怒江沿岸某高陡巖體建筑邊坡支擋方案的反思

聶 磊

(漳州市翔云巖土工程有限公司，福建漳州 363000)

1 概況

擬建建筑邊坡相關的擬建項目位于怒江西岸的一個縣鎮(zhèn)附近，一條縣鎮(zhèn)公路從項目區(qū)北東側(cè)通過；擬建場地位屬于中高山地貌，場地地形高差較大，西南高北東低，整個陡峻山體實際相對高差達200m以上；根據(jù)地勘報告鉆孔所揭露地層情況，場地地表為(Q4pd)根植土、下部由坡洪積層(Q4dl+pl)角礫、坡積層(Q4dl)塊石，基巖為石炭系第二段(Cb)變粒巖；擬建項目距離怒江河岸約5m，本河段河水歷史最高水位低于本項目場地15m，受洪水威脅小，①層根植土、②層角礫、③層塊石為透水層，④層中風化變粒巖屬于裂隙含水層，地下水主要受大氣降水補給，并向低洼處徑流排泄，本項目勘察范圍內(nèi)未揭露地下水。

本項目邊坡按照建筑總圖要求的最大支擋高度近20m(即抗滑樁部分)，抗滑樁部分根據(jù)建筑總圖設計及現(xiàn)場地形大致分為3大段，具體見邊坡支擋平面布置圖(圖1西南區(qū)域)。

圖1 邊坡支擋平面布置

2 調(diào)查和資料收集

建設方與筆者公司簽訂了該建筑邊坡設計合同并提供部分設計資料(包括地災評估報告、邊坡勘察報告、建筑總圖等)，設計人員初步研究了相關設計資料，于2018年春節(jié)后組織去該邊坡現(xiàn)場踏勘調(diào)查，獲得部分現(xiàn)場踏勘照片(邊坡典型現(xiàn)場圖片如圖2所示)，另外收集了部分怒江地區(qū)工程地質(zhì)資料的專業(yè)論文文獻；對于滇西北怒江地區(qū)這種山高谷深的地區(qū)，現(xiàn)場踏勘讓人體會到“只在此山中，云深不知處”，可惜當時沒有帶上無人機，后來發(fā)現(xiàn)無人機也不一定適宜于怒江地區(qū)的高山深谷項目。

圖2 邊坡典型現(xiàn)場

3 初步發(fā)現(xiàn)的問題

設計單位結(jié)合現(xiàn)場踏勘照片及建設方提供的地災評估報告等資料，初步發(fā)現(xiàn)該邊坡設計條件存在若干問題。

3.1 項目建設場地選址不合理

地災評估報告的結(jié)論明確指出擬建邊坡場地“屬于地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū)，工程建設及運營中可能引發(fā)或遭受的地質(zhì)災害主要為挖填方邊坡滑坡、坍塌；整體斜坡失穩(wěn)、遠程地質(zhì)災害等，所需費用較高，防治難度較大。評估區(qū)建設場地適宜性總體為適宜性差?！?，因此本建筑邊坡的選址存在危及建筑及其場地整體安全性的地質(zhì)災害隱患，即項目建設場地選址不合理。

3.2 地勘報告真實性存疑

本擬建邊坡原始坡面陡峻但是邊坡場地的紅線之外居然布置了勘察鉆探鉆孔；第4層中風化變粒巖一段提到“節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖芯多層碎塊狀、少量短柱狀”與“巖層產(chǎn)狀75 °∠50 °，發(fā)育二組節(jié)理：L1：255 °∠55 °；L2:172 °∠65 °”明顯自相矛盾(“巖體破碎”怎么會存在結(jié)構面或節(jié)理面呢？)；“第③層：塊石，中密～密實狀，稍濕。少量黏性土充填，母巖為變粒巖，棱角狀，粒徑多為200～400mm，部分100～200mm，”(但是該第③層塊石粒徑多為20～40cm居然進行了重型動力觸探測試而且還提供了N63.5數(shù)據(jù)！)。

