兴岭滑坡治理工程事故原因分析

收稿日期:2004-10-27

作者简介:朱忠荣(1969-),男(汉族),湖北荆门人,三峡大学讲师,水电工程专业,从事工程监理、岩土工程及地质灾害的研究与教学工作,

湖北省宜昌市,139********,zzr2005@https://www.wendangku.net/doc/185122152.html, .cn 。

兴岭滑坡治理工程事故原因分析

朱忠荣,寇国祥

(三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443002)

摘 要:兴岭滑坡发生于1998年3月,为防止边坡再次滑动,需要对滑坡体进行加固治理。由于强降雨和人为因素,在治理工程施工过程中滑坡体发生滑动,造成了比较严重的工程事故。介绍了兴岭滑坡治理工程概况、事故情况,对兴岭滑坡治理工程施工过程中造成挡土墙倾覆的具体原因进行了稳定性理论分析,根据工程所处的水文、地质环境剖析了设计、施工存在的问题。关键词:兴岭滑坡;治理;工程事故;挡土墙;稳定性

中图分类号:P 642.22 文献标识码:B 文章编号:1672-7428(2005)05-0033-04

The Ana l ysis on A cciden t Cau ses i n X i ngli ng L and sli de H arness P roject/Z H U Zhong rong ,KOU Guo x i ang (T hree G orges U n i versity ,Y ichang Hube i 443002,Chi na)Abstrac t :T his article i ntroduces the overall condition of X i ng li ng landsli de i m prove m ent pro ject and t he accident ,and the o reticall y analyzes the stab ili ty reason of the ea rt h reta i n i ng wa ll s co llapse i n t he pro ject ,i nd i cates som e proble m s i n de s i gn and constructi on based on t he hydro l og i ca l and geo l og ical env iron m ent .K ey word s :X i ng li ng L andslide ;treat m ent ;pro j ec t accident ;eart h re tai n i ng wa l;l stab ilit y

1 滑坡基本情况

兴岭滑坡产生于1998年3月,位于三峡库区某县政府大楼北侧,滑坡平面形态为弧形扇状,滑坡后缘高程305m,前缘高程280m ,纵向长101m,前缘宽125m,面积1 25 104

m 2

,平均厚度7 9m,体积9 88 104

m 3

,属于小型浅层滑坡。滑坡主滑方向为S41!E ,滑坡体中部发育4条拉裂缝,走向N25!E 至N 45!E 向两侧略呈弧形,间距2~4m,延伸长15~40m,裂缝宽5~10c m,下坐10~20c m,滑坡剖面形态呈折线型,滑坡体表面平均坡角12!。构成滑坡体的物质为褐黄色粘土碎块石,土石比8?2~7?3。土体结构较松散,土体具弱至中等膨胀性,具有浸水膨胀、失水收缩的特性,粘土自由膨胀率55%~66%,膨胀力为57~179kPa ,体缩19%。2 治理工程概况

兴岭滑坡属于小型浅层滑坡,为保护县城人民生命、财产安全,治理工程设计在滑坡体前缘、中部、中后部采用三排四座浆砌石重力式挡土墙D1、D2、D3和D4(工程平面布置见图1)治理该滑坡。4座挡土墙长分别为58、129、62、76m,其中滑坡体前缘、中部挡土墙(D2、D3、D4)为拆除老挡土墙(由于滑坡,老挡土墙已严重破坏)后重新砌筑,新建挡土

墙基础埋深增加,断面尺寸扩大。砌筑用块径#30c m 、强度#MU 4的块石,砌筑砂浆强度#M 7 5,每隔6~8m 设伸缩缝,设 75mm 、间距2m 2m 、上

下左右交替布置的泄水孔。挡土墙墙后先回填3 7m 高粘土层(夯实),再回填2 8m 高、3 5m 宽河卵石(压实)作反滤层,最后面层回填30c m 粘土滞水层。滑坡体中部D2挡土墙A ?A 伸缩缝段截面具体结构情况见图2。

