成都某边坡垮塌事故原因鉴定分析

李胜杰

(1. 成都市建筑科学研究院有限公司, 四川成都 610051; 2. 成都市建科院工程质量检测有限公司, 四川成都 610051)

0 引言

在边坡工程设计与施工中,设计人员或者施工人员往往仅考虑地层及边坡高度情况,对地形地貌及地质构造等工程地质条件认识不足,尤其是特殊的地形地貌条件或与地质构造条件叠合在一起在外部作用力下的破坏力判断不足,边坡施工质量的保证程度集合特殊的工程地质条件及外部作用力对边坡能否经受住考验,通过成都市东部新区龙泉山上的多段垮塌边坡进行了综合分析研究,处于褶皱背斜核部区域边坡在易于汇水区段在持续暴雨作用下斜坡更不稳定、更容易垮塌,这对从事该类岩土工程设计与施工的人员能提供借鉴与指导。

1 地质条件概况

拟建场地位于由龙泉山东坡断裂和龙泉山西坡断裂组成的NNE～NE 向龙泉山断裂带内的龙泉山箱状复式背斜中段西翼,岩层产状为93°∠6°～7°,边坡岩体风化裂隙发育,构造裂隙较发育其中发育有两组节理裂隙结构面,J1 产状为:114°∠88°,J2 产状为:99°∠73°,J1 结构面分离,结构面平直光滑,略有起伏,张开度20～30 mm,泥质充填;J2 结构面结合较好,呈现闭合状态,延展性较差。结构面与岩层层面将岩体切割成块状,坡体内未发现结构面倾向坡外,边坡稳定性主要受自身强度影响。

拟建场地地处龙泉山脉腹地,地貌单元属构造剥蚀低山。工作区出露地层依次为:第四系全新统(Q4ml)耕土层①;第四系全新统残坡积(Q4dl+el)粉质黏土②、下伏基岩为侏罗系上统遂宁组(J3s)泥岩层③。

2 事故边坡工程概况

垮塌段边坡为配套道路边坡中的若干段,配套道路边坡由里程桩号K0+000 ～K0+837.8之间多段边坡组成,K0+000处于山下,K0+837.8大约处于山上接近山顶,事故边坡分布情况见平面示意(图1)。支护型式有主动防护网、网喷、护面墙、挡土墙、框架锚杆、桩板墙等多种型式,垮塌段的支护型式有主动防护网、护面墙、网喷。

图1 事故边坡平面示意

2020年8月中旬,共有2次明显的暴雨到大暴雨天气过程,分别是11日08时到12日08时、14日08时到18日08时,事故边坡周围最近的3个自动雨量站数据显示:自11日08时到18日08时,东部新区武庙镇降雨累计达396.5 mm,天府新区太平镇二郎累计降雨达624.6 mm,东部新区高明张家岩降雨达344.8 mm,而成都地区多年的年平均降雨量为922.7 mm,相当于这几日的累计雨量达到多年平均累计雨量的37%～67%,2次强降雨天气间隔时间短,累计降雨量大。

3 各事故段边坡事故原因鉴定分析

3.1 K0+060右侧边坡滑塌

该段边坡地层主要为残坡积粉质黏土和全风化泥岩,边坡高度约5 m,设计采用1∶0.75(后变更为1∶1放坡)放坡击入式土钉挂网喷混凝土,现场实际采用1∶1.4～1∶1.5放坡网喷支护,支护结构基础位于公路边沟内侧,由于该段边沟尚未及时硬化,在强降雨条件下,大量雨水汇集于边沟,对边坡坡脚岩土体产生了强烈的冲刷、掏蚀作用,造成坡脚土体流失,导致支护结构下部局部悬空(图2),且网喷面层与坡体无锚固作用,支护结构失去支撑,加之边坡上部雨水汇流后部分雨水沿坡顶下渗,土体达到饱和,支护结构与坡体之间的摩擦减小,支护结构进一步失去支撑,雨水进入支护结构与坡体之间时,又因排水不畅[1],增大了孔隙水压力[2],导致局部喷射混凝土面层起翘、鼓包,同时加大了支护结构的下滑力,最终导致支护结构滑塌,支护结构面层与坡体脱开(图3)。

