井场边坡稳定性评价及工程处治方案

林泽俊

（中国石化西南油气分公司，成都 610016）

井场边坡稳定性评价及工程处治方案

林泽俊

（中国石化西南油气分公司，成都 610016）

乐山市境内某井场平整形成填方边坡。边坡坡脚井场污水池开挖中，临空面和边坡支挡工程均出现变形破坏。根据变形破坏的分布规律，从场地地形、建筑物分布、边坡特征和原始坡体物质结构方面，分析该边坡变形机理，评价其稳定性影响因素。并采用极限平衡法对边坡的稳定性及下滑推力进行计算。在此基础上，针对性地提出该边坡的工程处治方案，保证后期井场及污水池的作业安全。

井场；填方边坡；变形机理；极限平衡法；稳定性

1 引言

JS1井位于乐山市犍为县境内，以探测页岩气储层为目的层的预探井，设计井深4100 m，拟采用ZJ50L钻机施钻，该钻机井场有效面积为：100 m长×50 m宽（不含污水池）［1］。井场平面规划布置见图1。

图1 JS1井井场平面布置规划图Fig.1 Layout plan of JS1 well site

研究井场地处山顶凸型斜坡区，前期地质灾害评估结论表明，在井场区周边坡体存在多处早期煤矿巷道，为最大限度避开后期钻井揭穿巷道的风险性概率，该井场对井口位置要求较为严格，同时在确定的井口位置处开展先期钻探工作，因而井场平整过程中对井口位置不能进行调整。

基于确定的井口位置，为保证井场有效使用面积100 m×50 m，对井场进行挖填平衡处理，平衡处理过程中形成低挖方边坡（东北侧）和填方边坡（西南侧），挖方边坡平均高度2.5 m，填方边坡最大填高10.5 m，分一级、二级两级填方边坡区，填方边坡区之上为井场水罐等基础荷载集中分布区；污水池受地形条件限制选择在井场西南侧，沿填方边坡坡脚线布置，具体分布见图2；由于污水池面积较大（40 m×20 m），跨越不同地貌单元与地层类别，为防治污水池池底出现软硬交替地层所引起的不均匀沉降，对污水池池底标高进行控制，保证其池底高程处持力层均一，因而需对污水池处坡体进行开挖，形成6.8 m高挖方边坡，开挖过程中发现污水池后侧池壁处坡体存在软弱夹层，即煤层，且有层间裂隙水渗出，受此软弱夹层以及井场填方荷载的作用，污水池开挖临空面以及填方边坡支挡工程等均出现不同程度变形破坏迹象，且变形有进一步扩展的趋势，对井场的稳定性及后期污水池的安全构成一定威胁。

2 边坡基本特征

2.1 边坡形态特征

地形条件以及钻井井场各构筑物位置关系决定了该边坡具有如下特征（图3）：①井场挖填形成填方边坡，填方区坡体上荷载较大，按照该处位置布置井场水罐荷载计算，均布荷载值按80 k N/m2计算；②污水池开挖形成高陡挖方边坡；③坡体下覆软弱夹层，以煤层形式出现且存在层间裂隙水；④受临空面影响，在井场填方荷载作用下，挖方边坡易发生垮塌破坏；⑤本次研究的对象即为：由井场填方边坡与污水池后侧挖方边坡共同形成该区高陡挖方边坡与填方边坡相结合的复合型边坡。

图2 井场边坡全貌Fig.2 Full view of the slope

图3 边坡剖面形态示意图Fig.3 Slope section

污水池后侧复合型边坡高程介于640.23～655.74 m之间，最大高差达15.51 m，边坡平均坡度大于35°。其中井场填方边坡高程在647.0～655.74 m，在污水池开挖之前采取“护脚墙＋浆砌片石护坡＋放坡”处理，填方边坡根据实际地形采取分级放坡，具体为：4.0 m以下边坡无需分级；8.0 m需分级放坡，且设置马道（1.5 m宽）等措施，在护脚墙以上浆砌片石护坡：厚度500 mm，护坡前应对放坡后坡面夯实处理，同时坡面铺设连砂石垫层；污水池开挖形成陡立临空面，设计开挖坡比1∶0.5，该处高陡挖方边坡高程在640.23～647.0 m。

2.2 边坡坡体物质组成特征

该复合型边坡地层主要由第四系全新统（Q4）覆盖层和须家河组（T3x）深灰色砂岩组成。第四系覆盖层为人工填土（）和第四系残坡积土），下覆基岩为须家河组（T3x）深灰色砂岩，见图4，地层由新至老具体分述如下：

