成都某邊坡垮塌事故原因鑒定分析

李勝杰

(1. 成都市建筑科學研究院有限公司, 四川成都 610051; 2. 成都市建科院工程質量檢測有限公司, 四川成都 610051)

0 引言

在邊坡工程設計與施工中,設計人員或者施工人員往往僅考慮地層及邊坡高度情況,對地形地貌及地質構造等工程地質條件認識不足,尤其是特殊的地形地貌條件或與地質構造條件疊合在一起在外部作用力下的破壞力判斷不足,邊坡施工質量的保證程度集合特殊的工程地質條件及外部作用力對邊坡能否經受住考驗,通過成都市東部新區龍泉山上的多段垮塌邊坡進行了綜合分析研究,處于褶皺背斜核部區域邊坡在易于匯水區段在持續暴雨作用下斜坡更不穩定、更容易垮塌,這對從事該類巖土工程設計與施工的人員能提供借鑒與指導。

1 地質條件概況

擬建場地位于由龍泉山東坡斷裂和龍泉山西坡斷裂組成的NNE～NE 向龍泉山斷裂帶內的龍泉山箱狀復式背斜中段西翼,巖層產狀為93°∠6°～7°,邊坡巖體風化裂隙發育,構造裂隙較發育其中發育有兩組節理裂隙結構面,J1 產狀為:114°∠88°,J2 產狀為:99°∠73°,J1 結構面分離,結構面平直光滑,略有起伏,張開度20～30 mm,泥質充填;J2 結構面結合較好,呈現閉合狀態,延展性較差。結構面與巖層層面將巖體切割成塊狀,坡體內未發現結構面傾向坡外,邊坡穩定性主要受自身強度影響。

擬建場地地處龍泉山脈腹地,地貌單元屬構造剝蝕低山。工作區出露地層依次為:第四系全新統(Q4ml)耕土層①;第四系全新統殘坡積(Q4dl+el)粉質黏土②、下伏基巖為侏羅系上統遂寧組(J3s)泥巖層③。

2 事故邊坡工程概況

垮塌段邊坡為配套道路邊坡中的若干段,配套道路邊坡由里程樁號K0+000 ～K0+837.8之間多段邊坡組成,K0+000處于山下,K0+837.8大約處于山上接近山頂,事故邊坡分布情況見平面示意(圖1)。支護型式有主動防護網、網噴、護面墻、擋土墻、框架錨桿、樁板墻等多種型式,垮塌段的支護型式有主動防護網、護面墻、網噴。

圖1 事故邊坡平面示意

2020年8月中旬,共有2次明顯的暴雨到大暴雨天氣過程,分別是11日08時到12日08時、14日08時到18日08時,事故邊坡周圍最近的3個自動雨量站數據顯示:自11日08時到18日08時,東部新區武廟鎮降雨累計達396.5 mm,天府新區太平鎮二郎累計降雨達624.6 mm,東部新區高明張家巖降雨達344.8 mm,而成都地區多年的年平均降雨量為922.7 mm,相當于這幾日的累計雨量達到多年平均累計雨量的37%～67%,2次強降雨天氣間隔時間短,累計降雨量大。

3 各事故段邊坡事故原因鑒定分析

3.1 K0+060右側邊坡滑塌

該段邊坡地層主要為殘坡積粉質黏土和全風化泥巖,邊坡高度約5 m,設計采用1∶0.75(后變更為1∶1放坡)放坡擊入式土釘掛網噴混凝土,現場實際采用1∶1.4～1∶1.5放坡網噴支護,支護結構基礎位于公路邊溝內側,由于該段邊溝尚未及時硬化,在強降雨條件下,大量雨水匯集于邊溝,對邊坡坡腳巖土體產生了強烈的沖刷、掏蝕作用,造成坡腳土體流失,導致支護結構下部局部懸空(圖2),且網噴面層與坡體無錨固作用,支護結構失去支撐,加之邊坡上部雨水匯流后部分雨水沿坡頂下滲,土體達到飽和,支護結構與坡體之間的摩擦減小,支護結構進一步失去支撐,雨水進入支護結構與坡體之間時,又因排水不暢[1],增大了孔隙水壓力[2],導致局部噴射混凝土面層起翹、鼓包,同時加大了支護結構的下滑力,最終導致支護結構滑塌,支護結構面層與坡體脫開(圖3)。

