鶴煤集團(tuán)精細(xì)化工公司邊坡滑移原因及治理

呂長江 呂向明

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)鶴煤電石廠，河南鶴壁 458050)

1 工程概況

鶴煤集團(tuán)精細(xì)化工公司廠區(qū)位于鶴壁市山城區(qū)西環(huán)路西側(cè)，為丘陵地帶，東側(cè)為鶴煤集團(tuán)公司甲醇廠，精細(xì)化工公司與甲醇廠兩個(gè)廠區(qū)設(shè)計(jì)地面高差36 m，高差由護(hù)坡過渡，平面布置見圖1，圖 2。

圖1 廠區(qū)布置示意圖

圖2 平整剖面示意圖

場(chǎng)地平整挖填量為50萬m3，設(shè)計(jì)考慮土石方挖填就地平衡。東護(hù)坡回填區(qū)下原為農(nóng)田，土壤濕度大，基本處于飽和狀態(tài)。

2 護(hù)坡滑移原因分析

鶴煤集團(tuán)精細(xì)化工公司東側(cè)護(hù)坡設(shè)計(jì)坡度1∶1．3，兩個(gè)坡面間設(shè)置一個(gè)平臺(tái)過渡，根據(jù)回填區(qū)為碎石土土質(zhì)情況選擇1∶1．3的設(shè)計(jì)坡度，坡度取值符合相關(guān)規(guī)程要求，護(hù)坡滑移不是坡面坡度取值不當(dāng)造成的;回填體與山體接觸坡面從理論上講為一滑移面，但是原山體坡面非常粗糙，布滿大塊巖石，不存在粘性風(fēng)化物，且回填范圍超過坡面寬度，回填超過坡面范圍部分對(duì)坡面上的回填體起抗滑穩(wěn)定作用，回填體不可能沿著原山體坡面滑移(見圖3)。

圖3 回填范圍示意圖

從護(hù)坡滑移前坡腳以外5 m范圍內(nèi)地面明顯向上隆起，滑移后護(hù)坡下段向上凸起，護(hù)坡上段向下凹陷的變形情況，結(jié)合施工護(hù)坡基礎(chǔ)時(shí)發(fā)現(xiàn)回填區(qū)土壤濕度大，基本處于飽和狀態(tài)，且粘性土層下有灰褐色不透水的膨脹土層情況分析，護(hù)坡滑移是由于填方區(qū)回填深度大，最高處回填高度達(dá)36m，回填土石容重按18 kN/m3計(jì)算，造成回填后的地層壓應(yīng)力增加高達(dá)648 kPa/m2，一般情況下粘土的承載力較高時(shí)也就200 kPa/m2左右，濕度較大時(shí)120 kPa/m2左右甚至更低，這大大高于回填區(qū)上部地層的允許抗壓強(qiáng)度，這樣高的壓應(yīng)力作用于來不及通過排水固結(jié)提高強(qiáng)度的基本飽和土層，必然導(dǎo)致產(chǎn)生過大的豎向變形，飽和土是不可壓縮的，根據(jù)泊松原理，土層在被豎向壓縮的同時(shí)必產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向膨脹，地層總體積基本不變。

在回填區(qū)寬度較大的情況下，凡回填應(yīng)力超過原土體的承載力的范圍部分，都會(huì)產(chǎn)生側(cè)向變形，回填區(qū)超過原土體的承載力的范圍越大，積累的側(cè)向變形值也將越大，回填區(qū)壓應(yīng)力超過承載力范圍的區(qū)域地基土可以看作處于不穩(wěn)定狀態(tài)，是引起土層滑動(dòng)的動(dòng)力源，屬于有側(cè)向滑移趨勢(shì)土體;回填小于一定的高度，產(chǎn)生的應(yīng)力小于原地面土體承載力及護(hù)坡坡角以外一定范圍的土體屬于側(cè)向抗滑移土體，這部分土體及其上部回填土對(duì)高應(yīng)力區(qū)土體有反壓作用，使滑移面摩擦力增大，能夠限制土層的側(cè)向移動(dòng)，屬于抗滑移穩(wěn)定土體;當(dāng)側(cè)向滑移土體產(chǎn)生的側(cè)向剪切力大于抗滑移土體沿著剪切面土體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，造成回填區(qū)原地面土層沿著剪切滑動(dòng)面向外滑動(dòng)，推動(dòng)坡角外土體上翻，原地面土體連同坡面回填土及毛石護(hù)坡斜向上方滑移后達(dá)到新的平衡位置后趨于穩(wěn)定狀態(tài)(地層失穩(wěn)滑動(dòng)受力分析見圖4)。滑移后的邊坡輪廓見圖4中虛線。

