某加油站場地高陡邊坡滑坡的成因分析及應對措施

田同鑫

〔中石化森美(福建)石油有限公司 福建福州 350003〕

我國土地資源供應嚴重短缺，大量的工程建設場地選擇較大規模開挖、回填場地，使我國高陡邊坡數量、規模急劇增大[1]。福建省屬于丘陵地貌、八山一水一分田，加油站土地規劃多設置在國省道邊，多為山體、峽谷邊，很少布置在集中工業區、商住區等大塊平坦地域，三通一平需大量的削坡填土工作。然而，近年來高陡邊坡工程質量問題甚至安全質量事故屢見不鮮，常見原因主要有勘察失誤、未進行施工設計或設計不科學、施工中偷工減料、不合理壓縮工期等，造成很大損失[2-4]。不同區域不同地質條件滑坡地質災害影響因素繁多又錯綜復雜，且隱蔽性強，滑坡地質災害主要原因往往較難辨析。因此，開展高陡邊坡工程滑坡地質災害成因分析及應對措施研究不僅有廣闊的工程應用前景，而且具有較大技術經濟價值。

依托沿海地區某新建加油站三通一平階段高陡邊坡支護施工過程中發生滑坡地質災害工程實例，基于較完整的勘察設計資料、現場施工過程照片及監測數據等，分析了高陡邊坡支護施工過程中滑坡地質災害的主要原因并提出新的支護設計方案。研究成果可為類似復雜地質條件下高陡邊坡支護工程的設計、施工及相關理論研究提供參考。

1 工程概述

1.1 工程概況

該擬建加油站場地屬于某市濱海公路，屬丘陵斜坡地貌，因坡腳加油站的建設，坡腳場地整平標高約7.0 m(1985年國家高程)。需對周邊斜坡進行開挖，開挖后邊坡平面呈L型，開挖后將在場地的北側、東側形成高約13～24 m高的開挖邊坡，其中東側開挖邊坡長度約47 m、坡高13～24 m；北側開挖邊坡長約74 m、坡高17～24 m。受用地紅線及地形地貌限制，形成高陡邊坡。若長期暴露，邊坡可能存在潛在的滑坡、崩塌、掉塊、落石地質災害，后果嚴重，邊坡工程安全等級為一級，須進行工程治理。

邊坡支護設計方案采用上部放坡、加坡面骨架護坡，中部采用框架錨桿，底部片石混凝土擋土墻的三級支護形式。2020年8月邊坡北側上部骨架、中部框架完成，底部擋墻基槽開挖后，現場施工人員發現底部坡面發生崩塌、中部下沉、坡頂地表開裂等現象，立刻停工，采取回填反壓等應急措施。

1.2 工程地質、水文地質概況

經地質勘察鉆探揭示，表明場地巖土層結構相對較簡單，巖土層自上而下，主要有素填土、粉質黏土、含碎塊石粉質黏土、孤石、全風化凝灰巖、砂土狀強風化凝灰巖、碎塊狀強風化凝灰巖、中風化凝灰巖。

從典型地質剖面看，坡頂基巖頂面高程約19.05 m(ZK3孔)，坡腳基巖頂面高程約為4.15 m，基巖埋深約10 m，基巖頂面以上分布有強風化凝灰巖、含碎塊石粉質黏土、粉質黏土；孤石僅ZK4鉆孔有一個揭示。

場地內地表水體不發育，未見地表水流。坡積層孔隙潛水主要賦存于含碎塊石粉質黏土層中。由于中間含有碎塊石，其透水性相對較強，富水性一般，孔隙潛水以地下徑流的形式由高處向低處滲透，主要靠大氣降水補給及同水文地質單元內同一含水層的側向補給，旱季含水量少，雨季含水量豐富，其動態取決于大氣降水。

勘察期間，勘探孔深度內未見有地下水，斜坡坡底未見泉水出露和滲水現象；在強降雨條件下，可形成埋深約1.5 m且與邊坡地形基本一致的滲流水位面。

1.3 設計概況

設計方案采用削坡減載+錨桿框架梁+重力式擋土墻+截水骨架+截、排水系統。邊坡自下而上分三級放坡，第一級邊坡均采用重力式擋土墻支護，墻高度4.5～5.0 m，墻面坡率1∶0.25，墻背坡率為1∶0.1，采用C20片石混凝土現澆，擋墻內設置一排仰斜式排水孔、孔深8 m，間距5 m；第二級邊坡坡面采用1∶0.5～1∶0.7的坡率削坡卸載，并設置錨桿框架梁，錨桿框架梁梁高寬為0.3 m×0.35 m，錨桿長度分別為12 m、9 m、6 m，錨桿的設計錨固力為100 kN；第三級邊坡坡面采用1∶1.25削坡卸載，設置截水骨架并結合植草綠化，骨架采用C20片石混凝土現澆。

