某機場高填方土基滑塌原因分析

李剛,孟祥龍,楊光,林偉

摘 要：分析了某機場高填方土基工程發生滑塌事故的原因，通過地質補堪、實驗測試、特殊土鑒定，有針對性地分析了土層分布、強度指標和水文地質等影響高填方土坡穩定性的因素。經過分析認為，原地基存在軟弱土層，并且含水率偏高，所以，在經過高填方后，軟弱土體的剪切會被破壞，從而出現邊坡塌陷、滑移和坡腳隆起等失穩的情況。

關鍵詞：高填方土基；機場；滑塌分析；土體

中圖分類號：TU433 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）21-0064-02

隨著大開發進程的推進，西部省區高原和丘陵對機場的需求也迅速增長。這些地區地形高低不平，填挖土方的工程量大、施工難。大量研究表明，對高填方土基來說，一般采用分層密實的方法，分層施工，分層檢測，可以確保工程質量。但是，如果這些方法使用不當或者不能有效解決設計、施工中存在的問題，就非常容易發生坍塌事故。

1 事故概況

2013-08-24T01：00，某機場2標段P140～P146南側高填方地段邊坡部位發生塌陷滑坡事故。該地段為全場填方最高處，設計填高19.3 m。其中，2012-11填筑厚度為0.9 m，2013-04至今填筑厚度為18.1 m，事故發生前最高填土處的高度已達到19 m。塌陷滑坡段長約120 m，最寬處約10 m，如圖1所示，同時，塌陷面向北10 m范圍內出現大量縱向裂縫，滑坡段土體垂直下陷約3 m。該段斜坡面土體被擠向南側原坡腳外，最寬處16 m左右，滑落段體積約為80 000 m3。

事故發生后，施工方馬上停止填土，并對填筑面作了整平碾壓處理。而2013-10-06早上又在填筑面上發現了多條不規則的縱向裂縫。為了觀察土體滑移和沉降的趨勢，在塌方區域填筑體適當的位置布設了4排觀測樁（共17個測量觀測點），安

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排專業測量人員觀測填筑土體的運動趨勢。通過觀測發現，填筑土體存在向外滑動的趨勢，截至2013-10-17，最大位移出現在13號點，累計位移58.9 cm，且位移增長幅度仍在進一步加大，如圖2所示；最大沉降出現在8號點，累計沉降22.3 cm，填筑體沉降幅度逐漸減??；外圍出現起拱現象，17號點位高程累計增加4.7 cm。

圖1 土基塌陷區 圖2 坍塌面土層詳圖

2 工程地質情況

2.1 地形地貌

依據工程勘察的情況可知，該場地地形比較平坦，所處地貌單元屬山前臺地，地基土成因為第四紀堆積作用下形成的黏性土，下部為第三系沉積作用下形成的粉砂質泥巖（全～強風化）地層，局部夾薄層粉砂巖。根據野外鉆探、原位測試、室內試驗等工作的結果，對所揭露的地層按照巖土成因、結構、工程特性綜合劃分地層，共劃分了主要地層4層、亞層5層，現對場地地層結構和特征作如下描述：

（1）人工填土：雜色，結構松散，以黏性土為主，含風化砂、塊石，層底埋深在0.80～3.80 m處。

（1-1）耕土：黑褐色，種植土，含植物根系、殘體，層厚0.20 m。

（2）黏土（膨脹土）：黃褐色～褐色～灰白色，顏色比較雜，硬可塑～硬塑，土質不均勻，含鐵錳氧化物，中等壓縮性，干強度較高，韌性較高，有光澤，層底埋深在2.80～10.00 m，揭露厚度為0.30～7.00 m。

（2-1）黏土：灰褐色～灰綠色，軟塑～軟可塑，土質不均勻，含鐵錳氧化物，高壓縮性，干強度中等，韌性中等，具有觸變性，有光澤。該層土性質差，受外力和浸水作用容易發生變形，層底埋深在2.80～8.00 m，揭露厚度為0.80～3.00 m。

