基于工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制的高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

胡鼎培，王勇

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院 有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550081）

1 概述

高陡巖質(zhì)邊坡巖體的發(fā)育特征受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響大，巖體的沉積相、節(jié)理裂隙等規(guī)律大多僅能從宏觀上進(jìn)行反演分析或現(xiàn)象抽象總結(jié)。為了方便工程應(yīng)用，傳統(tǒng)的巖石力學(xué)及土力學(xué)對(duì)巖體進(jìn)行較多的計(jì)算假設(shè)，主要是將各向異性假定成各向同性。 在現(xiàn)有實(shí)踐中，關(guān)于邊坡土壓力計(jì)算多采用經(jīng)典的庫(kù)倫土壓力理論。該理論能很好地控制治理對(duì)象的安全，同時(shí)，由于經(jīng)典理論存在較多理想化假設(shè)，因而又導(dǎo)致許多項(xiàng)目失敗。

大多巖土工程師在進(jìn)行巖土工程治理設(shè)計(jì)時(shí)，安全多停留在規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)上，僅以滿足規(guī)范要求作為“護(hù)身符”，而沒有系統(tǒng)的工程安全風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)。這在一定程度上反而加大了高陡巖質(zhì)邊坡治理的工程風(fēng)險(xiǎn)。基于工程安全風(fēng)險(xiǎn)控制的高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)是將部分與巖體相關(guān)工程安全風(fēng)險(xiǎn)前置到設(shè)計(jì)階段，減少后期治理的工程安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)高陡巖質(zhì)邊坡治理的永久安全及治理方案的完善。

2 高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)與重點(diǎn)

高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析常用方法有定性分析及定量分析，定性分析常用于宏觀控制或概念設(shè)計(jì)方面；定量分析是利用規(guī)范規(guī)定的計(jì)算理論系統(tǒng)計(jì)算并進(jìn)行分析比較。在進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)，選取合理的計(jì)算模型及巖體力學(xué)參數(shù)是關(guān)鍵。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，各種計(jì)算模型均存在一定的局限性。Morgenstern 認(rèn)為，經(jīng)典土力學(xué)理論是壓剪土力學(xué)理論，適用于巖土體完全受到壓剪應(yīng)力荷載；不適用于外部卸載造成土體拉張、孔隙率增大、土體強(qiáng)度減小的巖土破垮工況過程【1】。其指出建立在壓剪土力學(xué)理論基礎(chǔ)上的現(xiàn)代巖土工程安全設(shè)計(jì)方法存在安全缺陷，使達(dá)到巖土工程安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的斜坡等結(jié)構(gòu)在營(yíng)運(yùn)過程中可能發(fā)生滑塌，產(chǎn)生災(zāi)難性后果。

同時(shí)，一些控制邊坡穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面存在較強(qiáng)的隱蔽性及復(fù)雜性。目前，勘察手段難以準(zhǔn)確查明其空間狀態(tài)及物理力學(xué)指標(biāo)，多以地表調(diào)查及規(guī)范經(jīng)驗(yàn)代替實(shí)際工作，導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中對(duì)邊坡缺乏完整的認(rèn)知。在治理設(shè)計(jì)中完全依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算模型的選取，增加了工程的安全風(fēng)險(xiǎn)。

通常，高陡巖質(zhì)邊坡地形地貌復(fù)雜，邊坡破壞后果嚴(yán)重，控制邊坡安全因素較多。在進(jìn)行邊坡治理設(shè)計(jì)時(shí)，宏觀上的準(zhǔn)確判斷和微觀上的正確計(jì)算是保證邊坡安全的根本途徑，同時(shí)也是重點(diǎn)及難點(diǎn)。

在準(zhǔn)確判斷及正確計(jì)算基礎(chǔ)上，選取合適的治理工程措施亦存在一定的難度。大多高陡巖質(zhì)邊坡是永久性邊坡，支護(hù)結(jié)構(gòu)與坡體巖體共同作用、支護(hù)結(jié)構(gòu)體系間的共同作用、坡體應(yīng)力改變的時(shí)空效應(yīng)等尚無(wú)理論支持，支護(hù)結(jié)構(gòu)的失能失效沒有嚴(yán)格的工程控制措施等情況都是治理設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)或者盲點(diǎn)。

