謝明鈞，姚院峰，胡致遠(yuǎn)

(1.四川華電珙縣發(fā)電有限公司， 四川 珙縣 644000； 2.中南電力設(shè)計(jì)院有限公司， 湖北 武漢 430071)

邊坡安全問題幾乎一直伴隨著人類土木文明，不同類型的工程往往形成不同規(guī)模的人工邊坡，安全問題經(jīng)常產(chǎn)生于改變地形造成巖土體不足以支撐自身重量形成的運(yùn)動(dòng)、破壞、堆積、再穩(wěn)定。期間，工程措施的介入，會(huì)極大的約束運(yùn)動(dòng)和變形，強(qiáng)制使其穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)承受阻止變形產(chǎn)生的荷載，需要關(guān)注邊坡和結(jié)構(gòu)的協(xié)同安全。

邊坡防治工程涉及勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等幾個(gè)環(huán)節(jié)[1-3]，其中勘察主要是查明工程地質(zhì)條件[4-7]，提供計(jì)算所需巖土參數(shù)[8-10]，分析破壞機(jī)制[11-15]，建議加固措施[16-20]；設(shè)計(jì)主要利用勘察提供的參數(shù)、確定的滑面驗(yàn)算結(jié)構(gòu)措施的各項(xiàng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)出滿足安全控制標(biāo)準(zhǔn)的防治工程措施，編制相關(guān)設(shè)計(jì)圖表；施工主要是按照設(shè)計(jì)報(bào)告及圖件編制可行的施工組織，并完成實(shí)體工程施工；監(jiān)測(cè)主要是根據(jù)勘察、設(shè)計(jì)、施工的有關(guān)技術(shù)文件，制定科學(xué)合理的監(jiān)測(cè)方案，針對(duì)施工期邊坡進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，保障施工安全。邊滑坡防治工程涉及的各環(huán)節(jié)就是該領(lǐng)域研究的基本問題和核心熱點(diǎn)，多數(shù)為經(jīng)驗(yàn)性和應(yīng)用性的東西。

本文依托印尼某火電廠A2—A4區(qū)邊坡防治工程，探討防治工程不同階段、不同環(huán)節(jié)勘察+設(shè)計(jì)+施工+監(jiān)測(cè)工作的經(jīng)驗(yàn)得失，為類似工程的綜合安全保障提供借鑒。

1 工程概況

1.1 火電廠規(guī)劃及場(chǎng)地

工程場(chǎng)地位于印度尼西亞南蘇門答臘省穆印縣Tanjung Agung鎮(zhèn)境內(nèi)。地貌類型為剝蝕丘陵、溝谷、斜坡地，初始地形高程為85.26 m～116.26 m。根據(jù)廠區(qū)總平面布置方案及征地邊界，場(chǎng)地平整后，挖方邊坡主要分布于廠區(qū)北側(cè)、西側(cè)、東北側(cè)、南側(cè)、東南側(cè)和東側(cè)，最大坡高22 m，總長(zhǎng)度1 602 m；填方邊坡主要分布于廠區(qū)西北側(cè)、東北側(cè)和西南側(cè)，最大坡高23 m，總長(zhǎng)度1 717 m。A2—A4區(qū)位于場(chǎng)地正北挖方邊坡區(qū)域。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌

A2—A4區(qū)的初始地形地貌為剝蝕丘陵，主要為丘陵和自然溝谷組成的斜坡地形，地面標(biāo)高在100.54 m～115.47 m，見圖1。

1.2.2 地層巖性

根據(jù)圖2(a)橫剖面和圖2(b)縱剖面鉆孔揭示的地層資料，自上而下依次為：表層耕植層或填土、全新統(tǒng)殘坡積黏土、更新統(tǒng)殘坡積黏土、全風(fēng)化泥巖、煤層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和煤層。

圖1 A2—A4區(qū)邊坡平面圖

圖2 A2—A4區(qū)邊坡工程地質(zhì)剖面圖

(1) 黏土，黃褐—褐黃色，稍濕—飽和。可塑狀態(tài)為主，局部為軟塑或硬塑狀態(tài)。

(2) 黏土，灰—深灰色，主要由黏土礦物構(gòu)成，局部含有石英、長(zhǎng)石顆粒，呈硬塑—堅(jiān)硬的土狀。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)10擊～20擊。

(3) 全風(fēng)化泥巖，灰—深灰色，全風(fēng)化，未膠結(jié)，局部夾砂巖，主要由黏土礦物構(gòu)成，巖芯呈堅(jiān)硬的黏土狀。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)20擊～40擊。

(4) 煤，黑色，全風(fēng)化，巖芯呈碎塊狀，呈透鏡體分布于(3)層中。厚度不一，性質(zhì)較差，易擾動(dòng)和軟化，相對(duì)軟弱，是牽引滑動(dòng)的主因。

