某機(jī)場(chǎng)高填方土基滑塌原因分析

李剛,孟祥龍,楊光,林偉

摘 要：分析了某機(jī)場(chǎng)高填方土基工程發(fā)生滑塌事故的原因，通過地質(zhì)補(bǔ)堪、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、特殊土鑒定，有針對(duì)性地分析了土層分布、強(qiáng)度指標(biāo)和水文地質(zhì)等影響高填方土坡穩(wěn)定性的因素。經(jīng)過分析認(rèn)為，原地基存在軟弱土層，并且含水率偏高，所以，在經(jīng)過高填方后，軟弱土體的剪切會(huì)被破壞，從而出現(xiàn)邊坡塌陷、滑移和坡腳隆起等失穩(wěn)的情況。

關(guān)鍵詞：高填方土基；機(jī)場(chǎng)；滑塌分析；土體

中圖分類號(hào)：TU433 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）21-0064-02

隨著大開發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，西部省區(qū)高原和丘陵對(duì)機(jī)場(chǎng)的需求也迅速增長(zhǎng)。這些地區(qū)地形高低不平，填挖土方的工程量大、施工難。大量研究表明，對(duì)高填方土基來說，一般采用分層密實(shí)的方法，分層施工，分層檢測(cè)，可以確保工程質(zhì)量。但是，如果這些方法使用不當(dāng)或者不能有效解決設(shè)計(jì)、施工中存在的問題，就非常容易發(fā)生坍塌事故。

1 事故概況

2013-08-24T01：00，某機(jī)場(chǎng)2標(biāo)段P140～P146南側(cè)高填方地段邊坡部位發(fā)生塌陷滑坡事故。該地段為全場(chǎng)填方最高處，設(shè)計(jì)填高19.3 m。其中，2012-11填筑厚度為0.9 m，2013-04至今填筑厚度為18.1 m，事故發(fā)生前最高填土處的高度已達(dá)到19 m。塌陷滑坡段長(zhǎng)約120 m，最寬處約10 m，如圖1所示，同時(shí)，塌陷面向北10 m范圍內(nèi)出現(xiàn)大量縱向裂縫，滑坡段土體垂直下陷約3 m。該段斜坡面土體被擠向南側(cè)原坡腳外，最寬處16 m左右，滑落段體積約為80 000 m3。

事故發(fā)生后，施工方馬上停止填土，并對(duì)填筑面作了整平碾壓處理。而2013-10-06早上又在填筑面上發(fā)現(xiàn)了多條不規(guī)則的縱向裂縫。為了觀察土體滑移和沉降的趨勢(shì)，在塌方區(qū)域填筑體適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)了4排觀測(cè)樁（共17個(gè)測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)），安

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排專業(yè)測(cè)量人員觀測(cè)填筑土體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，填筑土體存在向外滑動(dòng)的趨勢(shì)，截至2013-10-17，最大位移出現(xiàn)在13號(hào)點(diǎn)，累計(jì)位移58.9 cm，且位移增長(zhǎng)幅度仍在進(jìn)一步加大，如圖2所示；最大沉降出現(xiàn)在8號(hào)點(diǎn)，累計(jì)沉降22.3 cm，填筑體沉降幅度逐漸減小；外圍出現(xiàn)起拱現(xiàn)象，17號(hào)點(diǎn)位高程累計(jì)增加4.7 cm。

圖1 土基塌陷區(qū) 圖2 坍塌面土層詳圖

2 工程地質(zhì)情況

2.1 地形地貌

依據(jù)工程勘察的情況可知，該場(chǎng)地地形比較平坦，所處地貌單元屬山前臺(tái)地，地基土成因?yàn)榈谒募o(jì)堆積作用下形成的黏性土，下部為第三系沉積作用下形成的粉砂質(zhì)泥巖（全～強(qiáng)風(fēng)化）地層，局部夾薄層粉砂巖。根據(jù)野外鉆探、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)等工作的結(jié)果，對(duì)所揭露的地層按照巖土成因、結(jié)構(gòu)、工程特性綜合劃分地層，共劃分了主要地層4層、亞層5層，現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)和特征作如下描述：

（1）人工填土：雜色，結(jié)構(gòu)松散，以黏性土為主，含風(fēng)化砂、塊石，層底埋深在0.80～3.80 m處。

（1-1）耕土：黑褐色，種植土，含植物根系、殘?bào)w，層厚0.20 m。

（2）黏土（膨脹土）：黃褐色～褐色～灰白色，顏色比較雜，硬可塑～硬塑，土質(zhì)不均勻，含鐵錳氧化物，中等壓縮性，干強(qiáng)度較高，韌性較高，有光澤，層底埋深在2.80～10.00 m，揭露厚度為0.30～7.00 m。