（3）黏土（膨脹土）：顏色較雜，黃褐色～褐色～淺灰色～銹紅色，可塑～硬塑，土質不均勻，含鐵錳氧化物、少量的暗色礦物和巖石碎屑，中等壓縮性，干強度中等，韌性中等，有光澤，層底埋深在10.50～16.30 m，揭露厚度為0.50～10.30 m。

（3-1）黏土：灰褐色，可塑，土質不均勻，巖土內可見煤炭碎屑，高壓縮性，干強度中等，韌性低，有光澤，層狀結構，以透鏡體形式存在于第3層之中，揭露厚度為2.00 m。

（3-2）黏土：淺灰色，硬塑，土質均勻，含鐵錳氧化物和少量的暗色礦物，低～中等壓縮性，干強度中等，韌性中等，有光澤，層底埋深在11.50～12.50 m，揭露厚度為1.00～1.50 m。

（3-3）細砂：銹紅色，中密，顆粒不均勻，含鐵錳氧化物，長石石英質，磨圓度較差，只揭露于5號鉆孔，揭露厚度為0.50 m。

（4）粉砂質泥巖：綠灰色，粉砂泥質結構明顯，風化裂隙較發育，泥質膠結，風化物呈碎塊狀，巖塊遇水軟化。局部呈粉砂質泥巖與泥質粉砂巖互層狀，此次勘察未完全揭露該層。

2.2 水文地質情況

按照地下水埋藏條件和含水層的狀態分類，補堪場地地下水類型為上層滯水，含水層分布不穩定，個別鉆孔無明顯初見地下水位，受上覆人工填土影響，鉆孔水位具明顯的承壓性，鉆孔24 h測靜止地下水位為0.00～12.00 m。該滯水受大氣降水的影響，與不明泉眼有直接聯系，其中，大氣降水經地表徑流是沿地表裂隙和節理垂直下滲形成，并形成匯水渠道—場地左側發育“V”型沖溝。根據各鉆孔穩定水位埋深分布情況可以揭露這一特性，各鉆孔水位情況如表1所示。

表1 鉆孔水位情況（單位：m）

孔號 初見

水位 24 h靜止

水位 48 h靜止

水位 孔號 初見

水位 24 h靜止

水位 48 h靜止

水位

1 未見 1.50 0.70 9 6.40 4.00 -

2 2.00 2.2 - 10 1.30 1.80 -

3 未見 13.00 - 11 6.00 3.00 -

4 未見 11.0 - 12 未見 13.00 7.30

5 11.50 2.50 2.30 13 12.00 0.00 -

6 1.20 0.90 - 14 未見 10.00 -

7 未見 14.00 12.00 15 未見 3.80 -

8 未見 6.70 5.70 16 未見 10.60 -

3 事故原因分析

土層的強度指標對高填方土基的穩定性有很大的影響。依

據不同的測試方法，測定各層土在不同狀態下土體抗剪強度指標，詳細結果如表2所示。

分析土層強度指標和補充勘察結果發現，滑塌區域內存在第（2-1）層軟弱黏土。該層土分布不均，性質差，呈軟可塑～軟塑狀態，具有觸變性，并且其滲透性差，承載力低，壓縮性高，抗剪強度低。在填方施工后，最大填方高度達19.00 m，上覆土壓力不斷增大，軟弱層所受剪應力也在不斷增大，造成了邊坡失穩的情況。大氣降水沿地表土體裂隙下滲，軟弱土層受水浸泡后，該層的土體抗剪強度急劇降低。