图4 边坡工程地质剖面图Fig.4 Engineering geological section

（1）人工填土层（Q4ml）：灰黄色，稍湿－干，碎块石土，岩性主要为砂泥岩，含量在30%～60%左右，粒径在2.0～15 cm之间，结构呈中等密实状，该层厚度4.0～8.0 m。

（2）第四系坡残积粘土层（Q4dl＋el）：灰褐色－浅紫色，稍湿－湿，软塑－可塑。以软塑为主，残坡积成因，无光泽反应，摇震反应中等，韧性低，干强度低。主要由黏粒组成，粉质粘土为主，含铁、锰质氧化物，厚度2.00 m。

（3）须家河组（T3x）砂岩：为深灰色砂岩，岩层产状15°∠5°，微风化，矿物成份以石英、长石为主，泥质胶结，巨厚层构造，垂直节理裂隙发育。据污水池边坡开挖揭露，该砂岩层具体可细分为4层：①强风化基岩，②中风化基岩，③中风化基岩（含煤层软弱夹层），④中－新鲜基岩。其中强风化基岩中主要为近水平状泥岩，开挖后崩解严重且岩层中有渗滴水现象；中风化基岩（含煤层软弱夹层）中，煤层厚度在30～45 cm之间，碎裂状结构，有裂隙水发育，具体见图5。

2.3 边坡地下水特征

根据勘探资料分析及现场地质调查，场地内地下水主要为松散坡洪积层上层滞水及下覆基岩裂隙水，赋存于第四系残坡积粘土层中及下覆须家河组地层中，水量小，无统一水位，主要受大气降水及山体径流补给，通过地下径流排泄。

依据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）（2009年修订版）Ⅱ类环境水判定：边坡地下水对混凝土结构有微腐蚀，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀，对钢结构有弱腐蚀。

图5 边坡地层由老至新划分图Fig.5 Slope strata

2.4 边坡变形破坏特征

污水池后侧复合型边坡变形破坏特征主要包括井场填方边坡与污水池挖方边坡的变形破坏。

井场填方边坡采取1∶1.0坡度进行放坡处理，边坡填筑完成后，施工车辆荷载（水罐基础荷载加载前）及边坡自身重力作用下，井场面及边坡坡面出现侧向变形和沉降变形。侧向变形主要表现在井场面临空侧出现缓慢的蠕动变形，以拉裂变形为主，拉裂缝集中分布在水罐基础临空一侧，裂缝宽度约3～5 mm，在下侧污水池开挖后裂缝有扩展趋势；沉降变形主要表现在边坡坡面出现轻微鼓胀现象，鼓胀区域基本分布在一级填方边坡1.5 m（自井场面以下）位置处，见图6。

图6 井场填方边坡变形迹象Fig.6 Deformation signs of the fill slope

污水池挖方边坡临空面坡体前缘发生垮塌，垮塌深度约4 m左右，伴随垮塌等释能现象的出现，在原有软弱结构面控制下，剪切滑动面由深部逐步向地表发展，见图7。

图7 污水池挖方边坡变形迹象Fig.7 Deformation signs of the excavated sewage pool

3 变形影响因素及形成机理分析

3.1 变形影响因素

（1）边坡地层结构及物质组成

根据场区坡体物质组成特征，残坡积粘土层位于原始地表，性质差，尤其是遇水后强度几乎丧失。下覆强风化基岩几近粘土且呈饱水状，在填土及井场荷载作用下，两者极易成为潜在浅层滑带；而中风化基岩（含煤层软弱夹层）在极端情况下可能成为该复合型边坡发生滑坡的滑带。因而，残坡积粘土层与强风化基岩控制着该边坡浅表层坡体稳定性，而中风化基岩（含煤层软弱夹层）是控制边坡深层坡体稳定性的重要因素之一。

（2）开挖坡脚

从边坡物质组成结构特征看出，边坡存在残坡积粘土层、强风化基岩及中风化基岩（含煤层软弱夹层）3处软弱夹层，这3处软弱夹层控制着边坡的浅层－深层的稳定性，而受污水池开挖的影响，导致软弱夹层暴露，边坡滑动面剪出口高出地面。

填方边坡原始地形显示为一相对较陡的斜坡带，滑动势能相对较高，加之该处填方高度较大（填方高度在4.5～6.5 m左右）且上覆水罐等基础荷载值较大，在其自稳能力较差的情况下，填土自身即可发生剪切滑动变形。而下伏性质较差的残坡积粘土层和强风化基岩，更为填方整体滑动提供了良好的附着面（滑动带）。

以上两大方面是控制该边坡变形的关键因素［2］。当然，由于斜坡地带的填土厚度不一，密实程度难以很好控制，一定程度上还存在不均匀沉降影响。此外，降雨以及基岩裂隙水对边坡土体的软化作用也是降低其稳定性的因素。