圖4 護(hù)坡滑移原理示意圖

3 設(shè)計(jì)施工應(yīng)采取的措施

高填方區(qū)護(hù)坡因地層失穩(wěn)破壞是不可小覷的護(hù)坡破壞形態(tài)，設(shè)計(jì)必須在有工程地質(zhì)勘察資料的情況下進(jìn)行，鶴煤集團(tuán)精細(xì)化工項(xiàng)目為設(shè)計(jì)施工總承包工程，委托之初護(hù)坡部分未列入工程總承包范圍內(nèi)，后來設(shè)計(jì)單位僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)護(hù)坡斷面施工圖，失誤在于設(shè)計(jì)前未要求進(jìn)行回填區(qū)工程地質(zhì)勘察，對(duì)地層存在的基本飽和軟弱土層未采取工程治理措施。為避免類似工程事故的發(fā)生，對(duì)處于高填方區(qū)的護(hù)坡設(shè)計(jì)之前必須進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，探明有無軟弱飽和土層，軟弱膨脹土層等不良地基，探明土層力學(xué)性能指標(biāo)。對(duì)存在飽和與基本飽和土層的，必須進(jìn)行地基承載力計(jì)算，地基承載力不能滿足要求，應(yīng)進(jìn)行排水固結(jié)設(shè)計(jì)，通過排水固結(jié)工程治理措施，使土層在壓應(yīng)力增加的同時(shí)土層水分得到排除，從而實(shí)現(xiàn)土層具有可壓縮性，強(qiáng)度得到提高。需要特別注意的是，含水量較高的土層，如果地層排水通道不暢，在豎向應(yīng)力作用下，壓縮到一定程度后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，要實(shí)現(xiàn)土層豎向被壓縮的同時(shí)不產(chǎn)生過大的剪切應(yīng)力，關(guān)鍵在于土層豎向被壓縮的過程中，土層始終處于不飽和狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)土體排水固結(jié)的方法很多，具體采取何種方法應(yīng)該通過設(shè)計(jì)優(yōu)化選定。筆者認(rèn)為，本工程為土石方回填工程，不需要對(duì)軟弱地層進(jìn)行預(yù)壓處理，若回填之前在高應(yīng)力區(qū)土層內(nèi)設(shè)置碎石樁，樁頂做縱橫雙向排水盲溝排水，通過碎石樁空隙容水及建立排水通道，隨著回填土引起的應(yīng)力增加，能夠?qū)崿F(xiàn)土層的逐漸固結(jié)，防止地層失穩(wěn)。如果易失穩(wěn)的地層較薄，清除易失穩(wěn)土層應(yīng)該是優(yōu)選的地基處理方法。設(shè)計(jì)應(yīng)采取防止雨水浸潤土層的構(gòu)造措施，固結(jié)排水通道施工完成后，回填之前應(yīng)將回填區(qū)地面壓實(shí)，設(shè)計(jì)隔水層?；靥钔瓿珊髴?yīng)采取截水堵水措施防止地面雨水大量進(jìn)入回填區(qū)內(nèi)。

施工方面應(yīng)該適當(dāng)放緩填方速度，使得土層水分隨著回填區(qū)地層應(yīng)力增加能夠緩慢排出。應(yīng)注意提高毛石護(hù)坡施工質(zhì)量，防止坡面雨水下滲。

4 滑移后的護(hù)坡治理措施

鶴煤集團(tuán)精細(xì)化工公司回填區(qū)東側(cè)護(hù)坡回填結(jié)束，坡面施工基本完成后，護(hù)坡坡腳產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的向外滑移，護(hù)坡中段滑移量較大，滑移后暫停了護(hù)坡施工，經(jīng)過近一年的觀察，期間經(jīng)歷兩個(gè)雨季，未發(fā)生新的坡腳移動(dòng)和坡面下滑，說明經(jīng)過滑移后地層處于新的平衡狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移，地層逐漸固結(jié)，承載力有所提高，地層內(nèi)產(chǎn)生的剪切力會(huì)緩慢下降，地層抗剪強(qiáng)度隨著地層固結(jié)，抗剪能力會(huì)逐步提高，今后，地層壓應(yīng)力若無增加，控制好雨水不要進(jìn)入回填區(qū)浸泡地層，應(yīng)當(dāng)不會(huì)產(chǎn)生新的地層失穩(wěn)及二次滑移。

基于上述分析，筆者在護(hù)坡滑移治理論證會(huì)上提出，治理措施必須能夠保持滑移后的平衡狀態(tài)不被破壞為原則，具體做法是，根據(jù)對(duì)坡腳外所作的補(bǔ)充地質(zhì)勘察報(bào)告，按照地質(zhì)報(bào)告提供的滑動(dòng)面深度重新確定護(hù)坡的新起點(diǎn)，使在新的護(hù)坡起點(diǎn)開挖護(hù)坡坡腳基礎(chǔ)時(shí)不至于破壞地層剪切應(yīng)力的傳遞，也就不至于打破回填區(qū)地層的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，從新的坡腳向上按1∶1．3的坡度向上做護(hù)坡，至原設(shè)計(jì)第一個(gè)過渡平臺(tái)結(jié)束(見圖5)。

圖5 滑坡治理選定坡腳示意圖

原平臺(tái)以上護(hù)坡變形并不嚴(yán)重，坡面僅作局部順坡及重新勾縫，這樣處理既增加了抗滑移穩(wěn)定區(qū)域的重量起到反壓作用，又不增加護(hù)坡上部的重量，避免高應(yīng)力區(qū)地層應(yīng)力增加后產(chǎn)生新的側(cè)向膨脹，能夠確保治理施工過程中及治理后的地層穩(wěn)定。

5 結(jié)語

處于受壓后含水量有可能飽和的軟弱地層上回填區(qū)的人工邊坡，因地層失穩(wěn)造成護(hù)坡破壞是不可小覷的護(hù)坡破壞形態(tài)，解決此類問題關(guān)鍵是根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行地層承載力驗(yàn)算，對(duì)有可能失穩(wěn)地層進(jìn)行排水固結(jié)設(shè)計(jì)，防止地層出現(xiàn)側(cè)向膨脹造成地層失穩(wěn)。一旦因地層失穩(wěn)護(hù)坡滑移破壞，其治理原則是治理施工過程中及治理后地層的受力平衡狀態(tài)不能被打破，否則有可能造成二次滑移。