某加油站场地高陡边坡滑坡的成因分析及应对措施

田同鑫

〔中石化森美(福建)石油有限公司 福建福州 350003〕

我国土地资源供应严重短缺，大量的工程建设场地选择较大规模开挖、回填场地，使我国高陡边坡数量、规模急剧增大[1]。福建省属于丘陵地貌、八山一水一分田，加油站土地规划多设置在国省道边，多为山体、峡谷边，很少布置在集中工业区、商住区等大块平坦地域，三通一平需大量的削坡填土工作。然而，近年来高陡边坡工程质量问题甚至安全质量事故屡见不鲜，常见原因主要有勘察失误、未进行施工设计或设计不科学、施工中偷工减料、不合理压缩工期等，造成很大损失[2-4]。不同区域不同地质条件滑坡地质灾害影响因素繁多又错综复杂，且隐蔽性强，滑坡地质灾害主要原因往往较难辨析。因此，开展高陡边坡工程滑坡地质灾害成因分析及应对措施研究不仅有广阔的工程应用前景，而且具有较大技术经济价值。

依托沿海地区某新建加油站三通一平阶段高陡边坡支护施工过程中发生滑坡地质灾害工程实例，基于较完整的勘察设计资料、现场施工过程照片及监测数据等，分析了高陡边坡支护施工过程中滑坡地质灾害的主要原因并提出新的支护设计方案。研究成果可为类似复杂地质条件下高陡边坡支护工程的设计、施工及相关理论研究提供参考。

1 工程概述

1.1 工程概况

该拟建加油站场地属于某市滨海公路，属丘陵斜坡地貌，因坡脚加油站的建设，坡脚场地整平标高约7.0 m(1985年国家高程)。需对周边斜坡进行开挖，开挖后边坡平面呈L型，开挖后将在场地的北侧、东侧形成高约13～24 m高的开挖边坡，其中东侧开挖边坡长度约47 m、坡高13～24 m；北侧开挖边坡长约74 m、坡高17～24 m。受用地红线及地形地貌限制，形成高陡边坡。若长期暴露，边坡可能存在潜在的滑坡、崩塌、掉块、落石地质灾害，后果严重，边坡工程安全等级为一级，须进行工程治理。

边坡支护设计方案采用上部放坡、加坡面骨架护坡，中部采用框架锚杆，底部片石混凝土挡土墙的三级支护形式。2020年8月边坡北侧上部骨架、中部框架完成，底部挡墙基槽开挖后，现场施工人员发现底部坡面发生崩塌、中部下沉、坡顶地表开裂等现象，立刻停工，采取回填反压等应急措施。

1.2 工程地质、水文地质概况

经地质勘察钻探揭示，表明场地岩土层结构相对较简单，岩土层自上而下，主要有素填土、粉质黏土、含碎块石粉质黏土、孤石、全风化凝灰岩、砂土状强风化凝灰岩、碎块状强风化凝灰岩、中风化凝灰岩。

从典型地质剖面看，坡顶基岩顶面高程约19.05 m(ZK3孔)，坡脚基岩顶面高程约为4.15 m，基岩埋深约10 m，基岩顶面以上分布有强风化凝灰岩、含碎块石粉质黏土、粉质黏土；孤石仅ZK4钻孔有一个揭示。

场地内地表水体不发育，未见地表水流。坡积层孔隙潜水主要赋存于含碎块石粉质黏土层中。由于中间含有碎块石，其透水性相对较强，富水性一般，孔隙潜水以地下径流的形式由高处向低处渗透，主要靠大气降水补给及同水文地质单元内同一含水层的侧向补给，旱季含水量少，雨季含水量丰富，其动态取决于大气降水。

勘察期间，勘探孔深度内未见有地下水，斜坡坡底未见泉水出露和渗水现象；在强降雨条件下，可形成埋深约1.5 m且与边坡地形基本一致的渗流水位面。

1.3 设计概况

设计方案采用削坡减载+锚杆框架梁+重力式挡土墙+截水骨架+截、排水系统。边坡自下而上分三级放坡，第一级边坡均采用重力式挡土墙支护，墙高度4.5～5.0 m，墙面坡率1∶0.25，墙背坡率为1∶0.1，采用C20片石混凝土现浇，挡墙内设置一排仰斜式排水孔、孔深8 m，间距5 m；第二级边坡坡面采用1∶0.5～1∶0.7的坡率削坡卸载，并设置锚杆框架梁，锚杆框架梁梁高宽为0.3 m×0.35 m，锚杆长度分别为12 m、9 m、6 m，锚杆的设计锚固力为100 kN；第三级边坡坡面采用1∶1.25削坡卸载，设置截水骨架并结合植草绿化，骨架采用C20片石混凝土现浇。

