鶴煤集團精細化工公司邊坡滑移原因及治理

呂長江 呂向明

(河南煤業化工集團鶴煤電石廠，河南鶴壁 458050)

1 工程概況

鶴煤集團精細化工公司廠區位于鶴壁市山城區西環路西側，為丘陵地帶，東側為鶴煤集團公司甲醇廠，精細化工公司與甲醇廠兩個廠區設計地面高差36 m，高差由護坡過渡，平面布置見圖1，圖 2。

圖1 廠區布置示意圖

圖2 平整剖面示意圖

場地平整挖填量為50萬m3，設計考慮土石方挖填就地平衡。東護坡回填區下原為農田，土壤濕度大，基本處于飽和狀態。

2 護坡滑移原因分析

鶴煤集團精細化工公司東側護坡設計坡度1∶1．3，兩個坡面間設置一個平臺過渡，根據回填區為碎石土土質情況選擇1∶1．3的設計坡度，坡度取值符合相關規程要求，護坡滑移不是坡面坡度取值不當造成的;回填體與山體接觸坡面從理論上講為一滑移面，但是原山體坡面非常粗糙，布滿大塊巖石，不存在粘性風化物，且回填范圍超過坡面寬度，回填超過坡面范圍部分對坡面上的回填體起抗滑穩定作用，回填體不可能沿著原山體坡面滑移(見圖3)。

圖3 回填范圍示意圖

從護坡滑移前坡腳以外5 m范圍內地面明顯向上隆起，滑移后護坡下段向上凸起，護坡上段向下凹陷的變形情況，結合施工護坡基礎時發現回填區土壤濕度大，基本處于飽和狀態，且粘性土層下有灰褐色不透水的膨脹土層情況分析，護坡滑移是由于填方區回填深度大，最高處回填高度達36m，回填土石容重按18 kN/m3計算，造成回填后的地層壓應力增加高達648 kPa/m2，一般情況下粘土的承載力較高時也就200 kPa/m2左右，濕度較大時120 kPa/m2左右甚至更低，這大大高于回填區上部地層的允許抗壓強度，這樣高的壓應力作用于來不及通過排水固結提高強度的基本飽和土層，必然導致產生過大的豎向變形，飽和土是不可壓縮的，根據泊松原理，土層在被豎向壓縮的同時必產生相應的側向膨脹，地層總體積基本不變。

在回填區寬度較大的情況下，凡回填應力超過原土體的承載力的范圍部分，都會產生側向變形，回填區超過原土體的承載力的范圍越大，積累的側向變形值也將越大，回填區壓應力超過承載力范圍的區域地基土可以看作處于不穩定狀態，是引起土層滑動的動力源，屬于有側向滑移趨勢土體;回填小于一定的高度，產生的應力小于原地面土體承載力及護坡坡角以外一定范圍的土體屬于側向抗滑移土體，這部分土體及其上部回填土對高應力區土體有反壓作用，使滑移面摩擦力增大，能夠限制土層的側向移動，屬于抗滑移穩定土體;當側向滑移土體產生的側向剪切力大于抗滑移土體沿著剪切面土體的抗剪強度時，造成回填區原地面土層沿著剪切滑動面向外滑動，推動坡角外土體上翻，原地面土體連同坡面回填土及毛石護坡斜向上方滑移后達到新的平衡位置后趨于穩定狀態(地層失穩滑動受力分析見圖4)。滑移后的邊坡輪廓見圖4中虛線。