3.2 K0+320～K0+350右侧边坡垮塌(垮塌1)与K0+430～K0+490左侧边坡滑坡(滑坡1)

K0+320～K0+350右侧边坡与K0+430～K0+490左侧边坡地层主要为残坡积粉质黏土层、强风化泥岩和中风化泥岩,K0+320～K0+350右侧边坡最大高度约10.8 m,设计和施工均采用高5 m的护面墙,护面墙以上采用1∶0.75自然放坡;K0+430～K0+490左侧边坡原设计采用护面墙+框架锚杆支护,后变更设计后未采取任何支护,边坡最大高度约55 m,2020年8月中旬受持续强降雨影响,斜坡表层土体滑动,滑坡平面呈半圆形,纵向长50 m,横向宽60 m,堆积于斜坡坡脚,堆积面积约1 800 m2,厚度5 m,垮塌方量约9 000 m3,垮塌造成公路被完全阻断,由于该处公路为回头弯,大量滑坡堆积体堆积于上下两侧公路,公路断面为“U”形槽(图4),滑坡堆积体阻断公路汇水水流通道,大量雨水汇集于公路沟槽内,水流从最薄弱的坡外缺口溢流,导致其不断对堆积体和坡体产生冲刷,在该段西侧路基范围(即K0+320～K0+350右侧边坡受到强烈冲刷)形成一冲刷缺口,引发该段边坡护面墙垮塌,并形成冲沟(图5)。经分析,该段滑坡是在特殊地质条件和强降雨条件下诱发形成的地质灾害,该段边坡整体平均坡高达50 m,自然坡度达55°～60°,从坡体物质组成看,坡体上覆较薄残坡积粉质黏土,坡体物质松散,下覆以强风化泥岩为主,基座为中风化砂岩,且该段地处龙泉山背斜核部附近,岩体破碎,风化强烈,岩土体极易沿着残坡积粉质黏土与基岩结合面或者强风化层内部产生圆弧形滑动;在持续高强度降雨条件下,坡体物质饱和,坡面产流增加,坡体物质饱和增加了坡体重量,软化了坡体,加大了静水压力和渗透力,这些都不利于坡体稳定;另一方面,坡面产流增加导致坡体受冲刷加剧,进一步降低了坡体稳定性。

3.3 K0+520～K0+580左侧边坡滑坡(滑坡2)

K0+520～K0+580左侧边坡地层主要为残坡积粉质黏土层、强风化泥岩和中风化泥岩,边坡最大高度约31.4 m,K0+520～K0+540左侧边坡设计采用护面墙+主动防护网,坡面实际仅采用主动防护网防护。K0+540～K0+580左侧设计最初采用护面墙+主动防护网,开挖后发现坡体泥岩节理、裂隙发育,被切割成碎块状,存在掉块现象,设计变更为采用混凝土路堑墙+锚杆网喷,并增设了截水沟,而现场实际采用的是分级放坡锚喷支护,分级放坡坡比1∶1.1～1∶1.5(图8)。该段边坡在2020年8月中旬受持续强降雨影响,发生滑坡,该滑坡平面呈舌形(图6),主滑方向285°,滑坡纵向长70 m,横向宽40 m,厚约8 m,体积22 400 m3,属于小型滑坡,滑坡变形特征明显,周界清晰,滑坡后缘呈现弧形连续贯通裂缝,裂缝宽约3～5 cm,可见深度30 cm,局部下挫台坎达0.5～1.0 m(图7),滑坡造成中前缘支护结构开裂、掉块,局部隆起,原有防护工程完全失效(图8)。通过调查分析研究滑坡原因:①由于该段地处龙泉山背斜核部附近,岩体破碎,风化强烈,泥岩节理裂隙发育,滑裂面较深;②碎块状泥岩裂隙受此次强降雨作用,雨水渗入裂隙之中,降低了岩块之间的抗剪强度,增加了坡体的孔隙水压力和渗透力,加大了了坡体的下滑力,滑坡变形进一步加剧;③坡顶截水沟未按照设计要求施工,比如截水沟截面尺寸小于设计要求、截水沟深度较浅甚至出现坡外侧无沟侧壁现象,未按设计要求与坡肩保持5 m以上的距离(图8),对陡坡出口段未设置导流翼墙及与上下游沟渠护壁连接,也未设置多级跌水槽等消能和防冲措施[3],采用石粉浇筑的沟壁结构强度较低,用手可以掰碎,揉搓可成粉末,截水沟开裂;④该项目实施前已出现局部变形特征,如斜坡后缘出现张拉裂缝等,参与边坡防治设计及施工人员对此认识不足。