1.4 施工过程中边坡崩塌

边坡支护工程于2019年10月开工。截至2020年8月，上部骨架护坡及中部框架锚杆已完成施工。锚杆框架施工期间，北侧中部出现地下水渗流、局部产生坍塌。施工单位采用石块、水泥进行嵌补。下部东侧及北侧靠东约15 m左右坡脚挡土墙基础基槽开挖后，完成了挡土墙施工。北侧边坡中西段下部挡墙基槽开挖后，北侧中段坡脚发生局部崩塌，其上部截水骨架坡体出现开裂，坡面出现多条下错的张拉裂缝。裂缝呈近似圆弧状，长度约20 m。框架梁出现斜向剪切裂缝，边坡前缘坡体出现鼓胀变形，平台出现下沉现象，框架梁下部出现悬空，坡面底部有泉水渗出。发现险情后，施工单位现场人员立即报告建设单位，现场停止施工、施工人员撤离危险影响范围。

1.5 应急处理措施

建设单位接到滑坡地质灾害险情后，组织设计、勘察单位现场踏勘，采取应急措施如下：北段边坡下部进行回填反压，开挖临时排水沟排水；骨架护坡下错裂缝和拉裂缝处采用塑料布覆盖，防止地表水、雨水入渗坡体，并加强边坡监测。应急措施实施后，边坡变形速率逐渐减小，滑坡发展得到初步控制。但边坡仍处于不稳定状态，若进入雨季或强降雨，滑坡变形可能继续发展，危及坡脚场地安全。

鉴于滑坡地质灾害影响因素繁多、错综复杂且隐蔽性强，需找出主要原因后采取有针对性应对措施，方能形成经济、科学的解决方案。建设单位随后组织召开专家咨询会，分析高陡边坡滑坡地质灾害成因，对边坡进行补充勘察，根据勘察成果重新设计地灾治理方案。

2 引发滑坡地质灾害原因分析

根据加油站高陡边坡治理工程地质灾害补充勘察报告，综合原勘察报告、原设计方案、施工过程、边坡监测成果等资料，对高陡边坡滑坡地质灾害原因进行分析。

2.1 地质构造及地貌原因

(1)崩坡积块石及碎石粉质黏土层厚度大。滑坡位置位于山脊西南坡的凹坡地段坡脚地段，上部自然斜坡20°～35°，且后侧山坡延伸较远，汇水面积较大，凹坡地形有利雨水汇集。崩坡积块石及碎石粉质黏土为坡积、崩积成因，主要为凝灰岩风化岩崩落堆积而成，最大厚度达11.9 m，主要成分为黏性土，不均匀夹有块石及碎石，含量约25%～45%。土层均匀性极差、结构松散，强度相对较低；崩坡积粉质黏土层含有大尺寸滚石、块石、碎石，含碎石及块石富集地段渗透性好，造成地下水富集。由于8月为雨水季节，地表水大量渗入，形成与边坡地形基本一致的渗流水位面。一方面地下水的渗流增加坡体的动水压力，增加了土体容重、下滑力；另一方面由于上部含碎块石崩坡积粉质黏土和风化层渗透性的差异，地下水易在交界面形成滞水区，降低土体抗剪强度，增加下滑力。崩坡积粉质黏土层含有块石、碎石，渗透性好，易形成地下水渗流通道，坡脚剪出口地段粉质黏土和下伏全风化岩饱水软化，再加上坡脚开挖，相当于抗滑段土体被挖除，边坡抗滑力不足以抵抗下滑力，形成了滑动面，引发边坡变形发生，牵引边坡后缘开裂，降水直接入渗土体，增大了滑坡推力，进一步加剧边坡失稳，导致滑坡、崩塌的发生。

(2)孤石多且大。崩坡积块石及碎石粉质黏土及全风化凝灰岩层内分布大量的孤石，最大孤石达15.5 m3，勘察期间钻孔遇到过大的孤石时，误认为已达到中风化基岩层而终止钻孔。例如场地北侧坡顶原勘察报告中风化基岩顶面高程约19.05 m，坡脚中风化基岩顶面高程约为4.15 m，中风化基岩埋深约10 m；但补充勘察坡顶中风化基岩顶面高程约5.15 m，中风化基岩埋深达35 m，坡脚中风化基岩埋深很大、未揭露；原勘察地质剖面图与补充勘察地质剖面相比，岩土层分布差异较大，特别是对中风化基岩层埋深判断差别很大，对支护设计影响较大。

2.2 原设计方案原因

从原设计方案初步判断支护方案设计锚杆长度、锚杆轴向拉力标准值偏小，仰斜式排水孔布置数量、长度不足，不利于坡体地下深层排水。依据原勘察资料中的地质剖面及设计计算参数值，对原支护设计方案天然工况边坡稳定性计算。由于地勘未提供饱和工况下的设计计算参数，故原支护设计方案饱和工况下边坡稳定性未做计算。天然状态下整体滑动稳定最小安全系数为1.263，不满足《GB 50330-2013建筑边坡工程技术规范》要求。