图1 兴岭滑坡治理工程平面布置图

图2 挡土墙断面图

3 事故情况

治理工程于2003年3月5日开工,施工单位首先由东向西同时施工D2、D4挡土墙,然后分别于5月8日、5月16日施工D1、D3挡土墙,由于当地气候(雨多)及征地移民(占用农民菜地)的原因,施工处于非连续状态。至2003年7月5日滑坡体滑动时,治理工程D1、D2、D3、D4分别施工完成25、78、18、66m。7月5日县城普降大雨,12h降雨量达155mm。滑坡体新建挡土墙所有伸缩缝都不同程度张开,挡土墙产生滑移,其中D2挡土墙最大位移120mm,D2挡土墙A-A伸缩缝段严重倾斜。尚未翻建的老挡土墙产生的最大位移153mm,浆砌块石间勾缝脱落,多处老挡土墙坍塌。D3挡土墙墙前水泥地面受挡土墙推移隆起达69c m,滑坡体整体下坐,后缘下沉量1~1 5m。事故发生后,有关部门及参建单位及时采取了相应工程措施,确保了滑坡体的逐步稳定。

4 事故原因分析

4.1 设计原因分析

4.1.1 设计参数的确定

由于地形变化大、挡土墙断面不一致,故选取D2挡土墙破坏程度最严重的伸缩缝段的断面(见图2)进行验算。根据工程勘察及相关实验资料计算参数选取如下:回填粘土内摩擦角 1=15!,容重 1 =18kN/m3,与墙背摩擦角1=7!;回填河卵石内摩擦角 2=35!,容重 2=20kN/m3,与墙背摩擦角2 =18!;浆砌石墙体容重 k=24kN/m3;挡土墙与基底的滑动摩擦系数!=0 4;地基承载力f k=190 kPa,地基土内摩擦角 =15!,地基土粘聚力c=40 kPa,地基土容重 =19kN/m3。取1m长挡土墙为计算单元,在不浸水的情况下按库仑理论方法计算。

4.1.2 主动土压力计算

顶层回填的30c m粘土滞水层未计算。

按图2中参数?=16 7!,#=73 3!及 2=35!, 2=18!, 1=15!,1=7!。查文献[1]得河卵石层主动土压力系数K a%=0 390,粘土层主动土压力系数K a&=0 670。

4.1.2.1 河卵石层土压力

E a%=(1/2) 2H22K a%=30 58kN(由图2知H2 =2 8m,H1=3 7m)

E a x%=E a%sin(#-2)=30 58sin(73 3!-18!)=25 14kN

E a z%=E a%cos(#-2)=30 58cos(73 3!-18!)=17 41kN

Z%=H2/3+H1=4 63m(E a%作用点距墙踵垂直距离、距墙趾垂直距离为3 83m)

X%=2 85m(E a%作用点距墙趾水平距离)

4.1.2.2 粘土层土压力

E a&=(1/2) 1(H1+Z0)2K a&=279 65kN

其中Z0= 2H2/ 1=3 11m

E a x&=E a&si n(#-1)=279 65sin(73 3!-7!)=256 06kN

E a z&=E a&cos(#-1)=279 65cos(73 3!-7!)=112 40kN

Z&=(3 7+3 11)/3=2 27m(E a&作用点距墙踵垂直距离、距墙趾垂直距离为1 47m)

X&=3 56m(E a&作用点距墙趾水平距离)

4.1.3 稳定性计算

本文只计算抗倾覆稳定性(参见图3),抗滑稳定性分析类似。

(1)为方便计算,将挡土墙断面分块求出其重心C,X S=1 83m(重心C距墙趾O水平距离),挡土墙重G S=441 70k N。

(2)回填河卵石层重G1%=23 52kN(重心距墙趾O水平距离2 01m)、G2%=62 16kN(重心距墙趾O水平距离3 69m)、回填粘土层重G&= 123 21kN(重心距墙趾O水平距离3 87m)。