表2 各層土土體抗剪強度指標

土層編號及名稱 密度/（g/cm3） 快剪 固結快剪 飽和快剪 飽和三軸快剪

φ/°

φ/°

φ/°

φ/°

2 1.93 45.6 10.5 50.6 12.5 32 7.9 29.9 8.2

2-1 1.87 33.0 9.9 39.2 14.4 24 7.7 22 7.8

3 1.78 53.5 12.7 56.9 15.3 26.1 9.4

場地原右側發育一條“V”型沖溝，易于匯集地表水，并且場地存在不明泉眼，致使場地上層滯水水量較大。同時，該滯水是造成此次高邊坡失穩的外部因素。第（2-1）軟弱土上下層土均為膨脹土，飽水后，其抗剪強度急劇下降，在上覆土壓力的作用下，剪應力增加，土體失穩。因此，造成此次坍塌事故的主要原因有3點：①下部存在軟弱土層，在高填方作用下會產生滑移；②施工速度較快，使得地基土中孔隙水的壓力來不及消散，有效應力降低，抗剪強度降低；③存在滲透水壓力的作用。

4 處理措施

針對上述問題，采取的處理措施主要有以下幾點：①加強地表和地下綜合排水措施。②比選抗滑樁加坡腳外的反壓護道、放緩邊坡坡率、加設擋土墻和加筋土處理等方案，擇優或組合選定設計方案。③監控高填方填筑過程，確定適宜的施工控制參數。對已經完成的道槽高填方區布設監測點，確保施工安全。④處理軟弱層地基。對地基處理技術進行現場承載力試驗，確定合理的承載力設計值。⑤嚴格控制回填土的成分和壓實質量。

采用上述處理措施后，該工程土基處理不僅順利完成，還保證了工程質量。因此，在高填方土基的施工中，必須嚴格遵循分層施工的原則，不能盲目求快，必須要加強適時監控，進而確定施工控制參數；必須加強對場區土層的詳細勘測，不能漏過軟弱夾層；必須重視地表和地下水位的影響，確保其不影響土層強度。

參考文獻

[1]將忠信.某山區機場傾斜基底高填方滑坡與防治[J].巖土工程技術，2003（1）：16-18.

[2]田魯軍.高填方機場的滑坡與防治[J].機場建設，2002（3）：19-21.

[3]曹運江，黃潤秋，巨能攀，等.西南某機場高填方地基穩定問題研究[J].水文地質工程地質，2004（5）：80-100.

[4]韓世蓮，周虎鑫，陳榮生.土和碎石混合料的蠕變試驗研究[J].巖土工程學報，1999，21（2）：196-199.

[5]劉宏，張倬元.四川九寨黃龍機場高填方地基變形與穩定性系統研究[M].成都：西南交通大學出版社，2006.

〔編輯：白潔〕

Study on the Slump of the Airport High Embankment

Li Gang， Meng Xianglong， Yang Guang， Lin Wei

Abstract： Aim at analysis on the cause of the airport high embankment， we analyzed on the stability factors such as soil distribution， strength index and hydrogeology through supplementary investigation， experiment and special soil identification. The existing of the soft soils and the higher water content leaded to the shear failure of the soft soil and can also cause the instability phenomenon just as the slope collapse， slipping and uplift of the toe of the slope.

Key words： high embankment； airport； analyze on the slope collapse； soil

3 未見 13.00 - 11 6.00 3.00 -

4 未見 11.0 - 12 未見 13.00 7.30

5 11.50 2.50 2.30 13 12.00 0.00 -

6 1.20 0.90 - 14 未見 10.00 -

7 未見 14.00 12.00 15 未見 3.80 -

8 未見 6.70 5.70 16 未見 10.60 -

3 事故原因分析

土層的強度指標對高填方土基的穩定性有很大的影響。依

據不同的測試方法，測定各層土在不同狀態下土體抗剪強度指標，詳細結果如表2所示。

分析土層強度指標和補充勘察結果發現，滑塌區域內存在第（2-1）層軟弱黏土。該層土分布不均，性質差，呈軟可塑～軟塑狀態，具有觸變性，并且其滲透性差，承載力低，壓縮性高，抗剪強度低。在填方施工后，最大填方高度達19.00 m，上覆土壓力不斷增大，軟弱層所受剪應力也在不斷增大，造成了邊坡失穩的情況。大氣降水沿地表土體裂隙下滲，軟弱土層受水浸泡后，該層的土體抗剪強度急劇降低。

