某工程边坡失稳原因浅析

某工程边坡失稳原因浅析

某工程边坡失稳原因浅析

孙

岳

1

王志云

2

匡三峁

1

谷峰

1

（1．中国石油集团工程设计有限责任公司北京分公司北京市100085

2．大连海洋大学海洋与土木工程学院辽宁·大连116023）

提要该文以工程边坡为例，首先以变形监测数据为基础并与实际工况对应，说明了预应力锚索在桩－锚支护结构中并未起到有效加固作用，而后再以滑坡勘探结果为依据，探明了锚索失效的根本原因，最后分析了边界条件选择错误的原因和后果。经过一系列分析说明，在边坡施工过程中建立有效的变形监测体系是有必要的，造成本工程边坡失稳的根本原因是勘察程序的不严谨和设计人员的粗心大意，值得广大勘察设计人员警醒和思考。关键词

边坡

失稳

锚索

边界条件

CauseAnalysisonSlopeFailureofanEngineering

SunYue1WangZhiyun2KuangSanmao1GuFeng1

（1BeijingBranch，ChinaPetroleumEngineeringDesignCo．，Ltd．2InstituteofOceanandCivilEngineering，DalianOceanUniversity）

AbstractTakingengineeringslopeasanexample，comparedwithengineeringconditions，thepres-tressedanchorcablewithinpile-anchorsupportingstructuredidnotplayarolebasedonmonitoringdata，

secondlythereasonsofanchorcablefailurearedeterminedaccordingtoslopeinvestigationreport，finallythereasonsandresultsofwronglyselectedboundaryconditionsareanalyzed．Theanalyzedresultsrevealthat，itisessentialtoestablisheffectivedeformationmonitoringsystemduringtheslopeconstruction，thebasicreasonsofslopefailureareimpreciseinvestigationprocedureanddesigners'incaution，anditisworthwhiletoalertandthinkforsurveyanddesignpersonnel．Keywordsslope；failure；anchorcable；boundarycondition

走向长约400m。边坡设计采用预应力锚索+护坡桩+喷射混凝土面板墙支护形式，典型设计断面如图1所示。设计坡比为1∶0．65，护坡桩长16m，锚固6m，桩径800mm，中心距1．6m，人工成孔。预应力锚索为拉力分散型锚索，成2m×2m梅花形布置，长13～19m，设计轴力150～300kN。

1工程概况

某工程边坡由土石方开挖形成，坡高30m，

南北

2变形监测方案及其成果

图1边坡典型设计断面

作者简介：孙岳（1981－），男，工程师，工学硕士，国家注册土木（岩

土）工程师。

收稿日期：2012－11－26

边坡施工采用了信息化施工方法，建立了完整

［1］

运用了GPS、桩身测斜仪、振弦的安全监测系统，

式测力计等设备和手段对边坡进行了实时动态监测。监测结果显示，在施工单位完成护坡桩冠梁后，开始进行桩间土切坡卸载时，边坡坡顶及护坡桩开始产生较大变形。其中，编号为34#的一根护坡桩变形最为显著，其桩身最大变形分别于第1d（为方便表达以首次监测到边坡产生了较大变形之日为第1d）、44．74mm和第7d和第20d达到24．83mm、71.54mm，并相继发出了黄色预警、橙色预警和红色

预警，最后现场作业停止。与监测数据相对应，在边坡后缘开始出现裂缝，裂缝最宽处达5cm，明显裂缝长70m，锚喷面出现裂缝，并逐渐发展贯通，如图2所示。监测结果与实际工况对比分析结果表明，坡脚土石方超量开挖诱发了边坡大变形的开展

。

将二者的监测值进行归一化处理，得到S=某时势，

刻桩身最大变形监测值（或某时刻锚索轴力监测值）/初始桩身最大变形监测值（或初始锚索轴力监S随时间的变化曲线如图3所示。由图3可测值），

看出，桩身变形与锚索轴力总体上均表现出了两个

但二者并不同步。从首次监测到边坡产发展阶段，

生了较大变形之日起，护坡桩桩身最大变形就持续增大，直至20d后达到了71．54mm第一文库网，最大增幅达288%，随后在第32d陡增至150．93mm，并保持基本稳定直至监测结束。反之，锚索轴力在前20d的观测期间内基本保持不变，最大增幅仅为106%，随后也在第32d发生了陡增，达到43．16kN后基本保持稳定直至监测结束。将二者的发展历程与实际工况对比可以看出，当边坡受桩前土石方超量开挖而诱发了大变形时，护坡桩在第一时刻产生了响应，产

而预应力锚索轴力在开始以后生变形并持续增大，

的相当一段时间内并未发生显著变化，说明锚索并

未起到有效的加固作用

。

图2坡顶和坡面裂缝

3

3．1

原因浅析

预应力锚索未起到有效加固作用

从边坡开始发生显著变形到监测结束，将其间的40余次监测数据进行统计，并以其中的34#桩为例进行分析。表1所示为在几个典型时刻34#桩身最大变形监测值以及与之对应的桩间腰梁预应力锚索轴力监测值。