3.2 变形形成机理分析

根据以上分析，受污水池开挖及井场填方影响，污水池后侧边坡形成高陡挖方边坡与填方边坡结合的复合型边坡。边坡在填土荷载及井场面水罐等基础荷载作用下，边坡滑动势能较大，加之边坡存在多处软弱夹层，势必造成填土沿软弱带（面）滑动的趋势，其机理为牵引式的变形［2］。

4 边坡稳定性及下滑推力计算

4.1 边坡稳定性计算

极限平衡法是规范推荐的滑坡稳定性分析计算方法，采用加拿大公司开发的GeoSlope系统软件中的SLOPE/W模块，进行稳定性分析计算。其中M－P法为边坡规范推荐的严格解法，因此，稳定性分析以M－P法计算结果为主［3］。

本次稳定性计算选取A－A′剖面作为计算模型，分别考虑天然、暴雨、地震3种不同工况，分水罐基础荷载加载前与加载后两种情况进行计算。计算参数取值以力学试验为基础，结合坡体的变形破坏特征进行反演分析［4］。针对此复合型边坡的反演分析主要结合实际边坡在加载前出现局部垮塌破坏迹象，取边坡稳定性系数趋于极限平衡状态（1.05）～不稳定状态（＜1.0）之间进行计算分析，最终边坡岩土体参数取值见表1。

表1 计算综合参数表Table 1 Calculation parameters

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）（附录A）我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组的规定，查得犍为地区抗震设防烈度为6度第一组，设计基本地震加速度值0.05 g。

研究边坡存在残坡积粘土层、强风化基岩及中风化基岩（含煤层软弱夹层）3处软弱夹层，这3处软弱夹层控制着边坡的浅层－深层的稳定性。该边坡浅层坡体在天然工况下处于不稳定状态——K＝0.982，这与宏观判断相吻合，尤其是边坡临空面处出现的垮塌破坏迹象，在此种工况下坡体已经处于极限平衡状态，见图8；在暴雨工况下，边坡稳定性系数K＝0.760；在地震工况下，边坡稳定性系数K＝0.911，对比加载后稳定性计算结果，各工况下稳定性系数受荷载影响降幅在13.7%～15.5%。

建立、健全新档案管理制度,在完善档案管理体系基础上,使妇幼保健档案管理工作更加规范化、专业化、制度化。在档案管理制度中需要明确档案管理人员职责和工作内容的划分,档案交接过程中需要使档案真实性和完整性得到保证。档案管理人员在档案记录中按照规范书写记录,制定统一的档案编号,使档案质量和规范性得到保证,为之后的使用、保存和管理提供方便。

图8 边坡浅层稳定性计算模型及结果图Fig.8 Stability calculation model and result of the shallow part

该边坡深层坡体在天然工况下处于基本稳定状态——K＝1.061，为进行后期剩余下滑推力计算，对边坡在暴雨以及地震两种工况下的稳定性进行计算，见图9。在暴雨工况下，边坡稳定性系数K＝0.836；在地震工况下，边坡稳定性系数K＝0.932。对比加载后稳定性计算结果，各工况下稳定性系数受荷载影响降幅在10.6%～17.8%。计算结果表明，在后两种工况下边坡的安全余度更低，直接导致设计边坡下滑推力增大，稳定性计算结果见表2。

表2 边坡稳定系数计算结果表Table 2 Stability coefficient calculation

4.2 边坡下滑推力计算

（1）工程等级、计算工况和安全系数的确定

①根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219－2006）滑坡防治工程设计安全系数推荐表，综合确定该复合型边坡防治工程等级为Ⅲ级。

②推力计算工况按深层坡体加载后“饱和（暴雨）工况、安全系数k＝1.20”（规范推荐1.10～1.20）计算，考虑工程重要性等级，取推荐值上限值。

图9 边坡深层稳定性计算模型及结果图Fig.9 Stability calculation model and result of the deep part

（2）计算方法及推力计算结果

在边坡防治工程中，边坡下滑推力的确定至关重要，应用最广泛的是采用传递系数法开展剩余下滑推力计算［5］（推力计算过程此处省略），其计算结果曲线见图10，拟布设防治工程处稳定性系数K＝0.709，剩余下滑力值P＝858.3 k N。根据该设计推力值进行防治工程处治，该推力值在滑坡推力中属于偏大值，建议采取抗滑桩进行治理。