3 高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)中的工程安全風(fēng)險(xiǎn)分析

工程安全風(fēng)險(xiǎn)通常具有不確定性、相對(duì)性、可變性3 個(gè)基本屬性。高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)中重點(diǎn)及難點(diǎn)也是設(shè)計(jì)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)控制核心。因此，在進(jìn)行高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)時(shí)，主要安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)與設(shè)計(jì)重點(diǎn)及難點(diǎn)具有高度契合性。設(shè)計(jì)過程中主要有以下5 個(gè)重大工程安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 勘察成果不完整或失真的風(fēng)險(xiǎn)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，受限于勘察手段的單一及勘察技術(shù)的落后，一些延伸程度較大但隱蔽于深處的軟弱結(jié)構(gòu)面查明難度大。例如，多數(shù)巖體結(jié)構(gòu)面的原位測(cè)試局限于坡體表層巖體，通過查詢規(guī)范經(jīng)驗(yàn)值確定物理力學(xué)指標(biāo)彈性較大。例如，GB 50330—2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)硬性結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)摩擦角差值達(dá)9°，黏聚力差值達(dá)0.04MPa，等效內(nèi)摩擦角達(dá)10°【2】。對(duì)于高陡巖質(zhì)邊坡，這些差值足以導(dǎo)致最終計(jì)算結(jié)果的“天壤之別”。在進(jìn)行邊坡勘察時(shí)，對(duì)于工程地質(zhì)宏觀判別及控制不熟悉，致使巖性、巖體質(zhì)量以及水文地質(zhì)、工程地質(zhì)的差異并未體現(xiàn)在勘察成果中。例如，碳酸鹽巖坡體可能存在以溶隙形式存在軟弱結(jié)構(gòu)面，以巖溶管道存在遠(yuǎn)程地下水影響等。沉積相的不同，巖體的巖性相近，但其強(qiáng)度可能存在較大差異等情況均是勘察成果中極易缺失的部分。

3.2 計(jì)算模型選取錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)

實(shí)際生產(chǎn)過程中，行業(yè)間的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求存在差異。在進(jìn)行計(jì)算模型選擇時(shí)，除理論模型本身的局限性外，尚存在計(jì)算模型選擇失誤的可能。例如，在采用折線法計(jì)算下滑力時(shí)，本身就存在顯式解和隱式解2 種情況；在進(jìn)行錨桿（索）拉力計(jì)算時(shí)，其與滑移面平行的分力是降低“分母”還是增加“分子”；邊坡側(cè)壓力與滑坡推力的方向及大小判定等都是極易造成計(jì)算模型選取失誤的地方。

3.3 治理方案選擇失誤的風(fēng)險(xiǎn)

治理方案的合理性及經(jīng)濟(jì)性是高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)中的重中之重。在進(jìn)行治理方案選擇時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)安全、工藝成熟且簡(jiǎn)單、環(huán)境影響小等因素。但在進(jìn)行高陡巖質(zhì)邊坡治理時(shí)，一些工藝較為復(fù)雜且存在一定局限的工藝是必須手段。例如，預(yù)應(yīng)力錨桿（索），其預(yù)應(yīng)力損失無(wú)法定量評(píng)估【3】。

3.4 治理設(shè)計(jì)中忽略或弱化一些非常重要的輔助治理手段的風(fēng)險(xiǎn)

例如，監(jiān)測(cè)大而化之，無(wú)具體的監(jiān)測(cè)方案；截排水僅局限于坡頂及坡腳或坡面，無(wú)必要的水利分析計(jì)算；對(duì)于工程治理過程中可能出現(xiàn)的重大工程危險(xiǎn)無(wú)分析評(píng)價(jià)，可能出現(xiàn)的危急情況無(wú)應(yīng)急設(shè)計(jì)等。

3.5 設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足或犯經(jīng)驗(yàn)主義錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)

