施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法在清云高速K33古滑坡治理中應(yīng)用

張 海 鵬

(中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司，山東 濟(jì)南 250300)

0 引言

在山區(qū)及丘陵地帶高等級(jí)公路的建設(shè)過(guò)程中，路基地段主要采用挖方和填方等方式通過(guò)[1]。在山體陡、巖體性能差、挖方量大時(shí)，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(xiǎn)性更大。如果受勘探條件所限，勘探資料偏少、理論分析數(shù)據(jù)不充分，部分路段的古滑坡不能完全查明，當(dāng)公路通過(guò)古滑坡且對(duì)其坡腳進(jìn)行開挖時(shí)，極易導(dǎo)致古滑坡出現(xiàn)局部或整體復(fù)活，從而誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)周邊重要構(gòu)筑物的人員和財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。因此，在公路建設(shè)中需對(duì)古滑坡予以高度重視，防患于未然。

國(guó)內(nèi)學(xué)者們對(duì)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(yùn)用極限分析法評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性，并提出邊坡加固的方式。孟續(xù)峰等[5]研究通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證了提出的高陡邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，可有效降低公路邊坡施工事故率。易巍[6]對(duì)高速公路順層邊坡最為常見(jiàn)的5種破壞模式重點(diǎn)分析，提出相應(yīng)處理方式。

本文以清云高速K33+438～K33+615右側(cè)路塹古滑坡為例，基于路塹邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[7,8]和專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[9,10]，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪，初步判定該路塹邊坡為古滑坡。所獲取的古滑坡數(shù)據(jù)信息及分析判定方法為古滑坡勘察、設(shè)計(jì)及治理提供了基礎(chǔ)技術(shù)依據(jù)，以期對(duì)國(guó)內(nèi)古滑坡病害的勘察、設(shè)計(jì)和治理提供重要借鑒作用。

1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法簡(jiǎn)介

交通運(yùn)輸部于2014年12月發(fā)布了《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》[11](以下簡(jiǎn)稱《指南》)，2015年3月1日起實(shí)施。根據(jù)指南要求，凡列入國(guó)家和地方基本建設(shè)計(jì)劃的新建、改建、擴(kuò)建的高速公路，在施工階段應(yīng)進(jìn)行路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，其包括總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.1 總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法

1.1.1評(píng)估對(duì)象

1)高于20 m的土質(zhì)坡、高于30 m的巖質(zhì)坡；

2)老滑坡體、巖堆體、老錯(cuò)落體等不良地質(zhì)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(xiāng)居民居住區(qū)、民用軍用地下管線分布區(qū)、高壓鐵塔附近等施工場(chǎng)地周邊環(huán)境復(fù)雜地段開挖形成的不足20 m的邊坡。

1.1.2評(píng)估目標(biāo)

總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是以高速公路建設(shè)項(xiàng)目全線路塹高邊坡工程為評(píng)估對(duì)象，根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、工程特點(diǎn)、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性等，評(píng)估全線路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并提出控制措施建議[12]。

1.1.3評(píng)估方法

主要包括專家調(diào)查評(píng)估法、指標(biāo)體系法兩種。通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算得出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)如表1所示。

表1 路塹高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法

1.2.1評(píng)估對(duì)象

1)總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為Ⅲ級(jí)(高度風(fēng)險(xiǎn))和Ⅳ級(jí)(極高風(fēng)險(xiǎn))的路塹邊坡。

2)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)未達(dá)到Ⅲ級(jí)(高度風(fēng)險(xiǎn))，但評(píng)估中某單一指標(biāo)影響過(guò)大的路塹邊坡。

1.2.2評(píng)估目標(biāo)

以風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的路塹邊坡施工作業(yè)活動(dòng)為評(píng)估對(duì)象，根據(jù)其安全風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、分析、估測(cè)；并針對(duì)其中的重大風(fēng)險(xiǎn)源量化評(píng)估，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)見(jiàn)表2，提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

在施工過(guò)程中，風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)生重大變化或出現(xiàn)新的重大風(fēng)險(xiǎn)時(shí)須進(jìn)行施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.2.3評(píng)估方法