(3)力E a z%、E a z&、G S、G1%、G2%、G&对O点力矩(顺时针向)分别为49 62、400 14、808 31、47 28、

图3 挡土墙倾覆时受力示意图

229 37、476 78kN?m;力E a x%、E a x&对O点力矩(逆时针向)分别为96 29、376 40k N?m。

(4)抗倾覆系数K L=(M1/(M2=(49 62+ 400 14+808 31+47 28+229 37+476 78)/ (96 29+376 40)=4 281 5。

从上述计算结果看,该挡土墙的稳定性应能满足要求。但是设计计算未考虑2个重要问题:由于挡土墙建于软弱地基上,倾覆力矩中心并不一定位于墙趾,而是位于墙趾与墙重心铅垂线之间的挡土墙基底某一点;上述计算未考虑膨胀土遇水后膨胀力的影响。

4.1.4 设计验算

4.1.4.1 根据文献[2]公式近似计算倾覆力矩中心与墙趾O水平距离X

X=

-8(c N c+q N q)+64(c N c+q N q)2+144 N (W+E a z)

8 N

=1 06m

其中N c、N q、N 为仅与地基土内摩擦角有关的承载力系数,查文献[3]得:N c=11,N q=4,N = 1 13,W=G S。计算出的数据X=1 06m,即为挡土墙可能倾覆失稳的力矩中心的位置O&与墙趾O的水平距离。这一计算值与拆除挡土墙时发现的裂缝位置接近,拆除过程中发现挡土墙在距墙趾97c m 处存在垂直裂缝,且由上至下逐渐变宽。

4.1.4.2 求各力对O&的力矩

力E az%、E az&、G S、G1%、G2%、G&对O点力矩(顺时针向)分别为30 82、281、340 11、22 34、163 48、346 22kN?m。力E ax%、E ax&对O点力矩(顺时针向)分别为111 37、530 04kN?m。由于膨胀土的膨胀力难以准确计算,故采用抗倾覆系数公式反求挡土墙能承受的最大膨胀力P。

K L&=(30 82+281+340 11+22 34+163 48 +346 22)/(111 37+530 04+P6 813 4) )1 5(假定膨胀土膨胀力合力作用于墙高中点)根据上式求出P)6 4kPa,即膨胀土膨胀力必须小于6 4kPa,挡土墙才能满足稳定性要求。由勘察试验报告:膨胀力为57~179kPa,而7月5日当地暴雨12h降雨量达155mm,即使墙后回填采用3 5m宽的河卵石置换了原土,挡土墙受到的膨胀力也会大于6 4kPa。因此挡土墙抗倾覆系数必小于1 5,于是挡土墙出现了倾斜倒塌。

4.1.5 设计存在的问题

(1)设计虽然要求对墙后回填土进行了置换(以天然河卵石和粘土回填),但对膨胀土的膨胀力作用认识不足,忽视了膨胀土的危害性。

(2)设计未充分考虑到挡土墙位于软弱地基上,建于软弱地基上的挡土墙,倾覆力矩中心并不一定位于墙趾,而是位于墙趾与墙重心铅垂线之间的基底上的某一点,如本工程位于距墙趾水平距离1 06m(理论计算1 06m,工程实际发生在0 97m)的基底处。

(3)浸水降水多发地区因挡土墙墙基易受水浸泡,应考虑排水问题,当地基软弱(!<0 5)时不宜设置倾斜基底。本滑坡位于雨季较长的三峡库区,滑坡体容易积水,挡土墙墙基易受水浸泡,设计将挡土墙基底设置为1?5 3的倾斜基底对挡土墙稳定不利。此外设计应对坡面排水有具体工程措施。4.2 施工原因

4.2.1 施工准备工作不充分

(1)工程开工后由于征地移民等原因工程多次受阻,甚至有2次是基槽刚开挖完毕被当地村民阻工而不得不停工,造成滑坡体长期出现临空面。

(2)施工选择的开工时间不合适,整个工程施工期刚好赶在当地的雨季。由于气候原因工程经常处于停工状态,每月施工时间不足15天。由于下雨,基槽多次出现土方垮塌,直接影响坡体稳定。