表2 各層土土體抗剪強度指標

土層編號及名稱 密度/（g/cm3） 快剪 固結快剪 飽和快剪 飽和三軸快剪

φ/°

φ/°

φ/°

φ/°

2 1.93 45.6 10.5 50.6 12.5 32 7.9 29.9 8.2

2-1 1.87 33.0 9.9 39.2 14.4 24 7.7 22 7.8

3 1.78 53.5 12.7 56.9 15.3 26.1 9.4

場地原右側發育一條“V”型沖溝，易于匯集地表水，并且場地存在不明泉眼，致使場地上層滯水水量較大。同時，該滯水是造成此次高邊坡失穩的外部因素。第（2-1）軟弱土上下層土均為膨脹土，飽水后，其抗剪強度急劇下降，在上覆土壓力的作用下，剪應力增加，土體失穩。因此，造成此次坍塌事故的主要原因有3點：①下部存在軟弱土層，在高填方作用下會產生滑移；②施工速度較快，使得地基土中孔隙水的壓力來不及消散，有效應力降低，抗剪強度降低；③存在滲透水壓力的作用。

4 處理措施

針對上述問題，采取的處理措施主要有以下幾點：①加強地表和地下綜合排水措施。②比選抗滑樁加坡腳外的反壓護道、放緩邊坡坡率、加設擋土墻和加筋土處理等方案，擇優或組合選定設計方案。③監控高填方填筑過程，確定適宜的施工控制參數。對已經完成的道槽高填方區布設監測點，確保施工安全。④處理軟弱層地基。對地基處理技術進行現場承載力試驗，確定合理的承載力設計值。⑤嚴格控制回填土的成分和壓實質量。

采用上述處理措施后，該工程土基處理不僅順利完成，還保證了工程質量。因此，在高填方土基的施工中，必須嚴格遵循分層施工的原則，不能盲目求快，必須要加強適時監控，進而確定施工控制參數；必須加強對場區土層的詳細勘測，不能漏過軟弱夾層；必須重視地表和地下水位的影響，確保其不影響土層強度。

參考文獻

[1]將忠信.某山區機場傾斜基底高填方滑坡與防治[J].巖土工程技術，2003（1）：16-18.

[2]田魯軍.高填方機場的滑坡與防治[J].機場建設，2002（3）：19-21.

[3]曹運江，黃潤秋，巨能攀，等.西南某機場高填方地基穩定問題研究[J].水文地質工程地質，2004（5）：80-100.

[4]韓世蓮，周虎鑫，陳榮生.土和碎石混合料的蠕變試驗研究[J].巖土工程學報，1999，21（2）：196-199.

[5]劉宏，張倬元.四川九寨黃龍機場高填方地基變形與穩定性系統研究[M].成都：西南交通大學出版社，2006.

〔編輯：白潔〕

Study on the Slump of the Airport High Embankment

Li Gang， Meng Xianglong， Yang Guang， Lin Wei

Abstract： Aim at analysis on the cause of the airport high embankment， we analyzed on the stability factors such as soil distribution， strength index and hydrogeology through supplementary investigation， experiment and special soil identification. The existing of the soft soils and the higher water content leaded to the shear failure of the soft soil and can also cause the instability phenomenon just as the slope collapse， slipping and uplift of the toe of the slope.

