平江某填筑邊坡坍塌事故原因分析及處理措施

馬 杰， 劉 華

(湖南省勘測設計院，湖南 長沙 410000)

1 工程概況

該項目為平江某廠在原礦倉旁擬建破碎走廊與堆礦坪之間的邊坡支護工程，邊坡周邊環(huán)境較復雜，東側緊鄰山頂植被發(fā)育；北側坡底為稻田；西側為擬建新尾礦庫；南側即擬建堆礦坪，邊坡支護高度為20 m，設計為永久性支護，安全等級為一級，結構重要性系數為1.1，設計使用年限50年，原設計采用樁錨支護方案。

本項目所處場地內主要由粉質黏土(Qel)、元古界冷家溪群第二巖組的強風化泥質粉質板巖(PtIn2)、元古界冷家溪群第二巖組的中風化泥質粉質板巖(PtIn2)組成。受區(qū)域地質構造影響，巖層局部有褶皺現象，工程地質調查表明巖層傾向局部發(fā)生改變，但傾角變化不大。地表淺部巖石風化裂隙發(fā)育密集，風化層厚2～5 m，場地構造主要表現為巖石節(jié)理裂隙，裂隙破壞了巖體整體結構的完整性。

2 邊坡的特點

設計后施工前，因坡腳重力式擋墻施工使邊坡場址出現塌方，設計要求邊坡先施工支護樁后挖土方，而塌方處理后變?yōu)橄韧谕练胶笫┕ぶёo樁。受上部使用空間要求和建筑紅線限制，除在坡頂削坡擴坪外，還需要做成垂直邊坡才能滿足堆礦需求。因此實際施工的邊坡為高填方垂直排樁+錨索邊坡，與原設計初衷有很大改變。該邊坡2013年7月竣工驗收，2015年7月邊坡支護排樁坍塌。邊坡支護竣工至發(fā)生坍塌僅使用2年。

3 邊坡坍塌事故原因分析

本次邊坡坍塌事故的發(fā)生有眾多主觀和客觀原因，最為重要的為勘察、設計、施工等原因。

3.1 勘察

對于地質條件和環(huán)境條件復雜、有明顯變形跡象的一級邊坡工程，邊坡鄰近有重要建(構)筑物的邊坡工程應進行專門性邊坡工程的地質勘察。本項目僅針對新建廠房建設項目布置鉆孔，未針對邊坡支護工程進行布孔，勘察工作沒有達到一級邊坡關于支護設計和施工的勘察要求。工程勘察資料和結論是設計的基本依據，勘察資料不準、不詳，勘察結論不完備或不準確，從而為邊坡支護工程埋下事故隱患。

3.2 設計情況核查分析

3.2.1 計算模型的復核

滑坡推力計算的工況較多，針對本工程計算模型進行復核，簡要說明如下：工況1為按原設計的坡面、水面、滑面參數；工況2為按工況1參數，并考慮60 kN/m2超載；工況3為按實測原設計控制剖面建模，考慮60 kN/m2超載； 工況4為按竣工圖對應控制剖面建模，考慮60 kN/m2超載。

設計應采用全過程動態(tài)設計，計算模型應根據施工開挖反饋信息進行調整。初步設計采用工況1是合理，但設計有60 kN/m2的坡頂超載，計算模型是通過增加滑動體坡頂厚度3 m進行模擬，但增加3 m后坡頂高度剛好20 m。對于本邊坡在施加支護結構時，坡體已進行開挖，開挖破壞了坡體的平衡，坡體內對應力場重新調整，同時坡體內各部分會發(fā)生相應的變形，以便達到新的平衡。原設計按照工況1僅考慮了土壓力的作用，而忽略坡頂超載以及現場坡面的變化，這是不安全的。

3.2.2 錨索失效的復核

當輸出電壓vo不變，電容取值增大則相應的電流也會增加，為確保負載性能，電感電流也隨之增加，虛擬電容的存在在控制上相當于在電流內環(huán)加入了一個電容反饋裝置，改變相應的電流期望值則等效于虛擬電容的影響。

