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某工程邊坡失穩(wěn)原因淺析
某工程邊坡失穩(wěn)原因淺析
孫
岳
1
王志云
2
匡三峁
1
谷峰
1
（1．中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司北京分公司北京市100085
2．大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院遼寧·大連116023）
提要該文以工程邊坡為例，首先以變形監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并與實(shí)際工況對應(yīng)，說明了預(yù)應(yīng)力錨索在樁－錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中并未起到有效加固作用，而后再以滑坡勘探結(jié)果為依據(jù)，探明了錨索失效的根本原因，最后分析了邊界條件選擇錯(cuò)誤的原因和后果。經(jīng)過一系列分析說明，在邊坡施工過程中建立有效的變形監(jiān)測體系是有必要的，造成本工程邊坡失穩(wěn)的根本原因是勘察程序的不嚴(yán)謹(jǐn)和設(shè)計(jì)人員的粗心大意，值得廣大勘察設(shè)計(jì)人員警醒和思考。關(guān)鍵詞
邊坡
失穩(wěn)
錨索
邊界條件
CauseAnalysisonSlopeFailureofanEngineering
SunYue1WangZhiyun2KuangSanmao1GuFeng1
（1BeijingBranch，ChinaPetroleumEngineeringDesignCo．，Ltd．2InstituteofOceanandCivilEngineering，DalianOceanUniversity）
AbstractTakingengineeringslopeasanexample，comparedwithengineeringconditions，thepres-tressedanchorcablewithinpile-anchorsupportingstructuredidnotplayarolebasedonmonitoringdata，
secondlythereasonsofanchorcablefailurearedeterminedaccordingtoslopeinvestigationreport，finallythereasonsandresultsofwronglyselectedboundaryconditionsareanalyzed．Theanalyzedresultsrevealthat，itisessentialtoestablisheffectivedeformationmonitoringsystemduringtheslopeconstruction，thebasicreasonsofslopefailureareimpreciseinvestigationprocedureanddesigners'incaution，anditisworthwhiletoalertandthinkforsurveyanddesignpersonnel．Keywordsslope；failure；anchorcable；boundarycondition
走向長約400m。邊坡設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力錨索+護(hù)坡樁+噴射混凝土面板墻支護(hù)形式，典型設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。設(shè)計(jì)坡比為1∶0．65，護(hù)坡樁長16m，錨固6m，樁徑800mm，中心距1．6m，人工成孔。預(yù)應(yīng)力錨索為拉力分散型錨索，成2m×2m梅花形布置，長13～19m，設(shè)計(jì)軸力150～300kN。
1工程概況
某工程邊坡由土石方開挖形成，坡高30m，
南北
2變形監(jiān)測方案及其成果
圖1邊坡典型設(shè)計(jì)斷面
作者簡介：孫岳（1981－），男，工程師，工學(xué)碩士，國家注冊土木（巖
土）工程師。
收稿日期：2012－11－26
邊坡施工采用了信息化施工方法，建立了完整
［1］
運(yùn)用了GPS、樁身測斜儀、振弦的安全監(jiān)測系統(tǒng)，
式測力計(jì)等設(shè)備和手段對邊坡進(jìn)行了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果顯示，在施工單位完成護(hù)坡樁冠梁后，開始進(jìn)行樁間土切坡卸載時(shí)，邊坡坡頂及護(hù)坡樁開始產(chǎn)生較大變形。其中，編號為34#的一根護(hù)坡樁變形最為顯著，其樁身最大變形分別于第1d（為方便表達(dá)以首次監(jiān)測到邊坡產(chǎn)生了較大變形之日為第1d）、44．74mm和第7d和第20d達(dá)到24．83mm、71.54mm，并相繼發(fā)出了黃色預(yù)警、橙色預(yù)警和紅色
預(yù)警，最后現(xiàn)場作業(yè)停止。與監(jiān)測數(shù)據(jù)相對應(yīng)，在邊坡后緣開始出現(xiàn)裂縫，裂縫最寬處達(dá)5cm，明顯裂縫長70m，錨噴面出現(xiàn)裂縫，并逐漸發(fā)展貫通，如圖2所示。監(jiān)測結(jié)果與實(shí)際工況對比分析結(jié)果表明，坡腳土石方超量開挖誘發(fā)了邊坡大變形的開展
。
將二者的監(jiān)測值進(jìn)行歸一化處理，得到S=某時(shí)勢，
