某工程邊坡失穩原因淺析

某工程邊坡失穩原因淺析

孫

岳

1

王志云

2

匡三峁

1

谷峰

1

（1．中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司北京市100085

2．大連海洋大學海洋與土木工程學院遼寧·大連116023）

提要該文以工程邊坡為例，首先以變形監測數據為基礎并與實際工況對應，說明了預應力錨索在樁－錨支護結構中并未起到有效加固作用，而后再以滑坡勘探結果為依據，探明了錨索失效的根本原因，最后分析了邊界條件選擇錯誤的原因和后果。經過一系列分析說明，在邊坡施工過程中建立有效的變形監測體系是有必要的，造成本工程邊坡失穩的根本原因是勘察程序的不嚴謹和設計人員的粗心大意，值得廣大勘察設計人員警醒和思考。關鍵詞

邊坡

失穩

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。邊坡設計采用預應力錨索+護坡樁+噴射混凝土面板墻支護形式，典型設計斷面如圖1所示。設計坡比為1∶0．65，護坡樁長16m，錨固6m，樁徑800mm，中心距1．6m，人工成孔。預應力錨索為拉力分散型錨索，成2m×2m梅花形布置，長13～19m，設計軸力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變形監測方案及其成果

圖1邊坡典型設計斷面

作者簡介：孫岳（1981－），男，工程師，工學碩士，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］

運用了GPS、樁身測斜儀、振弦的安全監測系統，

式測力計等設備和手段對邊坡進行了實時動態監測。監測結果顯示，在施工單位完成護坡樁冠梁后，開始進行樁間土切坡卸載時，邊坡坡頂及護坡樁開始產生較大變形。其中，編號為34#的一根護坡樁變形最為顯著，其樁身最大變形分別于第1d（為方便表達以首次監測到邊坡產生了較大變形之日為第1d）、44．74mm和第7d和第20d達到24．83mm、71.54mm，并相繼發出了黃色預警、橙色預警和紅色

預警，最后現場作業停止。與監測數據相對應，在邊坡后緣開始出現裂縫，裂縫最寬處達5cm，明顯裂縫長70m，錨噴面出現裂縫，并逐漸發展貫通，如圖2所示。監測結果與實際工況對比分析結果表明，坡腳土石方超量開挖誘發了邊坡大變形的開展

。

將二者的監測值進行歸一化處理，得到S=某時勢，

刻樁身最大變形監測值（或某時刻錨索軸力監測值）/初始樁身最大變形監測值（或初始錨索軸力監S隨時間的變化曲線如圖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出了兩個

但二者并不同步。從首次監測到邊坡產發展階段，

生了較大變形之日起，護坡樁樁身最大變形就持續增大，直至20d后達到了71．54mm第一文庫網，最大增幅達288%，隨后在第32d陡增至150．93mm，并保持基本穩定直至監測結束。反之，錨索軸力在前20d的觀測期間內基本保持不變，最大增幅僅為106%，隨后也在第32d發生了陡增，達到43．16kN后基本保持穩定直至監測結束。將二者的發展歷程與實際工況對比可以看出，當邊坡受樁前土石方超量開挖而誘發了大變形時，護坡樁在第一時刻產生了響應，產

而預應力錨索軸力在開始以后生變形并持續增大，

的相當一段時間內并未發生顯著變化，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

預應力錨索未起到有效加固作用

從邊坡開始發生顯著變形到監測結束，將其間的40余次監測數據進行統計，并以其中的34#樁為例進行分析。表1所示為在幾個典型時刻34#樁身最大變形監測值以及與之對應的樁間腰梁預應力錨索軸力監測值。

表1

幾個典型時刻34#樁身最大變形與錨索軸力監測值

樁身變形監測

時間/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展趨勢

3．2

地質勘探揭露的地層不全面，預應力錨索錨固段設計有誤

設計預應力錨索長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查后推測的需要查明的地質界限的深度及可能發生

［2］

依據GB50330－2002《建筑邊坡工變形的深度，，程技術規范》控制性勘探孔的深度應穿過最深潛并應進入坡腳地形在滑動面進入穩定層不小于5m，

剖面最低點和支護結構基底下不小于3m。因此，準確判斷最深潛在滑動面是邊坡設計的前提和關鍵。根據邊坡勘察報告，鉆探揭露的地層分別為素填土、粘土混碎石、粘土和全風化輝綠巖，未見石英巖分布，以此勘探結果為依據設計預應力錨索錨固段均在粘土混碎石或全風化輝綠巖內。圖4所示為邊坡后緣基巖面出露情況。很顯然，在勘探前的調查測