對(duì)于一般風(fēng)險(xiǎn)源，可采用檢查表法或LEC法做簡(jiǎn)要評(píng)估。

《指南》建議，對(duì)于路塹高邊坡重大風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)估采用定性與定量相結(jié)合方法，事故嚴(yán)重程度的估測(cè)推薦采用專家調(diào)查法，事故可能性的估測(cè)推薦采用指標(biāo)體系法。

2 邊坡工程地質(zhì)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(zhì)體地貌，上部較陡(傾角約38°)，中下部較緩(傾角15～20°)，緩坡平臺(tái)離路基面高差30 m～40 m(見(jiàn)圖1)。地形起伏大，植被較發(fā)育。

2.2 地層巖性

根據(jù)施工圖定測(cè)階段勘探資料(1個(gè)斷面2個(gè)勘探孔)，上部為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)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(fēng)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(jiàn)圖2)，與勘探資料相匹配。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)補(bǔ)充勘察和區(qū)域地質(zhì)資料，該路塹地質(zhì)構(gòu)造上處于風(fēng)帽山背斜西翼，有較多的石英脈及細(xì)?；◢弾r脈侵入。該邊坡位于北東向、北北向斷層破碎帶、變質(zhì)砂巖與花崗巖不整合體交界處附近，受斷裂構(gòu)造影響，巖體破碎，風(fēng)化深度深且風(fēng)化不均。

2.4 水文地質(zhì)

本場(chǎng)區(qū)內(nèi)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(bǔ)給來(lái)源靠大氣降水滲透補(bǔ)給，水位埋深受季節(jié)性影響較大。

2.5 地震

根據(jù)《廣東省地震烈度區(qū)劃圖》和GB 18306—2015中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，滑坡區(qū)地震基本烈度為6度，地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)為0.05g。

3 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.1 施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

本次評(píng)估主要采用指標(biāo)體系法并結(jié)合專家意見(jiàn)進(jìn)行。評(píng)估指標(biāo)及分值計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算表

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，本工點(diǎn)總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值F為59.16，對(duì)照表1知，總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬高度風(fēng)險(xiǎn)，而且評(píng)估值位于上限，與極高風(fēng)險(xiǎn)極為接近。其風(fēng)險(xiǎn)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(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)石英砂巖，下部為電阻率低、巖質(zhì)軟的全風(fēng)化花崗巖，地層非正常接觸，非正常成巖，推測(cè)附近有斷裂構(gòu)造通過(guò)，上部地層推測(cè)為滑坡堆積體。

2)上硬下軟，基底軟弱，潛在沿強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖(堆積體成因，透水層)與全風(fēng)化花崗巖(隔水層)交界面發(fā)生滑動(dòng)，原設(shè)計(jì)的僅采用錨桿框架進(jìn)行加固的方案(第一、二級(jí)坡采用長(zhǎng)8.5 m～11.5 m的錨桿框架，第三級(jí)坡采用人字型骨架植草，第四級(jí)坡采用植被防護(hù))偏弱。

3)線外85 m處為高壓電塔，下部90 m處為龍?zhí)链濉?/p>

3.2 施工安全專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

本次專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用了定性與定量相結(jié)合的評(píng)估方法，并通過(guò)對(duì)照專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表，確定重大風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)，確定邊坡開挖和錨桿格梁為重大風(fēng)險(xiǎn)源，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4，表5。

根據(jù)表4其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為53.40，其邊坡開挖事故可能性等級(jí)為3級(jí)。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(yán)重性等級(jí)為4級(jí)，故其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

根據(jù)表5其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為49.07，其錨桿格梁事故可能性等級(jí)為3級(jí)。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(yán)重性等級(jí)為4級(jí)，故其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

該路塹開挖和錨桿格梁重大風(fēng)險(xiǎn)源的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為Ⅳ級(jí)。根據(jù)《指南》要求，必須高度重視，采取切實(shí)可行的規(guī)避措施并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，否則要不惜代價(jià)將風(fēng)險(xiǎn)至少降低到不期望的程度。因此，提出以下風(fēng)險(xiǎn)控制建議：

1)補(bǔ)充地質(zhì)調(diào)繪，核查該路塹是否為古滑坡；

2)補(bǔ)充地質(zhì)勘探，查明巖性異常原因；

3)根據(jù)補(bǔ)勘結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)變更設(shè)計(jì)。