刻樁身最大變形監(jiān)測值（或某時(shí)刻錨索軸力監(jiān)測值）/初始樁身最大變形監(jiān)測值（或初始錨索軸力監(jiān)S隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。由圖3可測值），
看出，樁身變形與錨索軸力總體上均表現(xiàn)出了兩個(gè)
但二者并不同步。從首次監(jiān)測到邊坡產(chǎn)發(fā)展階段，
生了較大變形之日起，護(hù)坡樁樁身最大變形就持續(xù)增大，直至20d后達(dá)到了71．54mm第一文庫網(wǎng)，最大增幅達(dá)288%，隨后在第32d陡增至150．93mm，并保持基本穩(wěn)定直至監(jiān)測結(jié)束。反之，錨索軸力在前20d的觀測期間內(nèi)基本保持不變，最大增幅僅為106%，隨后也在第32d發(fā)生了陡增，達(dá)到43．16kN后基本保持穩(wěn)定直至監(jiān)測結(jié)束。將二者的發(fā)展歷程與實(shí)際工況對比可以看出，當(dāng)邊坡受樁前土石方超量開挖而誘發(fā)了大變形時(shí)，護(hù)坡樁在第一時(shí)刻產(chǎn)生了響應(yīng)，產(chǎn)
而預(yù)應(yīng)力錨索軸力在開始以后生變形并持續(xù)增大，
的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)并未發(fā)生顯著變化，說明錨索并
未起到有效的加固作用
。
圖2坡頂和坡面裂縫
3
3．1
原因淺析
預(yù)應(yīng)力錨索未起到有效加固作用
從邊坡開始發(fā)生顯著變形到監(jiān)測結(jié)束，將其間的40余次監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以其中的34#樁為例進(jìn)行分析。表1所示為在幾個(gè)典型時(shí)刻34#樁身最大變形監(jiān)測值以及與之對應(yīng)的樁間腰梁預(yù)應(yīng)力錨索軸力監(jiān)測值。
表1
幾個(gè)典型時(shí)刻34#樁身最大變形與錨索軸力監(jiān)測值
樁身變形監(jiān)測
時(shí)間/d12671617203286
最大變形/mm24．8327．4242．7044．7454．0759．0071．54150．93160．80
增幅（相比第1天）/%100110172180218237288608647
錨索軸力監(jiān)測軸力/kN26．0926．7426．8525．0026．3226．2127．6543．1642．09
增幅（相比第1天）/%10010210395100．9100．5106．0165．4161．3
圖3樁身變形及錨索軸力的發(fā)展趨勢
3．2
地質(zhì)勘探揭露的地層不全面，預(yù)應(yīng)力錨索錨固段設(shè)計(jì)有誤
設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索長13～19m，可為什么沒有起到有效加固作用呢？邊坡的勘探深度取決于地面調(diào)查后推測的需要查明的地質(zhì)界限的深度及可能發(fā)生
［2］
依據(jù)GB50330－2002《建筑邊坡工變形的深度，，程技術(shù)規(guī)范》控制性勘探孔的深度應(yīng)穿過最深潛并應(yīng)進(jìn)入坡腳地形在滑動(dòng)面進(jìn)入穩(wěn)定層不小于5m，
剖面最低點(diǎn)和支護(hù)結(jié)構(gòu)基底下不小于3m。因此，準(zhǔn)確判斷最深潛在滑動(dòng)面是邊坡設(shè)計(jì)的前提和關(guān)鍵。根據(jù)邊坡勘察報(bào)告，鉆探揭露的地層分別為素填土、粘土混碎石、粘土和全風(fēng)化輝綠巖，未見石英巖分布，以此勘探結(jié)果為依據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力錨索錨固段均在粘土混碎石或全風(fēng)化輝綠巖內(nèi)。圖4所示為邊坡后緣基巖面出露情況。很顯然，在勘探前的調(diào)查測
為了更好地比較樁身變形與錨索軸力的發(fā)展趨
繪階段應(yīng)該可以判斷在該邊坡場地可能有石英巖面存在，應(yīng)將其作為重點(diǎn)調(diào)查對象之一，通過其形狀分
布與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)判斷其是否為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面
。
圖4滑坡現(xiàn)場照片
發(fā)生滑坡后，勘察單位進(jìn)行了滑坡勘察。典型的勘察斷面如圖5所示，將其與原設(shè)計(jì)典型斷面對原邊坡勘察并未完全揭露地層情況，在比可以看到，
全風(fēng)化輝綠巖下還有中風(fēng)化輝綠巖、強(qiáng)風(fēng)化石英巖和中風(fēng)化石英巖分布。滑坡現(xiàn)場踏勘表明，滑動(dòng)土體正是沿著全（中）風(fēng)化輝綠巖與強(qiáng)（中）風(fēng)化石英
巖面發(fā)生了滑動(dòng)。而預(yù)應(yīng)力錨索大部分錨固在了全（中）風(fēng)化輝綠巖內(nèi)，在邊坡發(fā)生較大變形時(shí)，預(yù)應(yīng)并未力錨索其實(shí)是跟隨滑動(dòng)土體一起發(fā)生了移動(dòng)，起到有效加固作用，相反在某種程度上增加了主動(dòng)土壓力
。
圖5滑坡勘察典型斷面
3．3
設(shè)計(jì)邊界條件選擇不當(dāng)，護(hù)坡樁嵌固深度不足