為了更好地比較樁身變形與錨索軸力的發展趨

繪階段應該可以判斷在該邊坡場地可能有石英巖面存在，應將其作為重點調查對象之一，通過其形狀分

布與抗剪強度指標判斷其是否為最危險滑動面

。

圖4滑坡現場照片

發生滑坡后，勘察單位進行了滑坡勘察。典型的勘察斷面如圖5所示，將其與原設計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，

全風化輝綠巖下還有中風化輝綠巖、強風化石英巖和中風化石英巖分布。滑坡現場踏勘表明，滑動土體正是沿著全（中）風化輝綠巖與強（中）風化石英

巖面發生了滑動。而預應力錨索大部分錨固在了全（中）風化輝綠巖內，在邊坡發生較大變形時，預應并未力錨索其實是跟隨滑動土體一起發生了移動，起到有效加固作用，相反在某種程度上增加了主動土壓力

。

圖5滑坡勘察典型斷面

3．3

設計邊界條件選擇不當，護坡樁嵌固深度不足

圖6所示為邊坡設計任務的界面劃分。從這張擬建排洪渠的第①級，由擬建排洪渠至護坡樁頂面

由護坡樁頂面至規劃道路的第③級，由規的第②級，

劃道路至庫區地面的第④級，在設計時應將這四級

坡面作為整體進行設計。而實際上是如何處理的

典型剖面可以看出，從坡頂開挖紅線至儲罐庫區底面標高，實際上是由四級坡面組成，即由開挖頂面至

呢？由EPC總承包商負責設計罐區、輔助生產設施和消防道路，即第④級坡面，設計采用重力式擋土墻，而將其不具備資質和能力的第①、②和③級委托

從而將原本應給了具有相應資質的勘察設計單位，

當作為一個整體考慮的邊坡劃分為兩個部分。實際

上，這也是一種常規做法，大多數項目也都是這么處在高層建筑的建設過程中，建設單位往理的。比如，

往獨立于主體結構設計之外將基坑支護設計與施工委托給具有相應資質的勘察設計單位來完成。然而，邊坡設計人員卻片面地選取了設計對象，錯誤地

將規劃道路作為支護模選取了支護模型邊界條件，

型的底面，認為其所能提供的樁前被動土壓力無限

大，設計護坡樁錨固段僅為6m（樁長16m），造成樁

相當于把樁“懸在端標高與罐區地面標高相差4m，

。這為后來由于施工順序不當誘發護坡樁了空中”

和邊坡發生較大變形而埋下了安全隱患。事實上，

經過事后初步復核，即使護坡樁錨固深度僅為6m，在①～④段作為整體設計的支護體系中，理論上也是可以滿足穩定性要求的。但前提必須是由上而下從實際分層分步開挖與支護直至罐區底面。然而，

操作上來講，這種設計方案又是不可行的。因為即使在護坡樁及其上部結構施工完成，在進行擋土墻施工時不得不開挖土石方，同時為便于施工，土石方又必然會導致樁前被動土壓的開挖量往往非常大，力迅速減小，引起護坡樁和邊坡產生大變形

。

圖6邊坡設計界面劃分

4總結

1）在邊坡施工過程中建立合理有效的變形監

之一。在工作界面劃分不當的情況下，設計人員又

導致護坡樁“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－錨支護結構中，無論是預應力錨索還是護坡樁，其關鍵技術參數均不滿足規范其原因不是由于復雜的地質結構規定和力學要求，

又或是缺少多么精妙的計算方法，而是勘察程序的不嚴謹和設計人員的粗心大意，值得廣大勘察和設計人員警醒和思考。

參考文獻

［1］孫岳，王學武，王新濤．滑坡災害治理中安全預警方法

2012，（5）：25～27及應用．勘察科學技術，

［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，

測系統可以準確預測支護體系的位移和應力變化并

施工和設計人員能夠以此為依及時發出安全警報，

同時也可以利用監測據及時調整施工和設計方案，

數據進行事后分析和判斷，查明事故原因，汲取經驗教訓。

2）地質調查是邊坡勘察和設計的前提，本工程不僅將地質調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行必要的地質調查工作，勘察方案不當，未能全面準確地探明地質情況，導致預

并未起到有效加固作用。應力錨索錨固段設計有誤，

3）正確選擇邊界條件是邊坡設計的重要前提

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