3.4 K0+650～K0+690左侧边坡垮塌(垮塌2)、K0+720～K0+740左侧边坡垮塌(垮塌3)

K0+650～K0+690左侧边坡地层主要为耕土、残坡积粉质黏土层、强风化泥岩和中风化泥岩,边坡最大高度约12.5 m;K0+720～K0+740左侧边坡地层主要为残坡积粉质黏土层、强风化泥岩和中风化泥岩,边坡最大高度约10.8 m;该2段设计和施工均采用护面墙+主动防护网,岩体较完整。该两段边坡在2020年8月中旬受持续强降雨影响,仅护面墙发生垮塌,岩土体则无垮塌现象(图9、图10)。通过调查分析研究垮塌原因:

(1)护面墙施工质量较差,如未座浆、砌块之间无砂浆、砂浆强度低、护面墙与坡面之间填土较厚且不密实、泄水孔无反滤层等。

(2)坡顶截水沟未按照设计要求施工,比如截水沟截面尺寸小于设计要求、截水沟深度较浅甚至出现坡外侧无沟侧壁现象,甚至出现老冲沟未作任何截排水措施(图10),新开挖道路沟槽废弃不用后形成新冲沟(图10)。

(3)由于该段坡顶地形处于低洼汇水区,暴雨后大量雨水汇集于坡顶或护面墙顶,护面墙受到大量雨水的强烈冲刷,墙后填土饱和,增大了孔隙水压力,护面墙发生倾覆破坏;参与边坡防治设计及施工人员对此种汇水地形边坡的破坏认识不足、施工人员对施工质量的把关不严。

3.5 K0+745～K0+810左侧边坡滑坡(滑坡3)

K0+745～K0+810左侧边坡地层主要为耕土、残坡积粉质黏土层、强风化泥岩和中风化泥岩,边坡最大高度约9.6 m;设计和施工均采用护面墙+主动防护网防护支护型式;该段边坡在2020年8月中旬受持续强降雨影响,发生局部溜滑(图11),造成约50 m公路护面墙完全失效,同时在前缘公路处堆积约3～4 m厚,造成公路完全中断(图12)。通过调查分析研究滑坡原因有几点:

(1)该边坡坡顶原设计施工了一条道路通往山顶塔楼,后来坡顶顶部位置公路废弃后填土,但公路沟槽未完全填至原自然地面,且土体松散,而塔楼处经场平后汇水面积较大,在受到持续强降雨作用下,大量雨水沿着公路汇集于坡顶。

(2)坡顶后缘边坡也有一定的汇水面积;两路雨水汇集于坡顶,坡体受到雨水入渗和冲刷,加大了滑面的孔隙水压力,边坡抗滑能力大幅下降。

(3)上主动防护网与护面墙施工质量较差,防护作用有限,产生基覆界面滑动。

4 事故原因鉴定分析研究结论

事故边坡参建各方对地形地貌及地质构造等工程地质条件认识不足,尤其是特殊的地形地貌条件或与地质构造条件叠合在一起在持续暴雨作用下的破坏力判断不足;较弱的边坡治理措施及较差的施工质量在特殊的较差的工程地质条件及持续暴雨作用是造成边坡事故的根本原因。

通过成都市东部新区龙泉山上的多段事故边坡进行综合分析研究得出几点结论:

(1)处于褶皱背斜核部区域边坡由于岩体较破碎,在易于汇水区段在持续暴雨作用下斜坡更不稳定,更容易发生边坡垮塌现象甚至是滑坡等地质灾害。

(2)边坡治理应遵循“治坡先治水”[4]与“坡水两治”[5]的办法,完善的防排水措施对边坡治理尤为重要,在一定时空效应下截排水系统的及时完善程度决定了边坡治理的成败。

(3)边坡顶部处于地形较低洼易于汇水地段的边坡与坡体岩体较破碎或土体较松散类边坡由于工程地质条件更差,在边坡治理时应采取更安全可靠的支护型式,边坡参建各方均应采取更稳妥的保证措施确保施工质量。