馬 杰， 劉 華

(湖南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 工程概況

該項(xiàng)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(hù)工程，邊坡周邊環(huán)境較復(fù)雜，東側(cè)緊鄰山頂植被發(fā)育；北側(cè)坡底為稻田；西側(cè)為擬建新尾礦庫；南側(cè)即擬建堆礦坪，邊坡支護(hù)高度為20 m，設(shè)計(jì)為永久性支護(hù)，安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，設(shè)計(jì)使用年限50年，原設(shè)計(jì)采用樁錨支護(hù)方案。

本項(xiàng)目所處場(chǎng)地內(nèi)主要由粉質(zhì)黏土(Qel)、元古界冷家溪群第二巖組的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉質(zhì)板巖(PtIn2)、元古界冷家溪群第二巖組的中風(fēng)化泥質(zhì)粉質(zhì)板巖(PtIn2)組成。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，巖層局部有褶皺現(xiàn)象，工程地質(zhì)調(diào)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(fēng)化裂隙發(fā)育密集，風(fēng)化層厚2～5 m，場(chǎng)地構(gòu)造主要表現(xiàn)為巖石節(jié)理裂隙，裂隙破壞了巖體整體結(jié)構(gòu)的完整性。

2 邊坡的特點(diǎn)

設(shè)計(jì)后施工前，因坡腳重力式擋墻施工使邊坡場(chǎng)址出現(xiàn)塌方，設(shè)計(jì)要求邊坡先施工支護(hù)樁后挖土方，而塌方處理后變?yōu)橄韧谕练胶笫┕ぶёo(hù)樁。受上部使用空間要求和建筑紅線限制，除在坡頂削坡擴(kuò)坪外，還需要做成垂直邊坡才能滿足堆礦需求。因此實(shí)際施工的邊坡為高填方垂直排樁+錨索邊坡，與原設(shè)計(jì)初衷有很大改變。該邊坡2013年7月竣工驗(yàn)收，2015年7月邊坡支護(hù)排樁坍塌。邊坡支護(hù)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(shè)計(jì)、施工等原因。

3.1 勘察

對(duì)于地質(zhì)條件和環(huán)境條件復(fù)雜、有明顯變形跡象的一級(jí)邊坡工程，邊坡鄰近有重要建(構(gòu))筑物的邊坡工程應(yīng)進(jìn)行專門性邊坡工程的地質(zhì)勘察。本項(xiàng)目?jī)H針對(duì)新建廠房建設(shè)項(xiàng)目布置鉆孔，未針對(duì)邊坡支護(hù)工程進(jìn)行布孔，勘察工作沒有達(dá)到一級(jí)邊坡關(guān)于支護(hù)設(shè)計(jì)和施工的勘察要求。工程勘察資料和結(jié)論是設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，勘察資料不準(zhǔn)、不詳，勘察結(jié)論不完備或不準(zhǔn)確，從而為邊坡支護(hù)工程埋下事故隱患。

3.2 設(shè)計(jì)情況核查分析

3.2.1 計(jì)算模型的復(fù)核

滑坡推力計(jì)算的工況較多，針對(duì)本工程計(jì)算模型進(jìn)行復(fù)核，簡(jiǎn)要說明如下：工況1為按原設(shè)計(jì)的坡面、水面、滑面參數(shù)；工況2為按工況1參數(shù)，并考慮60 kN/m2超載；工況3為按實(shí)測(cè)原設(shè)計(jì)控制剖面建模，考慮60 kN/m2超載； 工況4為按竣工圖對(duì)應(yīng)控制剖面建模，考慮60 kN/m2超載。

設(shè)計(jì)應(yīng)采用全過程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，計(jì)算模型應(yīng)根據(jù)施工開挖反饋信息進(jìn)行調(diào)整。初步設(shè)計(jì)采用工況1是合理，但設(shè)計(jì)有60 kN/m2的坡頂超載，計(jì)算模型是通過增加滑動(dòng)體坡頂厚度3 m進(jìn)行模擬，但增加3 m后坡頂高度剛好20 m。對(duì)于本邊坡在施加支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，坡體已進(jìn)行開挖，開挖破壞了坡體的平衡，坡體內(nèi)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)重新調(diào)整，同時(shí)坡體內(nèi)各部分會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形，以便達(dá)到新的平衡。原設(shè)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)坡面的變化，這是不安全的。