（2-1）黏土：灰褐色～灰綠色，軟塑～軟可塑，土質(zhì)不均勻，含鐵錳氧化物，高壓縮性，干強(qiáng)度中等，韌性中等，具有觸變性，有光澤。該層土性質(zhì)差，受外力和浸水作用容易發(fā)生變形，層底埋深在2.80～8.00 m，揭露厚度為0.80～3.00 m。

（3）黏土（膨脹土）：顏色較雜，黃褐色～褐色～淺灰色～銹紅色，可塑～硬塑，土質(zhì)不均勻，含鐵錳氧化物、少量的暗色礦物和巖石碎屑，中等壓縮性，干強(qiáng)度中等，韌性中等，有光澤，層底埋深在10.50～16.30 m，揭露厚度為0.50～10.30 m。

（3-1）黏土：灰褐色，可塑，土質(zhì)不均勻，巖土內(nèi)可見煤炭碎屑，高壓縮性，干強(qiáng)度中等，韌性低，有光澤，層狀結(jié)構(gòu)，以透鏡體形式存在于第3層之中，揭露厚度為2.00 m。

（3-2）黏土：淺灰色，硬塑，土質(zhì)均勻，含鐵錳氧化物和少量的暗色礦物，低～中等壓縮性，干強(qiáng)度中等，韌性中等，有光澤，層底埋深在11.50～12.50 m，揭露厚度為1.00～1.50 m。

（3-3）細(xì)砂：銹紅色，中密，顆粒不均勻，含鐵錳氧化物，長(zhǎng)石石英質(zhì)，磨圓度較差，只揭露于5號(hào)鉆孔，揭露厚度為0.50 m。

（4）粉砂質(zhì)泥巖：綠灰色，粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)明顯，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，泥質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)化物呈碎塊狀，巖塊遇水軟化。局部呈粉砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層狀，此次勘察未完全揭露該層。

2.2 水文地質(zhì)情況

按照地下水埋藏條件和含水層的狀態(tài)分類，補(bǔ)堪場(chǎng)地地下水類型為上層滯水，含水層分布不穩(wěn)定，個(gè)別鉆孔無明顯初見地下水位，受上覆人工填土影響，鉆孔水位具明顯的承壓性，鉆孔24 h測(cè)靜止地下水位為0.00～12.00 m。該滯水受大氣降水的影響，與不明泉眼有直接聯(lián)系，其中，大氣降水經(jīng)地表徑流是沿地表裂隙和節(jié)理垂直下滲形成，并形成匯水渠道—場(chǎng)地左側(cè)發(fā)育“V”型沖溝。根據(jù)各鉆孔穩(wěn)定水位埋深分布情況可以揭露這一特性，各鉆孔水位情況如表1所示。

表1 鉆孔水位情況（單位：m）

孔號(hào) 初見

水位 24 h靜止

水位 48 h靜止

水位 孔號(hào) 初見

水位 24 h靜止

水位 48 h靜止

水位

1 未見 1.50 0.70 9 6.40 4.00 -

2 2.00 2.2 - 10 1.30 1.80 -

3 未見 13.00 - 11 6.00 3.00 -

4 未見 11.0 - 12 未見 13.00 7.30

5 11.50 2.50 2.30 13 12.00 0.00 -

6 1.20 0.90 - 14 未見 10.00 -

7 未見 14.00 12.00 15 未見 3.80 -

8 未見 6.70 5.70 16 未見 10.60 -

3 事故原因分析

土層的強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)高填方土基的穩(wěn)定性有很大的影響。依

據(jù)不同的測(cè)試方法，測(cè)定各層土在不同狀態(tài)下土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，詳細(xì)結(jié)果如表2所示。

分析土層強(qiáng)度指標(biāo)和補(bǔ)充勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滑塌區(qū)域內(nèi)存在第（2-1）層軟弱黏土。該層土分布不均，性質(zhì)差，呈軟可塑～軟塑狀態(tài)，具有觸變性，并且其滲透性差，承載力低，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低。在填方施工后，最大填方高度達(dá)19.00 m，上覆土壓力不斷增大，軟弱層所受剪應(yīng)力也在不斷增大，造成了邊坡失穩(wěn)的情況。大氣降水沿地表土體裂隙下滲，軟弱土層受水浸泡后，該層的土體抗剪強(qiáng)度急劇降低。