錨索設計資料的錨索軸向拉力設計值分別為：第一排466.5 kN，第二排531.4 kN，第三排764.8 kN，第四排764.8 kN，四排錨索總合力為2 393.2 kN。上述各工況如果錨索發(fā)生錨具失效，會出現鋼絞線拔出破壞的情況。支護不考慮錨索的作用，并且不考慮安全儲備，相應計算結果如表1～表3所示。

由表1可知：錨索失效后，工況1～工況3排樁不會發(fā)生剪切破壞，工況1～工況4排樁均會發(fā)生彎曲破壞，且工況4發(fā)生彎曲破壞比發(fā)生剪切破壞的可能性大。由表2可知：錨索失效后，工況1不會發(fā)生滑動失穩(wěn)破壞，工況2～工況4均會發(fā)生滑動失穩(wěn)破壞；錨索失效后，工況1～工況4均會發(fā)生傾覆失穩(wěn)破壞。對比可知：各工況發(fā)生傾覆失穩(wěn)破壞比發(fā)生滑動失穩(wěn)破壞的可能性大。由分析可知，該邊坡工程如不出現錨索失效，雖不滿足相應規(guī)范要求，安全儲備不足，但基本不會發(fā)生坍塌破壞事故；只有錨索失效后，才可能發(fā)生邊坡坍塌事故，且按傾覆失穩(wěn)破壞模式發(fā)生。

表1 滑坡推力作用下排樁承載力

表2 抗滑穩(wěn)定安全系數表

表3 抗傾覆穩(wěn)定安全系數

3.2.3剪力墻的復核

施工單位自行增加無基礎剪力墻，且剪力墻布置有2排6束錨索，錨索錨固于回填土中，錨索相當于無粘結預應力錨索。邊坡坍塌前剪力墻發(fā)生了很大位移，穿過剪力墻的錨索受的軸向拉力很大，因此導致錨具失效，錨索從錨具中拔出，這是造成邊坡坍塌的主要原因。

3.3 施工情況核查分析

本項目為高填方邊坡，需進行專項施工方案專家論證，施工過程中涉及的鉆孔、注漿、預應力錨索張拉、土方回填、施工現場觀測及必要的試驗檢測報告等關鍵技術資料缺乏，竣工圖紙表述不完善；對于本邊坡未做專項施工監(jiān)測方案及記錄；當現場實際情況與原設計發(fā)生明顯變化時，未按照程序進行變更，這些都增加了支護結構的不安全性。

4 邊坡坍塌主要原因分析

通過對本邊坡勘察、設計、施工資料及現場情況分析，本邊坡發(fā)生坍塌的主要原因為：現場開挖情況與邊坡設計發(fā)生很大變化時未進行變更設計。原設計的挖方邊坡變成高填方邊坡，邊坡的設計方法、施工工藝及受力體系發(fā)生質的變化，對整個邊坡的穩(wěn)定性和支護結構的承載能力造成不利的影響。施工單位自行變更設計，調整支護結構平面布置，而增加的剪力墻與樁和錨索為不受力體系，使錨索在剪力墻發(fā)生側向位移時受力很大，導致錨索失效誘發(fā)邊坡坍塌。擋土墻后回填土方量大且不密實，此區(qū)域降雨量大，大氣降水和地表水不能及時排除，墻背的土壓力和水壓力增大，在這些因素的共同作用下使得邊坡發(fā)生坍塌。

5 處理方法

對邊坡坡體進行削方減載，將坡體坍塌的松土全部清除，放緩邊坡坡率，降低上部堆填的礦渣的高度和范圍；坡面采用格構錨索，格構間采用鋼筋混凝土板并設置仰斜式排水孔；邊坡做好地表排水，坡頂及坡面設置截水溝，坡腳設置排水溝，有利于堆填的礦渣內水排除。

6 結論

對平江某填筑邊坡坍塌事故原因的分析，得出以下結論：

(1)邊坡施工是一項技術難度較大的工程，各參建方必須嚴格按照相關的規(guī)范和設計要求進行。

(2)邊坡施工過程通常會與原設計有差異，必須嚴格執(zhí)行信息化施工和動態(tài)設計原則，避免出現嚴重安全事故。

(3)邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞或坍塌是一個動態(tài)的過程，對邊坡工程進行監(jiān)測有利于提前了解邊坡的動態(tài)，對其進程進行預測，從而能提前采取一定的應急和預防措施，減少邊坡坍塌造成的危害。