3.3 地勘報告欠缺完整性

設計單位與地勘技術人員就各問題多次溝通要求補充資料。比如補充“各主要地層的各工況下的物理力學指標(含錨索錨固設計所需巖土體與錨固體的極限粘結(jié)強度標準值及鋼鉸線與砂漿之間的粘結(jié)強度指標)”“邊坡勘察報告應該補充抗滑樁設計的m值及K值”等。

鑒于邊坡設計合同當時已經(jīng)簽訂，設計單位與建設方通過多次聯(lián)系函溝通要求建設方提供經(jīng)施工圖審查合格的邊坡專項勘察報告。

4 可能的支擋方案

4.1 兩種邊坡設計方案

雖然對地勘報告真實性存疑又缺少很多資料，鑒于邊坡設計合同的設計時限，設計單位仍及時開展邊坡設計方案的研究。根據(jù)能夠掌握到的資料及專業(yè)技術規(guī)范等約束條件和設計經(jīng)驗，考慮了兩種邊坡設計方案。

方案一即放坡方案：該場地巖體山體陡峻(原始坡面為60 °或稍大于60 °)與怒江的距離很近(隔一條縣鎮(zhèn)公路)，采用放坡方案需要開挖的土石方工程量較大，且放坡施工穩(wěn)定性存在安全隱患。

方案二即支擋方案：預應力錨索抗滑樁+抗滑樁頂部連通冠梁,抗滑樁平面布置上分成三大段，側(cè)翼的兩段抗滑樁通過抗滑樁頂部的冠梁對中部主要段的抗滑樁能夠提供一定的支撐作用，滿足建筑總圖的實際抗滑樁支擋高度為20m高左右，中部主要段的抗滑樁平面長度65.5m，側(cè)翼的兩段抗滑樁平面長度各為25m，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)逆作法施工且可對支護結(jié)構實施變形控制。

方案二的安全性比方案一高，工程量也比方案一小，且施工可行。綜合比較以上兩種方案后采用帶壓頂冠梁的預應力錨索抗滑樁作為可能的支擋方案，對應原邊坡勘察報告典型剖面如圖3所示，具體的理正巖土抗滑樁模型見圖4。

圖3 邊坡勘察報告典型剖面

圖4 理正巖土計算模型1

4.2 選用邊坡支擋方案

專家咨詢會的專家意見：預應力錨索抗滑樁+抗滑樁頂部連通冠梁的邊坡支擋方案思路基本合理；本擬建邊坡需完善和明確地質(zhì)災害評價，排除危及建筑及其場地整體安全性的地質(zhì)災害，對建筑場地整體穩(wěn)定性作出評價并宜考慮建筑使用功能，建議優(yōu)化建筑場地豎向設計，盡量減少邊坡治理的難度 (建筑總圖設計的場地豎向設計造成項目場地需要大挖大填，總圖場地設計明顯不合理造成本邊坡支擋高度接近20m)。