(5) 強(qiáng)風(fēng)化泥巖，灰—深灰色，強(qiáng)風(fēng)化，未膠結(jié)，局部夾泥質(zhì)砂巖，主要由黏土礦物構(gòu)成，巖芯呈堅(jiān)硬的黏土狀。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)大于40 擊。

(6) 煤，黑色，強(qiáng)風(fēng)化，巖芯呈碎塊狀，呈透鏡體分布于(4)層中。厚度不一，性質(zhì)較差，易擾動(dòng)和軟化，相對(duì)軟弱，多數(shù)基坑深度在其之上，安全影響有限，但要注意大面積開挖暴露造成長(zhǎng)距離隆起和滑移。

根據(jù)原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)和工程類比，綜合確定各地層巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)建議值，統(tǒng)計(jì)列于表1。

表1 A2—A4區(qū)邊坡各地層計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

1.2.3 地震

20m深度土層剪切波速181.74 m/s～307.35 m/s，場(chǎng)地土類型為中軟土—中硬土；覆蓋層厚度大于5 m；廠址區(qū)建筑場(chǎng)地類別為II類。

廠址區(qū)抗震設(shè)防烈度為8°，地震動(dòng)峰值加速度為0.286g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期可按0.40 s考慮，設(shè)計(jì)地震分組可按第二組考慮。

1.2.4 地下水

場(chǎng)地地下水類型主要為上層滯水及基巖裂隙水，主要賦存于泥巖、砂巖與煤層的裂隙中，大氣降水補(bǔ)給，蒸發(fā)和地下滲流排泄。地下水位連續(xù)性差，無統(tǒng)一的穩(wěn)定水位，水位和水量隨季節(jié)性變化明顯。常年最高地下水位按場(chǎng)坪標(biāo)高下0.50 m考慮。

在干濕交替(地表下5.00 m以上)及長(zhǎng)期浸水(地表下5.00 m以下)作用條件下，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，對(duì)鋼筋具有微腐蝕性。

2 破壞模式和應(yīng)對(duì)措施

2.1 破壞模式分析

(1) 地形追蹤揭示的破壞特征。圖3(a)揭示該區(qū)初始地形相對(duì)平緩，溝壑發(fā)育，氣候影響帶較深，表層土體有膨脹特性，說明表層土體的自穩(wěn)能力較差。初始地形代表了自然穩(wěn)定坡度特征。圖3(b)改變了自然地形，則坡度變陡，穩(wěn)定狀態(tài)變差，尤其是氣候影響帶范圍的暴露面積增加，這也不利于坡體長(zhǎng)期穩(wěn)定。

(2) 關(guān)鍵層揭示的破壞特征。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露的地層，圖4(a)剖面和圖4(b)平面揭示的全風(fēng)化泥巖的土巖分界面顯著，容易形成剪出破壞；圖4(c)和圖4(d)揭示的煤層3-1層切穿容易造成的側(cè)向擠出破壞顯著，所以煤層3-1層為關(guān)鍵層，煤層4-1埋深較大，基坑普遍不會(huì)切穿該層造成臨空破壞。

圖3 Google地圖揭示的區(qū)域地形

(3) 鄰近基坑施工造成的破壞特征。該區(qū)人工邊坡雖然存在上述兩個(gè)特點(diǎn)，但僅是邊坡開挖施工也沒有造成大面積破壞，但是鄰近基坑施工一旦切穿煤層3-1，則可能造成較大范圍的變形破壞。圖5(a)基坑和邊坡的變形破壞過程，說明基坑施工造成既有邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)急劇劣化；圖5(b)當(dāng)前主要是基坑局部坍滑，邊坡變形開裂。

(4) 數(shù)值仿真揭示的破壞特征。在上述工程地質(zhì)和施工記錄分析的基礎(chǔ)上，利用Phase2D軟件，建立整形后A2-1、A3-2、A3-3、A4-4邊坡數(shù)值模型，剪應(yīng)變?cè)隽拷沂镜钠茐哪Ｊ揭妶D6。

根據(jù)圖6(a)，A2區(qū)邊滑坡，未采取加固措施下的整形邊坡，主要為全風(fēng)化泥巖及上部土層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)。

根據(jù)圖6(b)，A3區(qū)，A3-2段邊坡，未采取加固措施下的整形邊坡，主要為全風(fēng)化泥巖坡腳剪出+3-1煤層+上部土層內(nèi)弧形組合滑動(dòng)

根據(jù)圖6(c)，A3區(qū)，A3-3段邊坡，未采取加固措施下的整形邊坡，一旦切穿3-1煤層則形成3-1煤層+全風(fēng)化泥巖+上部土層內(nèi)組合牽引滑動(dòng)。

根據(jù)圖6(d)，A4區(qū)邊坡，未采取加固措施下的整形邊坡，一旦切穿3-1煤層則形成3-1煤層+全風(fēng)化泥巖+上部土層內(nèi)組合牽引滑動(dòng)。