圖6所示為邊坡設(shè)計(jì)任務(wù)的界面劃分。從這張擬建排洪渠的第①級，由擬建排洪渠至護(hù)坡樁頂面
由護(hù)坡樁頂面至規(guī)劃道路的第③級，由規(guī)的第②級，
劃道路至庫區(qū)地面的第④級，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將這四級
坡面作為整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。而實(shí)際上是如何處理的
典型剖面可以看出，從坡頂開挖紅線至儲(chǔ)罐庫區(qū)底面標(biāo)高，實(shí)際上是由四級坡面組成，即由開挖頂面至
呢？由EPC總承包商負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)罐區(qū)、輔助生產(chǎn)設(shè)施和消防道路，即第④級坡面，設(shè)計(jì)采用重力式擋土墻，而將其不具備資質(zhì)和能力的第①、②和③級委托
從而將原本應(yīng)給了具有相應(yīng)資質(zhì)的勘察設(shè)計(jì)單位，
當(dāng)作為一個(gè)整體考慮的邊坡劃分為兩個(gè)部分。實(shí)際
上，這也是一種常規(guī)做法，大多數(shù)項(xiàng)目也都是這么處在高層建筑的建設(shè)過程中，建設(shè)單位往理的。比如，
往獨(dú)立于主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外將基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工委托給具有相應(yīng)資質(zhì)的勘察設(shè)計(jì)單位來完成。然而，邊坡設(shè)計(jì)人員卻片面地選取了設(shè)計(jì)對象，錯(cuò)誤地
將規(guī)劃道路作為支護(hù)模選取了支護(hù)模型邊界條件，
型的底面，認(rèn)為其所能提供的樁前被動(dòng)土壓力無限
大，設(shè)計(jì)護(hù)坡樁錨固段僅為6m（樁長16m），造成樁
相當(dāng)于把樁“懸在端標(biāo)高與罐區(qū)地面標(biāo)高相差4m，
。這為后來由于施工順序不當(dāng)誘發(fā)護(hù)坡樁了空中”
和邊坡發(fā)生較大變形而埋下了安全隱患。事實(shí)上，
經(jīng)過事后初步復(fù)核，即使護(hù)坡樁錨固深度僅為6m，在①～④段作為整體設(shè)計(jì)的支護(hù)體系中，理論上也是可以滿足穩(wěn)定性要求的。但前提必須是由上而下從實(shí)際分層分步開挖與支護(hù)直至罐區(qū)底面。然而，
操作上來講，這種設(shè)計(jì)方案又是不可行的。因?yàn)榧词乖谧o(hù)坡樁及其上部結(jié)構(gòu)施工完成，在進(jìn)行擋土墻施工時(shí)不得不開挖土石方，同時(shí)為便于施工，土石方又必然會(huì)導(dǎo)致樁前被動(dòng)土壓的開挖量往往非常大，力迅速減小，引起護(hù)坡樁和邊坡產(chǎn)生大變形
。
圖6邊坡設(shè)計(jì)界面劃分
4總結(jié)
1）在邊坡施工過程中建立合理有效的變形監(jiān)
之一。在工作界面劃分不當(dāng)?shù)那闆r下，設(shè)計(jì)人員又
導(dǎo)致護(hù)坡樁“懸在空沒能正確地選擇邊界條件，
，中”方案完全失效。
4）在本工程的樁－錨支護(hù)結(jié)構(gòu)中，無論是預(yù)應(yīng)力錨索還是護(hù)坡樁，其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)均不滿足規(guī)范其原因不是由于復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)定和力學(xué)要求，
又或是缺少多么精妙的計(jì)算方法，而是勘察程序的不嚴(yán)謹(jǐn)和設(shè)計(jì)人員的粗心大意，值得廣大勘察和設(shè)計(jì)人員警醒和思考。
參考文獻(xiàn)
［1］孫岳，王學(xué)武，王新濤．滑坡災(zāi)害治理中安全預(yù)警方法
2012，（5）：25～27及應(yīng)用．勘察科學(xué)技術(shù)，
［2］鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等．邊坡與滑坡工程治理．北
2007京：人民交通出版社，
測系統(tǒng)可以準(zhǔn)確預(yù)測支護(hù)體系的位移和應(yīng)力變化并
施工和設(shè)計(jì)人員能夠以此為依及時(shí)發(fā)出安全警報(bào)，
同時(shí)也可以利用監(jiān)測據(jù)及時(shí)調(diào)整施工和設(shè)計(jì)方案，
數(shù)據(jù)進(jìn)行事后分析和判斷，查明事故原因，汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
2）地質(zhì)調(diào)查是邊坡勘察和設(shè)計(jì)的前提，本工程不僅將地質(zhì)調(diào)查與工程勘察從形式上合二為一，而且在勘察階段也沒有進(jìn)行必要的地質(zhì)調(diào)查工作，勘察方案不當(dāng)，未能全面準(zhǔn)確地探明地質(zhì)情況，導(dǎo)致預(yù)
并未起到有效加固作用。應(yīng)力錨索錨固段設(shè)計(jì)有誤，
3）正確選擇邊界條件是邊坡設(shè)計(jì)的重要前提
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