表1

几个典型时刻34#桩身最大变形与锚索轴力监测值

桩身变形监测

时间/d12671617203286

最大变形/mm24．8327．4242．7044．7454．0759．0071．54150．93160．80

增幅（相比第1天）/%100110172180218237288608647

锚索轴力监测轴力/kN26．0926．7426．8525．0026．3226．2127．6543．1642．09

增幅（相比第1天）/%10010210395100．9100．5106．0165．4161．3

图3桩身变形及锚索轴力的发展趋势

3．2

地质勘探揭露的地层不全面，预应力锚索锚固段设计有误

设计预应力锚索长13～19m，可为什么没有起到有效加固作用呢？边坡的勘探深度取决于地面调查后推测的需要查明的地质界限的深度及可能发生

［2］

依据GB50330－2002《建筑边坡工变形的深度，，程技术规范》控制性勘探孔的深度应穿过最深潜并应进入坡脚地形在滑动面进入稳定层不小于5m，

剖面最低点和支护结构基底下不小于3m。因此，准确判断最深潜在滑动面是边坡设计的前提和关键。根据边坡勘察报告，钻探揭露的地层分别为素填土、粘土混碎石、粘土和全风化辉绿岩，未见石英岩分布，以此勘探结果为依据设计预应力锚索锚固段均在粘土混碎石或全风化辉绿岩内。图4所示为边坡后缘基岩面出露情况。很显然，在勘探前的调查测

为了更好地比较桩身变形与锚索轴力的发展趋

绘阶段应该可以判断在该边坡场地可能有石英岩面存在，应将其作为重点调查对象之一，通过其形状分

布与抗剪强度指标判断其是否为最危险滑动面

。

图4滑坡现场照片

发生滑坡后，勘察单位进行了滑坡勘察。典型的勘察断面如图5所示，将其与原设计典型断面对原边坡勘察并未完全揭露地层情况，在比可以看到，

全风化辉绿岩下还有中风化辉绿岩、强风化石英岩和中风化石英岩分布。滑坡现场踏勘表明，滑动土体正是沿着全（中）风化辉绿岩与强（中）风化石英

岩面发生了滑动。而预应力锚索大部分锚固在了全（中）风化辉绿岩内，在边坡发生较大变形时，预应并未力锚索其实是跟随滑动土体一起发生了移动，起到有效加固作用，相反在某种程度上增加了主动土压力

。

图5滑坡勘察典型断面

3．3

设计边界条件选择不当，护坡桩嵌固深度不足

图6所示为边坡设计任务的界面划分。从这张拟建排洪渠的第①级，由拟建排洪渠至护坡桩顶面

由护坡桩顶面至规划道路的第③级，由规的第②级，

划道路至库区地面的第④级，在设计时应将这四级

坡面作为整体进行设计。而实际上是如何处理的

典型剖面可以看出，从坡顶开挖红线至储罐库区底面标高，实际上是由四级坡面组成，即由开挖顶面至

呢？由EPC总承包商负责设计罐区、辅助生产设施和消防道路，即第④级坡面，设计采用重力式挡土墙，而将其不具备资质和能力的第①、②和③级委托

从而将原本应给了具有相应资质的勘察设计单位，

当作为一个整体考虑的边坡划分为两个部分。实际

上，这也是一种常规做法，大多数项目也都是这么处在高层建筑的建设过程中，建设单位往理的。比如，

往独立于主体结构设计之外将基坑支护设计与施工委托给具有相应资质的勘察设计单位来完成。然而，边坡设计人员却片面地选取了设计对象，错误地

将规划道路作为支护模选取了支护模型边界条件，

型的底面，认为其所能提供的桩前被动土压力无限

大，设计护坡桩锚固段仅为6m（桩长16m），造成桩

相当于把桩“悬在端标高与罐区地面标高相差4m，

。这为后来由于施工顺序不当诱发护坡桩了空中”

和边坡发生较大变形而埋下了安全隐患。事实上，

经过事后初步复核，即使护坡桩锚固深度仅为6m，在①～④段作为整体设计的支护体系中，理论上也是可以满足稳定性要求的。但前提必须是由上而下从实际分层分步开挖与支护直至罐区底面。然而，

操作上来讲，这种设计方案又是不可行的。因为即使在护坡桩及其上部结构施工完成，在进行挡土墙施工时不得不开挖土石方，同时为便于施工，土石方又必然会导致桩前被动土压的开挖量往往非常大，力迅速减小，引起护坡桩和边坡产生大变形

。

图6边坡设计界面划分

4总结

1）在边坡施工过程中建立合理有效的变形监

之一。在工作界面划分不当的情况下，设计人员又

导致护坡桩“悬在空没能正确地选择边界条件，

，中”方案完全失效。

4）在本工程的桩－锚支护结构中，无论是预应力锚索还是护坡桩，其关键技术参数均不满足规范其原因不是由于复杂的地质结构规定和力学要求，

又或是缺少多么精妙的计算方法，而是勘察程序的不严谨和设计人员的粗心大意，值得广大勘察和设计人员警醒和思考。

参考文献

［1］孙岳，王学武，王新涛．滑坡灾害治理中安全预警方法

2012，（5）：25～27及应用．勘察科学技术，

［2］郑颖人，陈祖煜，王恭先，等．边坡与滑坡工程治理．北

2007京：人民交通出版社，

测系统可以准确预测支护体系的位移和应力变化并

施工和设计人员能够以此为依及时发出安全警报，

同时也可以利用监测据及时调整施工和设计方案，

数据进行事后分析和判断，查明事故原因，汲取经验教训。

2）地质调查是边坡勘察和设计的前提，本工程不仅将地质调查与工程勘察从形式上合二为一，而且在勘察阶段也没有进行必要的地质调查工作，勘察方案不当，未能全面准确地探明地质情况，导致预

并未起到有效加固作用。应力锚索锚固段设计有误，

3）正确选择边界条件是边坡设计的重要前提

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