1.4 施工過程中邊坡崩塌

邊坡支護工程于2019年10月開工。截至2020年8月，上部骨架護坡及中部框架錨桿已完成施工。錨桿框架施工期間，北側中部出現地下水滲流、局部產生坍塌。施工單位采用石塊、水泥進行嵌補。下部東側及北側靠東約15 m左右坡腳擋土墻基礎基槽開挖后，完成了擋土墻施工。北側邊坡中西段下部擋墻基槽開挖后，北側中段坡腳發生局部崩塌，其上部截水骨架坡體出現開裂，坡面出現多條下錯的張拉裂縫。裂縫呈近似圓弧狀，長度約20 m。框架梁出現斜向剪切裂縫，邊坡前緣坡體出現鼓脹變形，平臺出現下沉現象，框架梁下部出現懸空，坡面底部有泉水滲出。發現險情后，施工單位現場人員立即報告建設單位，現場停止施工、施工人員撤離危險影響范圍。

1.5 應急處理措施

建設單位接到滑坡地質災害險情后，組織設計、勘察單位現場踏勘，采取應急措施如下：北段邊坡下部進行回填反壓，開挖臨時排水溝排水；骨架護坡下錯裂縫和拉裂縫處采用塑料布覆蓋，防止地表水、雨水入滲坡體，并加強邊坡監測。應急措施實施后，邊坡變形速率逐漸減小，滑坡發展得到初步控制。但邊坡仍處于不穩定狀態，若進入雨季或強降雨，滑坡變形可能繼續發展，危及坡腳場地安全。

鑒于滑坡地質災害影響因素繁多、錯綜復雜且隱蔽性強，需找出主要原因后采取有針對性應對措施，方能形成經濟、科學的解決方案。建設單位隨后組織召開專家咨詢會，分析高陡邊坡滑坡地質災害成因，對邊坡進行補充勘察，根據勘察成果重新設計地災治理方案。

2 引發滑坡地質災害原因分析

根據加油站高陡邊坡治理工程地質災害補充勘察報告，綜合原勘察報告、原設計方案、施工過程、邊坡監測成果等資料，對高陡邊坡滑坡地質災害原因進行分析。

2.1 地質構造及地貌原因

(1)崩坡積塊石及碎石粉質黏土層厚度大。滑坡位置位于山脊西南坡的凹坡地段坡腳地段，上部自然斜坡20°～35°，且后側山坡延伸較遠，匯水面積較大，凹坡地形有利雨水匯集。崩坡積塊石及碎石粉質黏土為坡積、崩積成因，主要為凝灰巖風化巖崩落堆積而成，最大厚度達11.9 m，主要成分為黏性土，不均勻夾有塊石及碎石，含量約25%～45%。土層均勻性極差、結構松散，強度相對較低；崩坡積粉質黏土層含有大尺寸滾石、塊石、碎石，含碎石及塊石富集地段滲透性好，造成地下水富集。由于8月為雨水季節，地表水大量滲入，形成與邊坡地形基本一致的滲流水位面。一方面地下水的滲流增加坡體的動水壓力，增加了土體容重、下滑力；另一方面由于上部含碎塊石崩坡積粉質黏土和風化層滲透性的差異，地下水易在交界面形成滯水區，降低土體抗剪強度，增加下滑力。崩坡積粉質黏土層含有塊石、碎石，滲透性好，易形成地下水滲流通道，坡腳剪出口地段粉質黏土和下伏全風化巖飽水軟化，再加上坡腳開挖，相當于抗滑段土體被挖除，邊坡抗滑力不足以抵抗下滑力，形成了滑動面，引發邊坡變形發生，牽引邊坡后緣開裂，降水直接入滲土體，增大了滑坡推力，進一步加劇邊坡失穩，導致滑坡、崩塌的發生。

(2)孤石多且大。崩坡積塊石及碎石粉質黏土及全風化凝灰巖層內分布大量的孤石，最大孤石達15.5 m3，勘察期間鉆孔遇到過大的孤石時，誤認為已達到中風化基巖層而終止鉆孔。例如場地北側坡頂原勘察報告中風化基巖頂面高程約19.05 m，坡腳中風化基巖頂面高程約為4.15 m，中風化基巖埋深約10 m；但補充勘察坡頂中風化基巖頂面高程約5.15 m，中風化基巖埋深達35 m，坡腳中風化基巖埋深很大、未揭露；原勘察地質剖面圖與補充勘察地質剖面相比，巖土層分布差異較大，特別是對中風化基巖層埋深判斷差別很大，對支護設計影響較大。

2.2 原設計方案原因

從原設計方案初步判斷支護方案設計錨桿長度、錨桿軸向拉力標準值偏小，仰斜式排水孔布置數量、長度不足，不利于坡體地下深層排水。依據原勘察資料中的地質剖面及設計計算參數值，對原支護設計方案天然工況邊坡穩定性計算。由于地勘未提供飽和工況下的設計計算參數，故原支護設計方案飽和工況下邊坡穩定性未做計算。天然狀態下整體滑動穩定最小安全系數為1.263，不滿足《GB 50330-2013建筑邊坡工程技術規范》要求。