表2 各層土土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土層編號(hào)及名稱 密度/（g/cm3） 快剪 固結(jié)快剪 飽和快剪 飽和三軸快剪

φ/°

φ/°

φ/°

φ/°

2 1.93 45.6 10.5 50.6 12.5 32 7.9 29.9 8.2

2-1 1.87 33.0 9.9 39.2 14.4 24 7.7 22 7.8

3 1.78 53.5 12.7 56.9 15.3 26.1 9.4

場(chǎng)地原右側(cè)發(fā)育一條“V”型沖溝，易于匯集地表水，并且場(chǎng)地存在不明泉眼，致使場(chǎng)地上層滯水水量較大。同時(shí)，該滯水是造成此次高邊坡失穩(wěn)的外部因素。第（2-1）軟弱土上下層土均為膨脹土，飽水后，其抗剪強(qiáng)度急劇下降，在上覆土壓力的作用下，剪應(yīng)力增加，土體失穩(wěn)。因此，造成此次坍塌事故的主要原因有3點(diǎn)：①下部存在軟弱土層，在高填方作用下會(huì)產(chǎn)生滑移；②施工速度較快，使得地基土中孔隙水的壓力來不及消散，有效應(yīng)力降低，抗剪強(qiáng)度降低；③存在滲透水壓力的作用。

4 處理措施

針對(duì)上述問題，采取的處理措施主要有以下幾點(diǎn)：①加強(qiáng)地表和地下綜合排水措施。②比選抗滑樁加坡腳外的反壓護(hù)道、放緩邊坡坡率、加設(shè)擋土墻和加筋土處理等方案，擇優(yōu)或組合選定設(shè)計(jì)方案。③監(jiān)控高填方填筑過程，確定適宜的施工控制參數(shù)。對(duì)已經(jīng)完成的道槽高填方區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保施工安全。④處理軟弱層地基。對(duì)地基處理技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)承載力試驗(yàn)，確定合理的承載力設(shè)計(jì)值。⑤嚴(yán)格控制回填土的成分和壓實(shí)質(zhì)量。

采用上述處理措施后，該工程土基處理不僅順利完成，還保證了工程質(zhì)量。因此，在高填方土基的施工中，必須嚴(yán)格遵循分層施工的原則，不能盲目求快，必須要加強(qiáng)適時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而確定施工控制參數(shù)；必須加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)區(qū)土層的詳細(xì)勘測(cè)，不能漏過軟弱夾層；必須重視地表和地下水位的影響，確保其不影響土層強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1]將忠信.某山區(qū)機(jī)場(chǎng)傾斜基底高填方滑坡與防治[J].巖土工程技術(shù)，2003（1）：16-18.

[2]田魯軍.高填方機(jī)場(chǎng)的滑坡與防治[J].機(jī)場(chǎng)建設(shè)，2002（3）：19-21.

[3]曹運(yùn)江，黃潤(rùn)秋，巨能攀，等.西南某機(jī)場(chǎng)高填方地基穩(wěn)定問題研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2004（5）：80-100.

[4]韓世蓮，周虎鑫，陳榮生.土和碎石混合料的蠕變?cè)囼?yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21（2）：196-199.

[5]劉宏，張倬元.四川九寨黃龍機(jī)場(chǎng)高填方地基變形與穩(wěn)定性系統(tǒng)研究[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

〔編輯：白潔〕

Study on the Slump of the Airport High Embankment

Li Gang， Meng Xianglong， Yang Guang， Lin Wei

Abstract： Aim at analysis on the cause of the airport high embankment， we analyzed on the stability factors such as soil distribution， strength index and hydrogeology through supplementary investigation， experiment and special soil identification. The existing of the soft soils and the higher water content leaded to the shear failure of the soft soil and can also cause the instability phenomenon just as the slope collapse， slipping and uplift of the toe of the slope.