3.2 K0+320～K0+350右側邊坡垮塌(垮塌1)與K0+430～K0+490左側邊坡滑坡(滑坡1)

K0+320～K0+350右側邊坡與K0+430～K0+490左側邊坡地層主要為殘坡積粉質黏土層、強風化泥巖和中風化泥巖,K0+320～K0+350右側邊坡最大高度約10.8 m,設計和施工均采用高5 m的護面墻,護面墻以上采用1∶0.75自然放坡;K0+430～K0+490左側邊坡原設計采用護面墻+框架錨桿支護,后變更設計后未采取任何支護,邊坡最大高度約55 m,2020年8月中旬受持續強降雨影響,斜坡表層土體滑動,滑坡平面呈半圓形,縱向長50 m,橫向寬60 m,堆積于斜坡坡腳,堆積面積約1 800 m2,厚度5 m,垮塌方量約9 000 m3,垮塌造成公路被完全阻斷,由于該處公路為回頭彎,大量滑坡堆積體堆積于上下兩側公路,公路斷面為“U”形槽(圖4),滑坡堆積體阻斷公路匯水水流通道,大量雨水匯集于公路溝槽內,水流從最薄弱的坡外缺口溢流,導致其不斷對堆積體和坡體產生沖刷,在該段西側路基范圍(即K0+320～K0+350右側邊坡受到強烈沖刷)形成一沖刷缺口,引發該段邊坡護面墻垮塌,并形成沖溝(圖5)。經分析,該段滑坡是在特殊地質條件和強降雨條件下誘發形成的地質災害,該段邊坡整體平均坡高達50 m,自然坡度達55°～60°,從坡體物質組成看,坡體上覆較薄殘坡積粉質黏土,坡體物質松散,下覆以強風化泥巖為主,基座為中風化砂巖,且該段地處龍泉山背斜核部附近,巖體破碎,風化強烈,巖土體極易沿著殘坡積粉質黏土與基巖結合面或者強風化層內部產生圓弧形滑動;在持續高強度降雨條件下,坡體物質飽和,坡面產流增加,坡體物質飽和增加了坡體重量,軟化了坡體,加大了靜水壓力和滲透力,這些都不利于坡體穩定;另一方面,坡面產流增加導致坡體受沖刷加劇,進一步降低了坡體穩定性。

3.3 K0+520～K0+580左側邊坡滑坡(滑坡2)

K0+520～K0+580左側邊坡地層主要為殘坡積粉質黏土層、強風化泥巖和中風化泥巖,邊坡最大高度約31.4 m,K0+520～K0+540左側邊坡設計采用護面墻+主動防護網,坡面實際僅采用主動防護網防護。K0+540～K0+580左側設計最初采用護面墻+主動防護網,開挖后發現坡體泥巖節理、裂隙發育,被切割成碎塊狀,存在掉塊現象,設計變更為采用混凝土路塹墻+錨桿網噴,并增設了截水溝,而現場實際采用的是分級放坡錨噴支護,分級放坡坡比1∶1.1～1∶1.5(圖8)。該段邊坡在2020年8月中旬受持續強降雨影響,發生滑坡,該滑坡平面呈舌形(圖6),主滑方向285°,滑坡縱向長70 m,橫向寬40 m,厚約8 m,體積22 400 m3,屬于小型滑坡,滑坡變形特征明顯,周界清晰,滑坡后緣呈現弧形連續貫通裂縫,裂縫寬約3～5 cm,可見深度30 cm,局部下挫臺坎達0.5～1.0 m(圖7),滑坡造成中前緣支護結構開裂、掉塊,局部隆起,原有防護工程完全失效(圖8)。通過調查分析研究滑坡原因:①由于該段地處龍泉山背斜核部附近,巖體破碎,風化強烈,泥巖節理裂隙發育,滑裂面較深;②碎塊狀泥巖裂隙受此次強降雨作用,雨水滲入裂隙之中,降低了巖塊之間的抗剪強度,增加了坡體的孔隙水壓力和滲透力,加大了了坡體的下滑力,滑坡變形進一步加劇;③坡頂截水溝未按照設計要求施工,比如截水溝截面尺寸小于設計要求、截水溝深度較淺甚至出現坡外側無溝側壁現象,未按設計要求與坡肩保持5 m以上的距離(圖8),對陡坡出口段未設置導流翼墻及與上下游溝渠護壁連接,也未設置多級跌水槽等消能和防沖措施[3],采用石粉澆筑的溝壁結構強度較低,用手可以掰碎,揉搓可成粉末,截水溝開裂;④該項目實施前已出現局部變形特征,如斜坡后緣出現張拉裂縫等,參與邊坡防治設計及施工人員對此認識不足。