依据补充勘察资料中的地质剖面及设计计算参数值，对原支护设计方案天然工况和饱和工况下边坡稳定性计算，天然状态下整体滑动稳定最小安全系数为1.212，不满足建筑边坡工程规范要求；饱和状态下整体滑动稳定最小安全系数为0.843，不满足建筑边坡工程规范要求。

2.3 施工工序原因

该边坡工程2019年10月开工，未按自上而下分层分段的顺序施工。施工至第二级边坡时，边坡削坡后，北侧西段边坡土体发生崩塌，崩塌宽度约12 m、高度约7 m，厚度约2.0～2.5 m，崩塌方量约150 m3；后采用浆砌块石补平坡面，后施工锚杆、框架梁；坡顶未设置截排水沟。

施工未自上而下分层分段土方开挖、支护，未支护边坡暴露时间过长，导致边坡局部崩塌，加剧覆盖层崩坡积块石碎石粉质黏土层结构松散，施工期间坡顶截排水系统不完善，加大雨水下渗量，边坡稳定性大幅度降低。

2.4 边坡变形监测结果验证

由于边坡仍处于变形发展期，为确保补充勘察作业期间安全，在边坡坡顶、平台及坡脚各布设一排水平位移及沉降监测点，并在平台布设3个、坡顶布设2个深层水平位移测斜管。

补充勘查期间(2020年12月22日至2021年2月22日)边坡监测结果为：坡顶水平位移4.18～6.17 mm，变形速率0.07～0.10 mm/d，沉降0.06～1.73 mm，沉降速率0.00～0.03 mm/d；平台水平位移3.64～4.96 mm，变形速率0.06～0.08 mm/d，沉降0.24～2.14 mm，沉降速率0.00～0.04 mm/d；坡脚水平位移3.39～4.99 mm，变形速率0.06～0.08 mm/d，沉降0.09～1.78 mm，沉降速率0.01～0.03 mm/d。根据沉降监测结果可知，深层位移测斜管由于埋设时间较短，下半年为旱季、水平位移较小。从监测成果分析，平台测斜管最大水平位移0.81～1.49 mm，约处于深4～7 m位置，佐证了滑动面位于崩坡积碎块石粉质黏土与全风化凝灰岩交界面附近，验证了上述分析结果。

3 改进措施

根据滑坡形成的机制、可能产生破坏的模式、影响因素，结合滑坡实际情况，参考该区域滑坡防护经验，对场地滑坡区域采取如下治理设计方案：上级边坡(原骨架护坡段)增设框架+锚杆支护，对滑坡体可进行适当的修坡，对后缘裂缝采用黏土回填夯实或灌浆封闭；中级边坡增设抗滑桩+预应力锚索+框架锚索支护。由于边坡已经形成，受条件限制，可在平台和挡墙之间布设一排抗滑桩。施工前，应继续回填至抗滑桩顶位置，形成施工平台。抗滑桩位置避开原框架竖梁，抗滑桩施工完成后再布设锚索，拆除已经损坏的框架，进行抗滑桩冠梁及新框架施工，锁定锚索；下级边坡已施工挡墙位置不变，未施工挡墙地段可采用重力式挡墙，减少抗滑桩的悬臂高度，有利于控制抗滑桩变形及减小刚度。

由于场地边坡岩土层存在较多滚石、孤石，采用人工挖孔桩难度较大，建议抗滑桩采用冲钻孔灌注桩或旋挖灌注桩，抗滑桩进入滑动面稳定地层的深度应满足抗倾覆、抗滑移要求。增设两排仰斜式泄水孔，采用Φ110 mm排水孔、上斜5%、长25 m。

4 结束语

通过现场勘察、资料分析、理论分析及模型计算，对该加油站高陡边坡支护施工过程发生滑坡地质灾害的主要原因进行分析，得到如下结论及建议。

(1)场地内地质成因复杂，坡顶覆盖层崩坡积块石碎石粉质黏土层较厚、结构松散，孤石多且大，导致地勘成果未能全面反映真实边坡地质情况，是本工程滑坡地质灾害的根本原因。

(2)原设计方案锚杆锚固段长度、锚固力不足，边坡仰斜式排水孔长度短、数量少，是本工程滑坡地质灾害的设计原因。

(3)施工未自上而下分层分段土方开挖、支护，未支护边坡暴露时间过长，导致边坡局部崩塌，加剧覆盖层崩坡积块石碎石粉质黏土层结构松散，施工期间坡顶截排水系统不完善，加大雨水下渗量，边坡稳定性显著降低，是本工程滑坡地质灾害的施工原因。

对于类似地质情况的工程，建议加强崩坡成因地貌现场勘察及分析，粉质黏土覆盖层厚度可能较大、孤石多且大，结合场地外周边出露的岩土层及场地内每个地质钻孔进行综合判断，避免勘察阶段对边坡地质条件发生误判。设计阶段应分析、复核勘察报告，并应参考该区域其它工程边坡防护设计经验。施工阶段应严格按规范标准制订施工方案，自上而下分层分段作业，开挖后应及时支护，避免长时间裸露。