Key words： high embankment； airport； analyze on the slope collapse； soil

3 未見 13.00 - 11 6.00 3.00 -

4 未見 11.0 - 12 未見 13.00 7.30

5 11.50 2.50 2.30 13 12.00 0.00 -

6 1.20 0.90 - 14 未見 10.00 -

7 未見 14.00 12.00 15 未見 3.80 -

8 未見 6.70 5.70 16 未見 10.60 -

3 事故原因分析

土層的強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)高填方土基的穩(wěn)定性有很大的影響。依

據(jù)不同的測(cè)試方法，測(cè)定各層土在不同狀態(tài)下土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，詳細(xì)結(jié)果如表2所示。

分析土層強(qiáng)度指標(biāo)和補(bǔ)充勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滑塌區(qū)域內(nèi)存在第（2-1）層軟弱黏土。該層土分布不均，性質(zhì)差，呈軟可塑～軟塑狀態(tài)，具有觸變性，并且其滲透性差，承載力低，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低。在填方施工后，最大填方高度達(dá)19.00 m，上覆土壓力不斷增大，軟弱層所受剪應(yīng)力也在不斷增大，造成了邊坡失穩(wěn)的情況。大氣降水沿地表土體裂隙下滲，軟弱土層受水浸泡后，該層的土體抗剪強(qiáng)度急劇降低。

表2 各層土土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土層編號(hào)及名稱 密度/（g/cm3） 快剪 固結(jié)快剪 飽和快剪 飽和三軸快剪

φ/°

φ/°

φ/°

φ/°

2 1.93 45.6 10.5 50.6 12.5 32 7.9 29.9 8.2

2-1 1.87 33.0 9.9 39.2 14.4 24 7.7 22 7.8

3 1.78 53.5 12.7 56.9 15.3 26.1 9.4

場(chǎng)地原右側(cè)發(fā)育一條“V”型沖溝，易于匯集地表水，并且場(chǎng)地存在不明泉眼，致使場(chǎng)地上層滯水水量較大。同時(shí)，該滯水是造成此次高邊坡失穩(wěn)的外部因素。第（2-1）軟弱土上下層土均為膨脹土，飽水后，其抗剪強(qiáng)度急劇下降，在上覆土壓力的作用下，剪應(yīng)力增加，土體失穩(wěn)。因此，造成此次坍塌事故的主要原因有3點(diǎn)：①下部存在軟弱土層，在高填方作用下會(huì)產(chǎn)生滑移；②施工速度較快，使得地基土中孔隙水的壓力來不及消散，有效應(yīng)力降低，抗剪強(qiáng)度降低；③存在滲透水壓力的作用。

4 處理措施

針對(duì)上述問題，采取的處理措施主要有以下幾點(diǎn)：①加強(qiáng)地表和地下綜合排水措施。②比選抗滑樁加坡腳外的反壓護(hù)道、放緩邊坡坡率、加設(shè)擋土墻和加筋土處理等方案，擇優(yōu)或組合選定設(shè)計(jì)方案。③監(jiān)控高填方填筑過程，確定適宜的施工控制參數(shù)。對(duì)已經(jīng)完成的道槽高填方區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保施工安全。④處理軟弱層地基。對(duì)地基處理技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)承載力試驗(yàn)，確定合理的承載力設(shè)計(jì)值。⑤嚴(yán)格控制回填土的成分和壓實(shí)質(zhì)量。

采用上述處理措施后，該工程土基處理不僅順利完成，還保證了工程質(zhì)量。因此，在高填方土基的施工中，必須嚴(yán)格遵循分層施工的原則，不能盲目求快，必須要加強(qiáng)適時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而確定施工控制參數(shù)；必須加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)區(qū)土層的詳細(xì)勘測(cè)，不能漏過軟弱夾層；必須重視地表和地下水位的影響，確保其不影響土層強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1]將忠信.某山區(qū)機(jī)場(chǎng)傾斜基底高填方滑坡與防治[J].巖土工程技術(shù)，2003（1）：16-18.

[2]田魯軍.高填方機(jī)場(chǎng)的滑坡與防治[J].機(jī)場(chǎng)建設(shè)，2002（3）：19-21.

[3]曹運(yùn)江，黃潤(rùn)秋，巨能攀，等.西南某機(jī)場(chǎng)高填方地基穩(wěn)定問題研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2004（5）：80-100.

[4]韓世蓮，周虎鑫，陳榮生.土和碎石混合料的蠕變?cè)囼?yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21（2）：196-199.

[5]劉宏，張倬元.四川九寨黃龍機(jī)場(chǎng)高填方地基變形與穩(wěn)定性系統(tǒng)研究[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

〔編輯：白潔〕

Study on the Slump of the Airport High Embankment

Li Gang， Meng Xianglong， Yang Guang， Lin Wei

Abstract： Aim at analysis on the cause of the airport high embankment， we analyzed on the stability factors such as soil distribution， strength index and hydrogeology through supplementary investigation， experiment and special soil identification. The existing of the soft soils and the higher water content leaded to the shear failure of the soft soil and can also cause the instability phenomenon just as the slope collapse， slipping and uplift of the toe of the slope.