在高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)中，受巖性、巖體、作用3 者之間的復(fù)雜性影響，每一個(gè)高陡巖質(zhì)邊坡的工程特性具有相似性及惟一性。設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)不足是一種常態(tài)。同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)的普適性亦會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行治理設(shè)計(jì)時(shí)犯錯(cuò)。

4 高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)中的工程風(fēng)險(xiǎn)控制及應(yīng)用

1）勘察成果是治理設(shè)計(jì)的依據(jù)，在充分尊重及利用勘察成果的同時(shí)，需對(duì)相關(guān)核心影響因子進(jìn)行必要的復(fù)核及調(diào)整。有條件的情況下，設(shè)計(jì)人員需到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地查驗(yàn)。針對(duì)一些巖性變化、風(fēng)化差異較大及邊坡巖體質(zhì)量為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)的高陡巖質(zhì)邊坡，需特別注意結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況對(duì)坡體穩(wěn)定的影響。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)勘察成果各數(shù)據(jù)間建立相關(guān)性分析評(píng)價(jià)，并根據(jù)工況及工程環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2）在進(jìn)行計(jì)算模型選取時(shí)，應(yīng)進(jìn)行赤平投影分析、側(cè)壓力計(jì)算、下滑力計(jì)算、等效內(nèi)摩擦角復(fù)核等多種模型綜合分析，選取最不利的結(jié)果作為支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的依據(jù)。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的不同，有針對(duì)性地選取計(jì)算模型及一些輔助參數(shù)。同時(shí)，注意一些基礎(chǔ)的物理力學(xué)作用的分析，避免發(fā)生錯(cuò)誤。

3）注意信息化設(shè)計(jì)施工的應(yīng)用。由于巖體存在各向異性，信息化設(shè)計(jì)施工尤為重要。通常情況下，設(shè)計(jì)技術(shù)負(fù)責(zé)人必須對(duì)邊坡開挖后的情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)了解及復(fù)核；對(duì)一些地質(zhì)條件復(fù)雜的邊坡，需進(jìn)行必要的施工勘察工作。及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些隱藏的優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面、坡面滲水點(diǎn)、工程環(huán)境變化等情況。

4）設(shè)計(jì)文件中須明確邊坡治理施工工藝的要求，比如，分級(jí)分段高度及長(zhǎng)度、坡面驗(yàn)收、重要隱蔽驗(yàn)收等的要求。同時(shí)，設(shè)計(jì)文件中必須明確監(jiān)測(cè)方案、截排水方案、重大危險(xiǎn)應(yīng)急方案等。針對(duì)一些重要且復(fù)雜的坡體，應(yīng)進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)專項(xiàng)設(shè)計(jì)及應(yīng)急工程設(shè)計(jì)，用于指導(dǎo)后期預(yù)報(bào)預(yù)警及應(yīng)急搶險(xiǎn)。

5）加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的管理。高陡巖質(zhì)邊坡的治理一定要安排工程經(jīng)驗(yàn)豐富、膽大心細(xì)、責(zé)任心非常強(qiáng)的高職技術(shù)人員來?yè)?dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，而不是僅僅滿足國(guó)家規(guī)定的注冊(cè)師。同時(shí)，設(shè)計(jì)方案應(yīng)進(jìn)行必要的頭腦風(fēng)暴法，而不是簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)—審核模式。在進(jìn)行治理方案設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選取工藝簡(jiǎn)單的方案。設(shè)計(jì)人員除了必要技術(shù)交底外，尚應(yīng)全過程跟蹤治理過程。

5 結(jié)語(yǔ)

高陡巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)不僅是一個(gè)技術(shù)工作，更涉及管理、社會(huì)、環(huán)境等諸多方面的影響。設(shè)計(jì)的成敗直接關(guān)系到邊坡建造及運(yùn)營(yíng)過程中的工程安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，將一些能夠預(yù)見的工程風(fēng)險(xiǎn)前置至設(shè)計(jì)階段進(jìn)行控制，是一種最小成本、最低風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)控制手段。本文僅針對(duì)治理設(shè)計(jì)中的技術(shù)方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析及控制建議，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，尚存在許多其他方面的風(fēng)險(xiǎn)需要進(jìn)一步研究。