Key words： high embankment； airport； analyze on the slope collapse； soil

3 未見 13.00 - 11 6.00 3.00 -

4 未見 11.0 - 12 未見 13.00 7.30

5 11.50 2.50 2.30 13 12.00 0.00 -

6 1.20 0.90 - 14 未見 10.00 -

7 未見 14.00 12.00 15 未見 3.80 -

8 未見 6.70 5.70 16 未見 10.60 -

3 事故原因分析

土層的強度指標對高填方土基的穩定性有很大的影響。依

據不同的測試方法，測定各層土在不同狀態下土體抗剪強度指標，詳細結果如表2所示。

分析土層強度指標和補充勘察結果發現，滑塌區域內存在第（2-1）層軟弱黏土。該層土分布不均，性質差，呈軟可塑～軟塑狀態，具有觸變性，并且其滲透性差，承載力低，壓縮性高，抗剪強度低。在填方施工后，最大填方高度達19.00 m，上覆土壓力不斷增大，軟弱層所受剪應力也在不斷增大，造成了邊坡失穩的情況。大氣降水沿地表土體裂隙下滲，軟弱土層受水浸泡后，該層的土體抗剪強度急劇降低。

表2 各層土土體抗剪強度指標

土層編號及名稱 密度/（g/cm3） 快剪 固結快剪 飽和快剪 飽和三軸快剪

φ/°

φ/°

φ/°

φ/°

2 1.93 45.6 10.5 50.6 12.5 32 7.9 29.9 8.2

2-1 1.87 33.0 9.9 39.2 14.4 24 7.7 22 7.8

3 1.78 53.5 12.7 56.9 15.3 26.1 9.4

場地原右側發育一條“V”型沖溝，易于匯集地表水，并且場地存在不明泉眼，致使場地上層滯水水量較大。同時，該滯水是造成此次高邊坡失穩的外部因素。第（2-1）軟弱土上下層土均為膨脹土，飽水后，其抗剪強度急劇下降，在上覆土壓力的作用下，剪應力增加，土體失穩。因此，造成此次坍塌事故的主要原因有3點：①下部存在軟弱土層，在高填方作用下會產生滑移；②施工速度較快，使得地基土中孔隙水的壓力來不及消散，有效應力降低，抗剪強度降低；③存在滲透水壓力的作用。

4 處理措施

針對上述問題，采取的處理措施主要有以下幾點：①加強地表和地下綜合排水措施。②比選抗滑樁加坡腳外的反壓護道、放緩邊坡坡率、加設擋土墻和加筋土處理等方案，擇優或組合選定設計方案。③監控高填方填筑過程，確定適宜的施工控制參數。對已經完成的道槽高填方區布設監測點，確保施工安全。④處理軟弱層地基。對地基處理技術進行現場承載力試驗，確定合理的承載力設計值。⑤嚴格控制回填土的成分和壓實質量。

采用上述處理措施后，該工程土基處理不僅順利完成，還保證了工程質量。因此，在高填方土基的施工中，必須嚴格遵循分層施工的原則，不能盲目求快，必須要加強適時監控，進而確定施工控制參數；必須加強對場區土層的詳細勘測，不能漏過軟弱夾層；必須重視地表和地下水位的影響，確保其不影響土層強度。

參考文獻

[1]將忠信.某山區機場傾斜基底高填方滑坡與防治[J].巖土工程技術，2003（1）：16-18.

[2]田魯軍.高填方機場的滑坡與防治[J].機場建設，2002（3）：19-21.

[3]曹運江，黃潤秋，巨能攀，等.西南某機場高填方地基穩定問題研究[J].水文地質工程地質，2004（5）：80-100.

[4]韓世蓮，周虎鑫，陳榮生.土和碎石混合料的蠕變試驗研究[J].巖土工程學報，1999，21（2）：196-199.

[5]劉宏，張倬元.四川九寨黃龍機場高填方地基變形與穩定性系統研究[M].成都：西南交通大學出版社，2006.

〔編輯：白潔〕

Study on the Slump of the Airport High Embankment

Li Gang， Meng Xianglong， Yang Guang， Lin Wei

Abstract： Aim at analysis on the cause of the airport high embankment， we analyzed on the stability factors such as soil distribution， strength index and hydrogeology through supplementary investigation， experiment and special soil identification. The existing of the soft soils and the higher water content leaded to the shear failure of the soft soil and can also cause the instability phenomenon just as the slope collapse， slipping and uplift of the toe of the slope.

Key words： high embankment； airport； analyze on the slope collapse； soil