Key words： high embankment； airport； analyze on the slope collapse； soil

3 未見 13.00 - 11 6.00 3.00 -

4 未見 11.0 - 12 未見 13.00 7.30

5 11.50 2.50 2.30 13 12.00 0.00 -

6 1.20 0.90 - 14 未見 10.00 -

7 未見 14.00 12.00 15 未見 3.80 -

8 未見 6.70 5.70 16 未見 10.60 -

3 事故原因分析

土層的強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)高填方土基的穩(wěn)定性有很大的影響。依

據(jù)不同的測(cè)試方法，測(cè)定各層土在不同狀態(tài)下土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，詳細(xì)結(jié)果如表2所示。

分析土層強(qiáng)度指標(biāo)和補(bǔ)充勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滑塌區(qū)域內(nèi)存在第（2-1）層軟弱黏土。該層土分布不均，性質(zhì)差，呈軟可塑～軟塑狀態(tài)，具有觸變性，并且其滲透性差，承載力低，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低。在填方施工后，最大填方高度達(dá)19.00 m，上覆土壓力不斷增大，軟弱層所受剪應(yīng)力也在不斷增大，造成了邊坡失穩(wěn)的情況。大氣降水沿地表土體裂隙下滲，軟弱土層受水浸泡后，該層的土體抗剪強(qiáng)度急劇降低。

表2 各層土土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土層編號(hào)及名稱 密度/（g/cm3） 快剪 固結(jié)快剪 飽和快剪 飽和三軸快剪

φ/°

φ/°

φ/°

φ/°

2 1.93 45.6 10.5 50.6 12.5 32 7.9 29.9 8.2

2-1 1.87 33.0 9.9 39.2 14.4 24 7.7 22 7.8

3 1.78 53.5 12.7 56.9 15.3 26.1 9.4

場(chǎng)地原右側(cè)發(fā)育一條“V”型沖溝，易于匯集地表水，并且場(chǎng)地存在不明泉眼，致使場(chǎng)地上層滯水水量較大。同時(shí)，該滯水是造成此次高邊坡失穩(wěn)的外部因素。第（2-1）軟弱土上下層土均為膨脹土，飽水后，其抗剪強(qiáng)度急劇下降，在上覆土壓力的作用下，剪應(yīng)力增加，土體失穩(wěn)。因此，造成此次坍塌事故的主要原因有3點(diǎn)：①下部存在軟弱土層，在高填方作用下會(huì)產(chǎn)生滑移；②施工速度較快，使得地基土中孔隙水的壓力來不及消散，有效應(yīng)力降低，抗剪強(qiáng)度降低；③存在滲透水壓力的作用。

4 處理措施

針對(duì)上述問題，采取的處理措施主要有以下幾點(diǎn)：①加強(qiáng)地表和地下綜合排水措施。②比選抗滑樁加坡腳外的反壓護(hù)道、放緩邊坡坡率、加設(shè)擋土墻和加筋土處理等方案，擇優(yōu)或組合選定設(shè)計(jì)方案。③監(jiān)控高填方填筑過程，確定適宜的施工控制參數(shù)。對(duì)已經(jīng)完成的道槽高填方區(qū)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保施工安全。④處理軟弱層地基。對(duì)地基處理技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)承載力試驗(yàn)，確定合理的承載力設(shè)計(jì)值。⑤嚴(yán)格控制回填土的成分和壓實(shí)質(zhì)量。

采用上述處理措施后，該工程土基處理不僅順利完成，還保證了工程質(zhì)量。因此，在高填方土基的施工中，必須嚴(yán)格遵循分層施工的原則，不能盲目求快，必須要加強(qiáng)適時(shí)監(jiān)控，進(jìn)而確定施工控制參數(shù)；必須加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)區(qū)土層的詳細(xì)勘測(cè)，不能漏過軟弱夾層；必須重視地表和地下水位的影響，確保其不影響土層強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕

Study on the Slump of the Airport High Embankment

Li Gang， Meng Xianglong， Yang Guang， Lin Wei

Abstract： Aim at analysis on the cause of the airport high embankment， we analyzed on the stability factors such as soil distribution， strength index and hydrogeology through supplementary investigation， experiment and special soil identification. The existing of the soft soils and the higher water content leaded to the shear failure of the soft soil and can also cause the instability phenomenon just as the slope collapse， slipping and uplift of the toe of the slope.

Key words： high embankment； airport； analyze on the slope collapse； soil