(3)施工单位为节约成本,没有在现场铺筑临时施工道路,由于施工现场为膨胀土,下雨后几天人和机械无法行走,不但造成下雨时不能施工,而且雨停后不能立即复工。此外,现场没有搭建临时工棚,没有储备材料,经常导致施工现场停工待料。因此

挡土墙施工总是处于时停时砌状态,未能保证工程连续作业。

4.2.2 施工组织设计不合理

(1)施工单位为抢进度,几乎是采取三排、四座挡土墙同时开挖施工,且每次开挖过长(12m),这种同时对滑坡体多处进行大开挖(尤其是膨胀土地区)的施工,极易扰动滑坡体,引起次生地质灾害。最后工期不但没有保证,反而严重拖延工期,造成欲速则不达的后果。

(2)膨胀土地区的工程施工顺序应遵循:先排水,后主体;快速开挖,及时支挡;自上而下,分层逐级施工的原则。同时还应注意施工从两端开始,跳槽开挖,边挖边砌边回填,及时恢复力的平衡状态。

5 结论

兴岭滑坡治理工程事故的直接诱因是7月5日的强降雨(12h降雨量达155mm),但正是设计考虑不全面、施工组织安排不合理这些人为因素,才导致了此次工程事故,造成了经济损失。本次事故虽然没有造成人员伤亡、没有给当地人民造成直接经济损失,但工程发生事故后,重新修复工程花费了4 5万元,采取工程处理措施(在D2挡土墙前设置20根人工挖孔抗滑桩)花费106万元(原治理工程含征地移民费总价才178万元)。同时,事故影响了整个治理工程的竣工工期。由此可见,地质灾害治理工程设计、施工必须坚持因地制宜的科学原则。通过对兴岭滑坡治理工程事故的分析得到以下经验教训。

(1)地质灾害治理工程设计应全面考虑工程所处的水文地质环境,充分利用工程地质资料,设计应针对工程点的具体工程地质条件采取与之相适应的设计形式。尤其应注意特殊地质条件(如本工程膨胀土),确保工程安全可靠。

(2)地质灾害治理工程施工应考虑当地气候情况。根据工程类型及地质情况合理确定施工时间,有些工程项目(如本工程位于膨胀土地区)施工尽可能安排在旱季施工,并且应连续作业,不能随意停工,以利于滑坡体的稳定。

(3)地质灾害治理工程施工应科学安排施工顺序,切不可对治理同一滑坡体的几处工程项目同时大面积施工,也不可随意对相互有影响的几个滑坡体同时施工,否则,极可能由于对滑坡的较大扰动,导致次生地质灾害。

参考文献:

[1] 陈忠达.公路挡土墙设计[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2] 胡玉银.挡土墙抗倾覆稳定性分析[J].同济大学学报,1995,

(3):321-325.

[3] Ian.K.Lee,W eek s W h ite,Ow en G.Ingles.Geot echn i cal E ngi

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[4] 廖世文.膨胀土与铁路工程[M].北京:中国铁道出版社,

1984.

[5] 顾慰慈.挡土墙土压力计算[M].北京:中国建材工业出版社,

2001.

(上接第32页)

5 质量检测

成孔完毕后,项目部组织技术人员对成孔质量进行了检测。检测结果表明,成孔深度为118 75 m,孔径>2500mm,孔斜率为0 65%,孔中心平面位置偏差<5c m,各项指标均满足设计技术要求。

6 结语

(1)本工程采用中升ZSD300/210型全液压钻机进行海上作业,该设备运行平稳,对孔壁周围的土体扰动小,取得了较好的效果。

(2)在泥浆循环系统中,为了提高泥浆的利用率,采用了旋流除渣器对泥浆进行分离,取得了预期的效果。

(3)海上钻孔使用优质淡水泥浆有效地避免了海水对桩基钢筋的腐蚀。根据施工地质条件而制定的钻进规程,取得了良好的效果,说明施工工艺是合理的。

参考文献:

[1] 段新胜,顾湘.桩基工程[M].武汉:中国地质大学出版社,

1995.

[2] 李世忠.钻探工艺学(中册)[M].北京:地质出版社,1992.