圖4 關(guān)鍵層造成的破壞

2.2 基于破壞認(rèn)知的邊坡加固設(shè)計(jì)

在確定A2—A4區(qū)邊坡破壞模式的基礎(chǔ)上，利用理正巖土計(jì)算軟件得到抗滑樁設(shè)計(jì)所需最大下滑力375 kN/m。

樁錨結(jié)構(gòu)主要是固腳和防止基坑開挖造成的潛在軟弱層滑移；樁錨結(jié)構(gòu)防止基坑施工切穿3-1煤層造成的沿軟弱層的組合滑移，區(qū)分在于樁長(zhǎng)和預(yù)應(yīng)力錨索的長(zhǎng)度，樁徑1.2 m，樁間距2.2 m，A2區(qū)，

圖5 鄰近基坑施工造成的邊坡不利影響

圖6 剪應(yīng)變?cè)隽吭茍D揭示的A2—A4區(qū)邊坡破壞模式

樁長(zhǎng)17 m，預(yù)應(yīng)力錨索自由段7 m、錨固段10 m；A3-2區(qū)，樁長(zhǎng)18 m，預(yù)應(yīng)力錨索自由段15 m、錨固段10 m；A3-3區(qū)，樁長(zhǎng)21 m，預(yù)應(yīng)力錨索自由段12 m、錨固段10 m；A4區(qū)，樁長(zhǎng)15 m，預(yù)應(yīng)力錨索自由段14 m、錨固段10 m。坡面穩(wěn)定主要依靠坡率+臺(tái)階+錨桿格構(gòu)，坡腳的穩(wěn)定主要依靠樁錨加固。整體上加固思路為控水、固腳、穩(wěn)坡面。膨脹不良土體對(duì)邊坡局部安全造成的潛在威脅，需要密切關(guān)注局部越頂破壞的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 安全監(jiān)測(cè)

當(dāng)前安全監(jiān)測(cè)的對(duì)象為坡頂自然地形、整形坡面、坡腳、基坑，監(jiān)測(cè)措施為地面變形監(jiān)測(cè)+坡體深部位移相結(jié)合的方式，測(cè)點(diǎn)(孔)布設(shè)見圖7(a)。

圖7 A2—A4區(qū)邊坡位移監(jiān)測(cè)曲線

圖7(b)和圖7(c)坡面位移監(jiān)測(cè)曲線揭示的最大位移在cm級(jí)，沉降最大出現(xiàn)在坡頂，水平變位出現(xiàn)樁頂上一級(jí)坡；圖7(d)深部位移監(jiān)測(cè)曲線揭示的最大位移在cm-dm量級(jí)，最大值與坡面整形施工和臨近基坑施工進(jìn)度基本吻合，變位增速與坡面整形施工進(jìn)度和臨近基坑開挖進(jìn)度基本吻合，稍有滯后，對(duì)于出現(xiàn)的超出預(yù)警值(20 mm)部分均作了預(yù)警，并配合施工單位進(jìn)行了施工調(diào)整和優(yōu)化，主要是加強(qiáng)基坑安全監(jiān)測(cè)、支護(hù)措施、增強(qiáng)臨時(shí)排水和控制施工進(jìn)度等綜合措施，基坑施工至正負(fù)零后數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

深部位移揭示的滑動(dòng)范圍與地質(zhì)分析基本吻合，主要為3-1煤層切穿產(chǎn)生的牽引滑動(dòng)。

3 結(jié)論和建議

根據(jù)A2—A4區(qū)邊坡破壞機(jī)制的多要素分析、樁錨加固和監(jiān)測(cè)，形成如下結(jié)論與建議，供其余區(qū)段邊坡防治和監(jiān)測(cè)參考，也為類似工程提供借鑒：

(1) 自然緩坡地形、存在關(guān)鍵軟弱層、存在不良土體(該處為厚度較大的膨脹性巖土)和下部存在基坑的人工邊坡段需要引起重視，嚴(yán)禁陡坡開挖，嚴(yán)禁切穿暴露軟弱層，邊坡整形后方可進(jìn)行下部基坑施工，且基坑要加強(qiáng)支護(hù)和監(jiān)測(cè)。

(2) 該區(qū)邊坡變形破壞模式，A2區(qū)主要為全風(fēng)化泥巖及上部土層內(nèi)的圓弧滑動(dòng)；A3和A4區(qū)均為煤層+全風(fēng)化泥巖+上部土層組合滑移。

(3) 該區(qū)地下水埋深較淺，上部滯水溢出點(diǎn)較多，需要整合臨時(shí)溝渠+永久溝渠及時(shí)疏排，嚴(yán)禁基坑和坡腳浸水。

(4) 全強(qiáng)風(fēng)化泥巖屬于易擾動(dòng)軟弱巖層，建議采取樁錨強(qiáng)支護(hù)措施，同時(shí)需要加強(qiáng)基坑支護(hù)和監(jiān)測(cè)，防治基坑失穩(wěn)造成的邊坡問題。