表4 開挖風(fēng)險(xiǎn)源專項(xiàng)評(píng)估計(jì)算表

表5 錨桿格梁風(fēng)險(xiǎn)源專項(xiàng)評(píng)估計(jì)算表

4 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪

在該路塹邊坡清表后，對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪，發(fā)現(xiàn)該邊坡具有以下特點(diǎn)：

1)地貌上具有上陡下緩的古滑坡地貌(見(jiàn)圖3)。

2)緩坡平臺(tái)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(zhǎng)滿喜水植物。

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

4)據(jù)調(diào)研，1940年6月該工點(diǎn)附近曾發(fā)生過(guò)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(gè)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(xiàn)山體裂縫，裂縫最大寬度約20 cm，長(zhǎng)度約50 m，未出現(xiàn)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(duì)伍開挖坡腳便道時(shí)，受當(dāng)時(shí)連續(xù)強(qiáng)降雨影響，該路塹出現(xiàn)滑動(dòng)跡象，滑坡后緣裂縫已完全形成，裂縫長(zhǎng)約160 m，最大寬度約20 cm，下錯(cuò)約50 cm，呈弧形圈椅狀，并存在整體滑動(dòng)的可能，老滑坡復(fù)活跡象明顯。

以上地質(zhì)調(diào)繪和現(xiàn)場(chǎng)變形跡象進(jìn)一步驗(yàn)證了該路塹邊坡為古滑坡。

5 采取的對(duì)策

地質(zhì)調(diào)繪結(jié)果引起了各相關(guān)參建單位的高度重視。在建設(shè)單位主持下開展了以下工作：

1)引進(jìn)專業(yè)勘察隊(duì)伍進(jìn)行了補(bǔ)充地質(zhì)勘察(7個(gè)斷面33個(gè)鉆孔)、1∶500地形圖和1∶200斷面圖測(cè)量、1∶500地質(zhì)調(diào)繪和工程物探(10條測(cè)線2.079 km)工作，基本查明了古滑坡的工程地質(zhì)條件、滑動(dòng)規(guī)模、變形破壞機(jī)理和危害程度，提供了巖土體的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，計(jì)算并綜合評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性并提出防治建議。

2)對(duì)滑坡及時(shí)進(jìn)行地表位移、深孔位移監(jiān)測(cè)和地表裂縫觀測(cè)，隨時(shí)掌握邊坡的安全狀態(tài)。

3)對(duì)該滑坡進(jìn)行了專項(xiàng)咨詢，通過(guò)穩(wěn)定性分析和計(jì)算(加固前、加固后)，提出多種方案進(jìn)行方案比選，通過(guò)專家評(píng)審選擇最優(yōu)加固設(shè)計(jì)方案。

4)對(duì)該滑坡工程的旋挖樁、預(yù)應(yīng)力錨索、斜向鋼錨管等工程措施進(jìn)行試驗(yàn)，保證了工程措施的可實(shí)施性和可靠性。

在以上工作實(shí)施后，該古滑坡的勘察、設(shè)計(jì)和施工得以有序進(jìn)行，爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間開展搶險(xiǎn)性施工措施，降低了邊坡變形速率，確保了邊坡不發(fā)生整體滑移，在目前邊坡的施工過(guò)程中均未出現(xiàn)開裂變形，邊坡監(jiān)測(cè)結(jié)果基本穩(wěn)定，避免了次生災(zāi)害事故的發(fā)生。

6 結(jié)語(yǔ)

1)從高邊坡的施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪等方面入手，初步判定該路塹邊坡為古滑坡。

2)當(dāng)公路通過(guò)古滑坡且施工極易導(dǎo)致其局部或整體復(fù)活時(shí)，前期勘探時(shí)需引起高度重視，盡量對(duì)古滑坡路段進(jìn)行繞避。

3)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法對(duì)古滑坡的初步判定具有良好的預(yù)判效果。本工點(diǎn)總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬高度風(fēng)險(xiǎn)；該路塹開挖和錨桿格梁為重大風(fēng)險(xiǎn)源，專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅳ級(jí)。

4)當(dāng)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)較高(Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí))且地貌、地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常時(shí)，需引起各參建單位的高度重視，應(yīng)積極采取有效措施，選擇最優(yōu)加固設(shè)計(jì)方案，以避免施工過(guò)程中發(fā)生較大的地質(zhì)災(zāi)害和次生災(zāi)害事故。

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