圖4 護坡滑移原理示意圖

3 設計施工應采取的措施

高填方區護坡因地層失穩破壞是不可小覷的護坡破壞形態，設計必須在有工程地質勘察資料的情況下進行，鶴煤集團精細化工項目為設計施工總承包工程，委托之初護坡部分未列入工程總承包范圍內，后來設計單位僅憑經驗設計護坡斷面施工圖，失誤在于設計前未要求進行回填區工程地質勘察，對地層存在的基本飽和軟弱土層未采取工程治理措施。為避免類似工程事故的發生，對處于高填方區的護坡設計之前必須進行工程地質勘察，探明有無軟弱飽和土層，軟弱膨脹土層等不良地基，探明土層力學性能指標。對存在飽和與基本飽和土層的，必須進行地基承載力計算，地基承載力不能滿足要求，應進行排水固結設計，通過排水固結工程治理措施，使土層在壓應力增加的同時土層水分得到排除，從而實現土層具有可壓縮性，強度得到提高。需要特別注意的是，含水量較高的土層，如果地層排水通道不暢，在豎向應力作用下，壓縮到一定程度后會轉變為飽和狀態，要實現土層豎向被壓縮的同時不產生過大的剪切應力，關鍵在于土層豎向被壓縮的過程中，土層始終處于不飽和狀態。實現土體排水固結的方法很多，具體采取何種方法應該通過設計優化選定。筆者認為，本工程為土石方回填工程，不需要對軟弱地層進行預壓處理，若回填之前在高應力區土層內設置碎石樁，樁頂做縱橫雙向排水盲溝排水，通過碎石樁空隙容水及建立排水通道，隨著回填土引起的應力增加，能夠實現土層的逐漸固結，防止地層失穩。如果易失穩的地層較薄，清除易失穩土層應該是優選的地基處理方法。設計應采取防止雨水浸潤土層的構造措施，固結排水通道施工完成后，回填之前應將回填區地面壓實，設計隔水層。回填完成后應采取截水堵水措施防止地面雨水大量進入回填區內。

施工方面應該適當放緩填方速度，使得土層水分隨著回填區地層應力增加能夠緩慢排出。應注意提高毛石護坡施工質量，防止坡面雨水下滲。

4 滑移后的護坡治理措施

鶴煤集團精細化工公司回填區東側護坡回填結束，坡面施工基本完成后，護坡坡腳產生了較為嚴重的向外滑移，護坡中段滑移量較大，滑移后暫停了護坡施工，經過近一年的觀察，期間經歷兩個雨季，未發生新的坡腳移動和坡面下滑，說明經過滑移后地層處于新的平衡狀態，隨著時間的推移，地層逐漸固結，承載力有所提高，地層內產生的剪切力會緩慢下降，地層抗剪強度隨著地層固結，抗剪能力會逐步提高，今后，地層壓應力若無增加，控制好雨水不要進入回填區浸泡地層，應當不會產生新的地層失穩及二次滑移。

基于上述分析，筆者在護坡滑移治理論證會上提出，治理措施必須能夠保持滑移后的平衡狀態不被破壞為原則，具體做法是，根據對坡腳外所作的補充地質勘察報告，按照地質報告提供的滑動面深度重新確定護坡的新起點，使在新的護坡起點開挖護坡坡腳基礎時不至于破壞地層剪切應力的傳遞，也就不至于打破回填區地層的穩定平衡狀態，從新的坡腳向上按1∶1．3的坡度向上做護坡，至原設計第一個過渡平臺結束(見圖5)。

圖5 滑坡治理選定坡腳示意圖

原平臺以上護坡變形并不嚴重，坡面僅作局部順坡及重新勾縫，這樣處理既增加了抗滑移穩定區域的重量起到反壓作用，又不增加護坡上部的重量，避免高應力區地層應力增加后產生新的側向膨脹，能夠確保治理施工過程中及治理后的地層穩定。

5 結語

處于受壓后含水量有可能飽和的軟弱地層上回填區的人工邊坡，因地層失穩造成護坡破壞是不可小覷的護坡破壞形態，解決此類問題關鍵是根據工程地質勘察報告進行地層承載力驗算，對有可能失穩地層進行排水固結設計，防止地層出現側向膨脹造成地層失穩。一旦因地層失穩護坡滑移破壞，其治理原則是治理施工過程中及治理后地層的受力平衡狀態不能被打破，否則有可能造成二次滑移。