間布設(shè)一排抗滑樁。施工前，應(yīng)繼續(xù)回填至抗滑樁頂位置，形成施工平臺。抗滑樁位置避開原框架豎梁，抗滑樁施工完成后再布設(shè)錨索，拆除已經(jīng)損壞的框架，進行抗滑樁冠梁及新框架施工，鎖定錨索；下級邊坡已施工擋墻位置不變，未施工擋墻地段可采用重力式擋墻，減少抗滑樁的懸臂高度，有利于控制抗滑樁變形及減小剛度。

由于場地邊坡巖土層存在較多滾石、孤石，采用人工挖孔樁難度較大，建議抗滑樁采用沖鉆孔灌注樁或旋挖灌注樁，抗滑樁進入滑動面穩(wěn)定地層的深度應(yīng)滿足抗傾覆、抗滑移要求。增設(shè)兩排仰斜式泄水孔，采用Φ110 mm排水孔、上斜5%、長25 m。

4 結(jié)束語

通過現(xiàn)場勘察、資料分析、理論分析及模型計算，對該加油站高陡邊坡支護施工過程發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害的主要原因進行分析，得到如下結(jié)論及建議。

(1)場地內(nèi)地質(zhì)成因復(fù)雜，坡頂覆蓋層崩坡積塊石碎石粉質(zhì)黏土層較厚、結(jié)構(gòu)松散，孤石多且大，導(dǎo)致地勘成果未能全面反映真實邊坡地質(zhì)情況，是本工程滑坡地質(zhì)災(zāi)害的根本原因。

(2)原設(shè)計方案錨桿錨固段長度、錨固力不足，邊坡仰斜式排水孔長度短、數(shù)量少，是本工程滑坡地質(zhì)災(zāi)害的設(shè)計原因。

(3)施工未自上而下分層分段土方開挖、支護，未支護邊坡暴露時間過長，導(dǎo)致邊坡局部崩塌，加劇覆蓋層崩坡積塊石碎石粉質(zhì)黏土層結(jié)構(gòu)松散，施工期間坡頂截排水系統(tǒng)不完善，加大雨水下滲量，邊坡穩(wěn)定性顯著降低，是本工程滑坡地質(zhì)災(zāi)害的施工原因。

對于類似地質(zhì)情況的工程，建議加強崩坡成因地貌現(xiàn)場勘察及分析，粉質(zhì)黏土覆蓋層厚度可能較大、孤石多且大，結(jié)合場地外周邊出露的巖土層及場地內(nèi)每個地質(zhì)鉆孔進行綜合判斷，避免勘察階段對邊坡地質(zhì)條件發(fā)生誤判。設(shè)計階段應(yīng)分析、復(fù)核勘察報告，并應(yīng)參考該區(qū)域其它工程邊坡防護設(shè)計經(jīng)驗。施工階段應(yīng)嚴格按規(guī)范標準制訂施工方案，自上而下分層分段作業(yè)，開挖后應(yīng)及時支護，避免長時間裸露。