平江某填筑边坡坍塌事故原因分析及处理措施

马 杰， 刘 华

(湖南省勘测设计院，湖南 长沙 410000)

1 工程概况

该项目为平江某厂在原矿仓旁拟建破碎走廊与堆矿坪之间的边坡支护工程，边坡周边环境较复杂，东侧紧邻山顶植被发育；北侧坡底为稻田；西侧为拟建新尾矿库；南侧即拟建堆矿坪，边坡支护高度为20 m，设计为永久性支护，安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，设计使用年限50年，原设计采用桩锚支护方案。

本项目所处场地内主要由粉质黏土(Qel)、元古界冷家溪群第二岩组的强风化泥质粉质板岩(PtIn2)、元古界冷家溪群第二岩组的中风化泥质粉质板岩(PtIn2)组成。受区域地质构造影响，岩层局部有褶皱现象，工程地质调查表明岩层倾向局部发生改变，但倾角变化不大。地表浅部岩石风化裂隙发育密集，风化层厚2～5 m，场地构造主要表现为岩石节理裂隙，裂隙破坏了岩体整体结构的完整性。

2 边坡的特点

设计后施工前，因坡脚重力式挡墙施工使边坡场址出现塌方，设计要求边坡先施工支护桩后挖土方，而塌方处理后变为先挖土方后施工支护桩。受上部使用空间要求和建筑红线限制，除在坡顶削坡扩坪外，还需要做成垂直边坡才能满足堆矿需求。因此实际施工的边坡为高填方垂直排桩+锚索边坡，与原设计初衷有很大改变。该边坡2013年7月竣工验收，2015年7月边坡支护排桩坍塌。边坡支护竣工至发生坍塌仅使用2年。

3 边坡坍塌事故原因分析

本次边坡坍塌事故的发生有众多主观和客观原因，最为重要的为勘察、设计、施工等原因。

3.1 勘察

对于地质条件和环境条件复杂、有明显变形迹象的一级边坡工程，边坡邻近有重要建(构)筑物的边坡工程应进行专门性边坡工程的地质勘察。本项目仅针对新建厂房建设项目布置钻孔，未针对边坡支护工程进行布孔，勘察工作没有达到一级边坡关于支护设计和施工的勘察要求。工程勘察资料和结论是设计的基本依据，勘察资料不准、不详，勘察结论不完备或不准确，从而为边坡支护工程埋下事故隐患。

3.2 设计情况核查分析

3.2.1 计算模型的复核

滑坡推力计算的工况较多，针对本工程计算模型进行复核，简要说明如下：工况1为按原设计的坡面、水面、滑面参数；工况2为按工况1参数，并考虑60 kN/m2超载；工况3为按实测原设计控制剖面建模，考虑60 kN/m2超载； 工况4为按竣工图对应控制剖面建模，考虑60 kN/m2超载。

设计应采用全过程动态设计，计算模型应根据施工开挖反馈信息进行调整。初步设计采用工况1是合理，但设计有60 kN/m2的坡顶超载，计算模型是通过增加滑动体坡顶厚度3 m进行模拟，但增加3 m后坡顶高度刚好20 m。对于本边坡在施加支护结构时，坡体已进行开挖，开挖破坏了坡体的平衡，坡体内对应力场重新调整，同时坡体内各部分会发生相应的变形，以便达到新的平衡。原设计按照工况1仅考虑了土压力的作用，而忽略坡顶超载以及现场坡面的变化，这是不安全的。

3.2.2 锚索失效的复核

当输出电压vo不变，电容取值增大则相应的电流也会增加，为确保负载性能，电感电流也随之增加，虚拟电容的存在在控制上相当于在电流内环加入了一个电容反馈装置，改变相应的电流期望值则等效于虚拟电容的影响。

锚索设计资料的锚索轴向拉力设计值分别为：第一排466.5 kN，第二排531.4 kN，第三排764.8 kN，第四排764.8 kN，四排锚索总合力为2 393.2 kN。上述各工况如果锚索发生锚具失效，会出现钢绞线拔出破坏的情况。支护不考虑锚索的作用，并且不考虑安全储备，相应计算结果如表1～表3所示。

由表1可知：锚索失效后，工况1～工况3排桩不会发生剪切破坏，工况1～工况4排桩均会发生弯曲破坏，且工况4发生弯曲破坏比发生剪切破坏的可能性大。由表2可知：锚索失效后，工况1不会发生滑动失稳破坏，工况2～工况4均会发生滑动失稳破坏；锚索失效后，工况1～工况4均会发生倾覆失稳破坏。对比可知：各工况发生倾覆失稳破坏比发生滑动失稳破坏的可能性大。由分析可知，该边坡工程如不出现锚索失效，虽不满足相应规范要求，安全储备不足，但基本不会发生坍塌破坏事故；只有锚索失效后，才可能发生边坡坍塌事故，且按倾覆失稳破坏模式发生。

表1 滑坡推力作用下排桩承载力

表2 抗滑稳定安全系数表

表3 抗倾覆稳定安全系数

3.2.3剪力墙的复核

施工单位自行增加无基础剪力墙，且剪力墙布置有2排6束锚索，锚索锚固于回填土中，锚索相当于无粘结预应力锚索。边坡坍塌前剪力墙发生了很大位移，穿过剪力墙的锚索受的轴向拉力很大，因此导致锚具失效，锚索从锚具中拔出，这是造成边坡坍塌的主要原因。

3.3 施工情况核查分析

本项目为高填方边坡，需进行专项施工方案专家论证，施工过程中涉及的钻孔、注浆、预应力锚索张拉、土方回填、施工现场观测及必要的试验检测报告等关键技术资料缺乏，竣工图纸表述不完善；对于本边坡未做专项施工监测方案及记录；当现场实际情况与原设计发生明显变化时，未按照程序进行变更，这些都增加了支护结构的不安全性。

4 边坡坍塌主要原因分析

通过对本边坡勘察、设计、施工资料及现场情况分析，本边坡发生坍塌的主要原因为：现场开挖情况与边坡设计发生很大变化时未进行变更设计。原设计的挖方边坡变成高填方边坡，边坡的设计方法、施工工艺及受力体系发生质的变化，对整个边坡的稳定性和支护结构的承载能力造成不利的影响。施工单位自行变更设计，调整支护结构平面布置，而增加的剪力墙与桩和锚索为不受力体系，使锚索在剪力墙发生侧向位移时受力很大，导致锚索失效诱发边坡坍塌。挡土墙后回填土方量大且不密实，此区域降雨量大，大气降水和地表水不能及时排除，墙背的土压力和水压力增大，在这些因素的共同作用下使得边坡发生坍塌。

5 处理方法

对边坡坡体进行削方减载，将坡体坍塌的松土全部清除，放缓边坡坡率，降低上部堆填的矿渣的高度和范围；坡面采用格构锚索，格构间采用钢筋混凝土板并设置仰斜式排水孔；边坡做好地表排水，坡顶及坡面设置截水沟，坡脚设置排水沟，有利于堆填的矿渣内水排除。

6 结论

对平江某填筑边坡坍塌事故原因的分析，得出以下结论：

(1)边坡施工是一项技术难度较大的工程，各参建方必须严格按照相关的规范和设计要求进行。

(2)边坡施工过程通常会与原设计有差异，必须严格执行信息化施工和动态设计原则，避免出现严重安全事故。

(3)边坡发生失稳破坏或坍塌是一个动态的过程，对边坡工程进行监测有利于提前了解边坡的动态，对其进程进行预测，从而能提前采取一定的应急和预防措施，减少边坡坍塌造成的危害。