施工圖審查公司反饋的意見：沒有收到審查合格的邊坡專項勘察報告。

5 進一步發(fā)現(xiàn)的問題

5.1 發(fā)現(xiàn)鄰近曾有“大滑坡”但未查明

在將要提供最終施工圖之前，設計人員通過對偶然搜索到的谷歌地球圖片進行圖片判讀后發(fā)現(xiàn)擬建場地西側(cè)不到200m存在一個20年左右歷史的大滑坡，這個鄰近擬建邊坡現(xiàn)場20年左右歷史的大滑坡(以下簡稱“大滑坡”)的圖片判讀信息：滑動模式為平行與原始山體坡面的平面滑裂面斜坡滑動(這與地形陡峻,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體結(jié)構破碎的地質(zhì)情況是相吻合的)，滑坡主滑方向平面投影長度1km左右，滑坡寬度400m左右，滑坡整體下塌深度60m～70m(該“大滑坡”實際相當于一次現(xiàn)場足尺原型試驗)，這也印證了怒江流域是地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū),峽谷深切、山坡高陡、氣候復雜,自然條件下就屬于山坡地質(zhì)災害高易發(fā)區(qū),崩塌、滑坡和泥石流災害十分發(fā)育，怒江河谷,地形陡峻，受深大活動斷裂影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體結(jié)構破碎,不利的結(jié)構面組合常常導致岸坡變形失穩(wěn)，云南怒江河谷岸坡陡峻,巖體結(jié)構破碎,地質(zhì)環(huán)境脆弱,河谷岸坡穩(wěn)定性差,工程建設活動將對地形地貌產(chǎn)生較大擾動,必將導致大量的岸坡失穩(wěn),引發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災害[2]?！按蠡隆迸c擬建邊坡緊鄰，同位于怒江沿岸，因此地層很相近且地質(zhì)歷史成因相同(即：地形陡峻，受深大活動斷裂影響,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體結(jié)構破碎, 地質(zhì)環(huán)境脆弱,河谷岸坡穩(wěn)定性差)，工程地質(zhì)類比表明擬建邊坡也可能存在產(chǎn)生類似滑坡的可能，特別是大開挖施工情況下，該“大滑坡”本應該在擬建邊坡場地的地質(zhì)災害評估報告及邊坡專項勘察報告中明確提供相關查明的情況，施工圖審查人員及咨詢專家也不一定能夠僅僅通過手頭的地質(zhì)災害評估報告及邊坡勘察報告獲悉項目現(xiàn)場是否存在這“大滑坡”，該“大滑坡”提醒設計人員注意緊鄰擬建邊坡存在工程風險。

5.2 GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術規(guī)范》的局限性

在將出施工圖之前，設計人員自我復核該邊坡所有設計成果時發(fā)現(xiàn)按照GB50330-2013《建筑邊坡工程技術規(guī)范》(以下簡稱《建筑邊坡規(guī)范》)手算巖土側(cè)壓力的局限性：《建筑邊坡規(guī)范》關于巖土側(cè)向壓力的規(guī)定即該規(guī)范第6章及附錄B的內(nèi)容實際上是有其適用條件的(即適用于一般情況下山地的建筑邊坡)，對于怒江沿岸本項目的陡峻巖體邊坡(邊坡坡面的坡度甚至大于庫倫土壓力平面滑裂面的傾角)，根據(jù)現(xiàn)行《建筑邊坡規(guī)范》第6.2.3條即圖6.2.3，當取β=θ時巖土側(cè)壓力的手算結(jié)果理論上可能無限大，而《建筑邊坡規(guī)范》第6.2.3條即圖6.2.3的計算結(jié)果明顯總是有限值，該規(guī)范的內(nèi)容只是滿足一定邊界條件下庫倫巖土壓力的結(jié)果，因此針對本陡峻巖體邊坡(β≥θ)應該按照庫倫巖土壓力的基本原理進行計算；理正巖土軟件的庫倫巖土壓力是按照庫倫巖土壓力的基本原理進行計算的(這樣可以提高計算效率)。

5.3 理正巖土計算成果

根據(jù)原邊坡勘察報告的典型剖面(即地勘報告計算剖面如圖3，該勘察剖面明顯沒有如實反映擬建邊坡近200m高的相對高差)用理正巖土抗滑樁建模與按照《建筑邊坡規(guī)范》手算的計算結(jié)果基本一致：庫倫巖土側(cè)壓力的大小及抗滑樁的截面尺寸和配筋是常規(guī)正常范圍；按照150m高接近陡峻巖體邊坡的實際邊坡高度用理正巖土抗滑樁建模(圖5)得出的庫倫巖土壓力是前者的20倍(該巨大滑坡推力也與鄰近擬建邊坡的谷歌地球圖片中大滑坡巖土體的巨量體量吻合)，這樣抗滑樁的橫截面尺寸將很大(據(jù)悉該地區(qū)有用到3m×5m尺寸的抗滑樁)且明顯配筋無法實現(xiàn)，簡單說就是可能的巖土側(cè)壓力遠超出正常范圍(實際上也可能根本擋不住這樣巨大的巖土側(cè)壓力)。