3.2.2 錨索失效的復(fù)核

當(dāng)輸出電壓vo不變，電容取值增大則相應(yīng)的電流也會(huì)增加，為確保負(fù)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(dāng)于在電流內(nèi)環(huán)加入了一個(gè)電容反饋裝置，改變相應(yīng)的電流期望值則等效于虛擬電容的影響。

錨索設(shè)計(jì)資料的錨索軸向拉力設(shè)計(jì)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(huì)出現(xiàn)鋼絞線拔出破壞的情況。支護(hù)不考慮錨索的作用，并且不考慮安全儲(chǔ)備，相應(yīng)計(jì)算結(jié)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(huì)發(fā)生剪切破壞，工況1～工況4排樁均會(huì)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(huì)發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)破壞，工況2～工況4均會(huì)發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)破壞；錨索失效后，工況1～工況4均會(huì)發(fā)生傾覆失穩(wěn)破壞。對(duì)比可知：各工況發(fā)生傾覆失穩(wěn)破壞比發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)破壞的可能性大。由分析可知，該邊坡工程如不出現(xiàn)錨索失效，雖不滿足相應(yīng)規(guī)范要求，安全儲(chǔ)備不足，但基本不會(huì)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(shù)表

表3 抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)

3.2.3剪力墻的復(fù)核

施工單位自行增加無基礎(chǔ)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(dāng)于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(dǎo)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(xiàng)目為高填方邊坡，需進(jìn)行專項(xiàng)施工方案專家論證，施工過程中涉及的鉆孔、注漿、預(yù)應(yīng)力錨索張拉、土方回填、施工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及必要的試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告等關(guān)鍵技術(shù)資料缺乏，竣工圖紙表述不完善；對(duì)于本邊坡未做專項(xiàng)施工監(jiān)測(cè)方案及記錄；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與原設(shè)計(jì)發(fā)生明顯變化時(shí)，未按照程序進(jìn)行變更，這些都增加了支護(hù)結(jié)構(gòu)的不安全性。

4 邊坡坍塌主要原因分析

通過對(duì)本邊坡勘察、設(shè)計(jì)、施工資料及現(xiàn)場(chǎng)情況分析，本邊坡發(fā)生坍塌的主要原因?yàn)椋含F(xiàn)場(chǎng)開挖情況與邊坡設(shè)計(jì)發(fā)生很大變化時(shí)未進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。原設(shè)計(jì)的挖方邊坡變成高填方邊坡，邊坡的設(shè)計(jì)方法、施工工藝及受力體系發(fā)生質(zhì)的變化，對(duì)整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力造成不利的影響。施工單位自行變更設(shè)計(jì)，調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)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(cè)向位移時(shí)受力很大，導(dǎo)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(shí)，此區(qū)域降雨量大，大氣降水和地表水不能及時(shí)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(duì)邊坡坡體進(jìn)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(gòu)錨索，格構(gòu)間采用鋼筋混凝土板并設(shè)置仰斜式排水孔；邊坡做好地表排水，坡頂及坡面設(shè)置截水溝，坡腳設(shè)置排水溝，有利于堆填的礦渣內(nèi)水排除。

6 結(jié)論

對(duì)平江某填筑邊坡坍塌事故原因的分析，得出以下結(jié)論：

(1)邊坡施工是一項(xiàng)技術(shù)難度較大的工程，各參建方必須嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

(2)邊坡施工過程通常會(huì)與原設(shè)計(jì)有差異，必須嚴(yán)格執(zhí)行信息化施工和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，避免出現(xiàn)嚴(yán)重安全事故。

(3)邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞或坍塌是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，對(duì)邊坡工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)有利于提前了解邊坡的動(dòng)態(tài)，對(duì)其進(jìn)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而能提前采取一定的應(yīng)急和預(yù)防措施，減少邊坡坍塌造成的危害。