3.4 K0+650～K0+690左側邊坡垮塌(垮塌2)、K0+720～K0+740左側邊坡垮塌(垮塌3)

K0+650～K0+690左側邊坡地層主要為耕土、殘坡積粉質黏土層、強風化泥巖和中風化泥巖,邊坡最大高度約12.5 m;K0+720～K0+740左側邊坡地層主要為殘坡積粉質黏土層、強風化泥巖和中風化泥巖,邊坡最大高度約10.8 m;該2段設計和施工均采用護面墻+主動防護網,巖體較完整。該兩段邊坡在2020年8月中旬受持續強降雨影響,僅護面墻發生垮塌,巖土體則無垮塌現象(圖9、圖10)。通過調查分析研究垮塌原因:

(1)護面墻施工質量較差,如未座漿、砌塊之間無砂漿、砂漿強度低、護面墻與坡面之間填土較厚且不密實、泄水孔無反濾層等。

(2)坡頂截水溝未按照設計要求施工,比如截水溝截面尺寸小于設計要求、截水溝深度較淺甚至出現坡外側無溝側壁現象,甚至出現老沖溝未作任何截排水措施(圖10),新開挖道路溝槽廢棄不用后形成新沖溝(圖10)。

(3)由于該段坡頂地形處于低洼匯水區,暴雨后大量雨水匯集于坡頂或護面墻頂,護面墻受到大量雨水的強烈沖刷,墻后填土飽和,增大了孔隙水壓力,護面墻發生傾覆破壞;參與邊坡防治設計及施工人員對此種匯水地形邊坡的破壞認識不足、施工人員對施工質量的把關不嚴。

3.5 K0+745～K0+810左側邊坡滑坡(滑坡3)

K0+745～K0+810左側邊坡地層主要為耕土、殘坡積粉質黏土層、強風化泥巖和中風化泥巖,邊坡最大高度約9.6 m;設計和施工均采用護面墻+主動防護網防護支護型式;該段邊坡在2020年8月中旬受持續強降雨影響,發生局部溜滑(圖11),造成約50 m公路護面墻完全失效,同時在前緣公路處堆積約3～4 m厚,造成公路完全中斷(圖12)。通過調查分析研究滑坡原因有幾點:

(1)該邊坡坡頂原設計施工了一條道路通往山頂塔樓,后來坡頂頂部位置公路廢棄后填土,但公路溝槽未完全填至原自然地面,且土體松散,而塔樓處經場平后匯水面積較大,在受到持續強降雨作用下,大量雨水沿著公路匯集于坡頂。

(2)坡頂后緣邊坡也有一定的匯水面積;兩路雨水匯集于坡頂,坡體受到雨水入滲和沖刷,加大了滑面的孔隙水壓力,邊坡抗滑能力大幅下降。

(3)上主動防護網與護面墻施工質量較差,防護作用有限,產生基覆界面滑動。

4 事故原因鑒定分析研究結論

事故邊坡參建各方對地形地貌及地質構造等工程地質條件認識不足,尤其是特殊的地形地貌條件或與地質構造條件疊合在一起在持續暴雨作用下的破壞力判斷不足;較弱的邊坡治理措施及較差的施工質量在特殊的較差的工程地質條件及持續暴雨作用是造成邊坡事故的根本原因。

通過成都市東部新區龍泉山上的多段事故邊坡進行綜合分析研究得出幾點結論:

(1)處于褶皺背斜核部區域邊坡由于巖體較破碎,在易于匯水區段在持續暴雨作用下斜坡更不穩定,更容易發生邊坡垮塌現象甚至是滑坡等地質災害。

(2)邊坡治理應遵循“治坡先治水”[4]與“坡水兩治”[5]的辦法,完善的防排水措施對邊坡治理尤為重要,在一定時空效應下截排水系統的及時完善程度決定了邊坡治理的成敗。

(3)邊坡頂部處于地形較低洼易于匯水地段的邊坡與坡體巖體較破碎或土體較松散類邊坡由于工程地質條件更差,在邊坡治理時應采取更安全可靠的支護型式,邊坡參建各方均應采取更穩妥的保證措施確保施工質量。