圖5 理正巖土計算模型2

5.4 確認該邊坡設計存在較大工程風險

針對擬建邊坡的地質(zhì)情況結(jié)合鄰近“大滑坡”的谷歌地球圖片進行工程地質(zhì)類比及擬建邊坡按照接近實際邊坡高度采用理正巖土抗滑樁軟件(基于庫倫巖土壓力基本原理)計算得出20倍于常規(guī)巖土側(cè)向壓力的巖土側(cè)壓力進行綜合判斷認為該怒江沿岸陡峻巖體邊坡設計存在較大的工程風險，及時將進一步發(fā)現(xiàn)的問題反饋給該邊坡設計的審圖公司及相關咨詢專家，審圖公司和相關咨詢專家也較快地確認該邊坡設計確實存在較大工程風險，經(jīng)過與該邊坡設計各方責任主體多次溝通，設計公司僅向建設方提供該邊坡的方案設計成果。

6 反思

6.1 重視建設項目邊坡選址

建設項目(邊坡)的選址非常重要，項目選址場地如果存在嚴重的工程地質(zhì)風險則相關的巖土工程設計既不安全也不經(jīng)濟。

6.2 山地建設應避免勘察結(jié)論失誤

山區(qū)地質(zhì)情況復雜、多變，受多種因素制約，地質(zhì)勘察資料準確性的保證率低，勘察主要結(jié)論失誤造成邊坡工程失敗的現(xiàn)象不乏其例[3]。除了專家咨詢論證及施工圖審查外，建議設計人員將巖土工程設計的工作前置，即設計人員要親自通過資料收集、現(xiàn)場調(diào)查及采用可能的高科技技術手段(比如無人機、衛(wèi)星地圖軟件、遙感技術等)復核相關巖土工程勘察報告甚至發(fā)現(xiàn)原地勘報告沒有反映的項目場地工程地質(zhì)實際情況。專家咨詢論證及施工圖審查確有積極作用，但客觀上也存在局限性，即很可能由于不了解項目現(xiàn)場的真實情況而使項目存在一定的技術風險，有些國家的巖土工程設計就包含了項目的工程地質(zhì)勘察內(nèi)容。

6.3 嚴格遵守法律法規(guī)

巖土工程設計項目一定要事先按照GB/T50379-2018《工程建設勘察企業(yè)質(zhì)量管理標準》進行項目合同的風險識別和項目的合規(guī)性及風險評估;設計人員應嚴格按照國家的建設行業(yè)法律法規(guī)執(zhí)業(yè)，嚴格遵守先勘察再設計最后施工的基本建設程序，工程設計應該以施工圖審查合格的地勘報告為依據(jù)，施工圖設計文件未經(jīng)審查批準，不得使用該圖紙進行施工。

6.4 掌握規(guī)范，不盲從規(guī)范

工程技術標準規(guī)范是已有成熟經(jīng)驗的總結(jié)，有其適用條件，或多或少存在一定的局限性；有些國家的標準均有免責聲明，比如所有英國國家標準的前言均載明一句“CompliancewithaBritishStandardcannotconferimmunityfromlegalobligations(遵守英國標準并不意味著可以免除法律義務)”，國內(nèi)外的土木工程分析設計軟件的用戶手冊中也有明確的免責聲明，GB50330-2013《建筑邊坡工程技術規(guī)范》的條文說明 強調(diào)“但是條文說明不具備與規(guī)范正文同等的法律效力，僅供使用者作為理解和把握規(guī)范規(guī)定的參考”(我國建設工程規(guī)范的條文說明都有這句話)；實際工程中很可能遇到超越現(xiàn)有規(guī)范的工程項目，設計人員應能夠從本專業(yè)基本原理基本概念的角度思考和綜合判斷和處理工程技術問題，設計人員應該牢記林同炎先生的名言,做不盲從規(guī)范而尋求利用自然規(guī)律的工程師[1]。

7 結(jié)束語

借鑒巖土工程設計項目一定要事先進行項目合同的風險識別和項目的合規(guī)性及風險評估，盡可能規(guī)避工程風險；山地建設的勘察結(jié)論失誤概率大，工程師應通過各種途徑復核巖土工程勘察報告的真實性和完整性；要做不盲從規(guī)范而尋求利用自然規(guī)律的工程師。