依據補充勘察資料中的地質剖面及設計計算參數值，對原支護設計方案天然工況和飽和工況下邊坡穩定性計算，天然狀態下整體滑動穩定最小安全系數為1.212，不滿足建筑邊坡工程規范要求；飽和狀態下整體滑動穩定最小安全系數為0.843，不滿足建筑邊坡工程規范要求。

2.3 施工工序原因

該邊坡工程2019年10月開工，未按自上而下分層分段的順序施工。施工至第二級邊坡時，邊坡削坡后，北側西段邊坡土體發生崩塌，崩塌寬度約12 m、高度約7 m，厚度約2.0～2.5 m，崩塌方量約150 m3；后采用漿砌塊石補平坡面，后施工錨桿、框架梁；坡頂未設置截排水溝。

施工未自上而下分層分段土方開挖、支護，未支護邊坡暴露時間過長，導致邊坡局部崩塌，加劇覆蓋層崩坡積塊石碎石粉質黏土層結構松散，施工期間坡頂截排水系統不完善，加大雨水下滲量，邊坡穩定性大幅度降低。

2.4 邊坡變形監測結果驗證

由于邊坡仍處于變形發展期，為確保補充勘察作業期間安全，在邊坡坡頂、平臺及坡腳各布設一排水平位移及沉降監測點，并在平臺布設3個、坡頂布設2個深層水平位移測斜管。

補充勘查期間(2020年12月22日至2021年2月22日)邊坡監測結果為：坡頂水平位移4.18～6.17 mm，變形速率0.07～0.10 mm/d，沉降0.06～1.73 mm，沉降速率0.00～0.03 mm/d；平臺水平位移3.64～4.96 mm，變形速率0.06～0.08 mm/d，沉降0.24～2.14 mm，沉降速率0.00～0.04 mm/d；坡腳水平位移3.39～4.99 mm，變形速率0.06～0.08 mm/d，沉降0.09～1.78 mm，沉降速率0.01～0.03 mm/d。根據沉降監測結果可知，深層位移測斜管由于埋設時間較短，下半年為旱季、水平位移較小。從監測成果分析，平臺測斜管最大水平位移0.81～1.49 mm，約處于深4～7 m位置，佐證了滑動面位于崩坡積碎塊石粉質黏土與全風化凝灰巖交界面附近，驗證了上述分析結果。

3 改進措施

根據滑坡形成的機制、可能產生破壞的模式、影響因素，結合滑坡實際情況，參考該區域滑坡防護經驗，對場地滑坡區域采取如下治理設計方案：上級邊坡(原骨架護坡段)增設框架+錨桿支護，對滑坡體可進行適當的修坡，對后緣裂縫采用黏土回填夯實或灌漿封閉；中級邊坡增設抗滑樁+預應力錨索+框架錨索支護。由于邊坡已經形成，受條件限制，可在平臺和擋墻之間布設一排抗滑樁。施工前，應繼續回填至抗滑樁頂位置，形成施工平臺。抗滑樁位置避開原框架豎梁，抗滑樁施工完成后再布設錨索，拆除已經損壞的框架，進行抗滑樁冠梁及新框架施工，鎖定錨索；下級邊坡已施工擋墻位置不變，未施工擋墻地段可采用重力式擋墻，減少抗滑樁的懸臂高度，有利于控制抗滑樁變形及減小剛度。

由于場地邊坡巖土層存在較多滾石、孤石，采用人工挖孔樁難度較大，建議抗滑樁采用沖鉆孔灌注樁或旋挖灌注樁，抗滑樁進入滑動面穩定地層的深度應滿足抗傾覆、抗滑移要求。增設兩排仰斜式泄水孔，采用Φ110 mm排水孔、上斜5%、長25 m。

4 結束語

通過現場勘察、資料分析、理論分析及模型計算，對該加油站高陡邊坡支護施工過程發生滑坡地質災害的主要原因進行分析，得到如下結論及建議。

(1)場地內地質成因復雜，坡頂覆蓋層崩坡積塊石碎石粉質黏土層較厚、結構松散，孤石多且大，導致地勘成果未能全面反映真實邊坡地質情況，是本工程滑坡地質災害的根本原因。

(2)原設計方案錨桿錨固段長度、錨固力不足，邊坡仰斜式排水孔長度短、數量少，是本工程滑坡地質災害的設計原因。

(3)施工未自上而下分層分段土方開挖、支護，未支護邊坡暴露時間過長，導致邊坡局部崩塌，加劇覆蓋層崩坡積塊石碎石粉質黏土層結構松散，施工期間坡頂截排水系統不完善，加大雨水下滲量，邊坡穩定性顯著降低，是本工程滑坡地質災害的施工原因。

對于類似地質情況的工程，建議加強崩坡成因地貌現場勘察及分析，粉質黏土覆蓋層厚度可能較大、孤石多且大，結合場地外周邊出露的巖土層及場地內每個地質鉆孔進行綜合判斷，避免勘察階段對邊坡地質條件發生誤判。設計階段應分析、復核勘察報告，并應參考該區域其它工程邊坡防護設計經驗。施工階段應嚴格按規范標準制訂施工方案，自上而下分層分段作業，開挖后應及時支護，避免長時間裸露。