图10 推力计算结果曲线图Fig.10 Curve of thrust－force calculation results

5 边坡的工程处治方案

针对该复合型边坡特殊坡面形态以及下滑推力较大等特点，采取传统挡土墙进行支护难以满足安全要求及治理目的，主要原因有：①边坡高陡，按规范设计挡土墙砌筑高度不易＞6.0 m，而该边坡高度＞8.0 m，采取挡土墙进行支护具有安全风险，且传统挡墙结构需占用较大空间，造成污水池有效使用面积不够。②下滑推力达858.3 k N，按照经验设计判断，对于大型挡土墙设计抗滑荷载在200 k N，无法保证边坡稳定性要求。

综合安全、经济等因素，为保证井场污水池安全使用及边坡在运营期间的稳定性，本次支挡工程选取钢筋混凝土抗滑桩。抗滑桩采用人工挖孔成孔，设计荷载为858.3 k N，桩截面尺寸为1.5 m×2.0 m，桩间距（中对中距）均为5.0 m，桩长14.0 m，受荷段长7 m，锚固段长7 m。假设作用在抗滑桩上的下滑推力分布形式为矩形，桩底支承条件为铰支端。桩身内力采用截面法分别对滑面以上及滑面以下桩体按悬臂梁和线弹性地基梁（K法）进行内力计算。

截止JS1井钻井深度至4298 m时，边坡变形迹象趋于稳定，抗滑桩支挡效果良好。

6 结论

（1）JS1井是一口以探测页岩气储层为目的层的预探井，受场地地形及井场建筑物分布影响，井场西南侧与污水池交接位置处形成了复合型边坡。

（2）复合型边坡存在残坡积粘土层、强风化基岩及中风化基岩（含煤层软弱夹层）3处软弱夹层，软弱夹层控制着边坡的浅层－深层的稳定性。

（3）该边坡变形破坏特征主要集中在井场面及边坡坡面出现的侧向变形（拉裂缝）和沉降变形（轻微鼓胀），尤其是开挖临空面处的垮塌破坏，进一步表明该边坡浅层坡体在天然状况下即处于极限平衡状态－不稳定状态，其变形机理为牵引式滑动变形。

（4）稳定性计算结果表明，边坡浅层坡体在天然工况下处于欠稳定状态——K＝0.982；在暴雨工况下，边坡稳定性系数K＝0.760；在地震工况下，边坡稳定性系数K＝0.911，对比加载后稳定性计算结果，各工况下稳定性系数受荷载影响降幅在13.7%～15.5%；边坡深层坡体在天然工况下处于欠稳定状态——K＝1.061；在暴雨工况下，边坡稳定性系数K＝0.836；在地震工况下，边坡稳定性系数K＝0.932，对比加载后稳定性计算结果，各工况下稳定性系数受荷载影响降幅在10.6%～17.8%。

（5）该复合型边坡防治工程等级为Ⅲ级，推力计算工况按深层坡体加载后“饱和（暴雨）工况、安全系数k＝1.20”，采用传递系数法开展剩余下滑推力计算，剩余下滑力值P＝858.3 k N。

（6）结合边坡稳定性及下滑推力计算结果，边坡支挡工程优选钢筋混凝土抗滑桩，经实践检验抗滑桩支挡工程效果良好，有效保证了井场和污水池建筑物的安全运营。

［1］由胜利石油管理局黄河钻井总公司钻前公司编写，国家能源局颁布实施.钻机基础选型（SY/T 5972－2009）［S］.北京：石油工业出版社，2009.

［2］许建聪，尚岳全.降雨作用下碎石土滑坡解体变形破坏机制研究［J］.岩土力学，2008，29（1）：106－118.

［3］陈祖煜.土质边坡稳定分析——原理、方法、程序［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.

［4］李远耀，殷坤龙，柴波，等.三峡库区滑带土抗剪强度参数的统计规律研究［J］.岩土力学，2008，29（5）：1419－1425.

［5］重庆市设计院主编，中华人民共和国建设部颁布实施.建筑边坡工程技术规范（GB50330－2002）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

STABILITY EVALUATION AND ENGINEERING MEASURES OF A WELL SITE SLOPE

Lin Ze－jun
（SINOPEC Southwest Oil ＆Gas Branch，Chengdu 610016，China）

Afill slope has occurred in the construction of JS1 well site in Leshan City.Deforms and failures have occurred at the free surfaces and supporting constructions during the sewage pool construction.Deformation mechanism and stability－affecting factors are analyzed in terms of topography，building distribution，slope characteristics and original slope structure.The limit equilibrium method is used to calculate the slope stability and the slide－thrust force.Then corresponding engineering measures are proposed to guarantee the security in the late well site and pool construction.

well site；fill slope；deformation mechanism；limit equilibrium method；stability

P624；TU457

:A

1006－4362（2012）02－0071－06

林泽俊（1964－ ），男，汉族，四川武胜人，工程师，目前在中国石化西南油气分公司从事生产与管理工作。

2012－03－14改回日期:2012－04－16