山区边坡工程及基坑支护事故原因分析及预防措施.doc

山区边坡工程及基坑支护事故原因
分析及预防措施
0 概 述
我省地处山区，地形地貌变化大，工程地质条件复杂。一方面，高等级公路为满足直线长度、转弯半径及纵坡的坡度等要求，不得不劈山填谷，从而形成大量的高边坡。高层建筑为满足房屋稳定性的要求，将基础埋入地下很深，约为H/10（H为地面以上建筑物的高度），且在实际工程中，为了节省用地，也常常充分利用地下空间作空调机房、仓库和车库，往往将地下室作成二至三层高，基坑深度常达一、二十米，形成大量的深基坑。另一方面，由于边坡支护工程的施工涉及面广，影响施工质量的因素较复杂，边坡支护工程事故发生率也呈上升趋势。下文讨论我省一些边坡工程及基坑支护事故的原因及其预防措施。
1 事故原因分析
1.1 对边坡不利因素考虑较少
不论是建筑物基坑还是公路路堑都同属边坡工程，它主要受侧向土压力的作用。所不同的是路堑的支护是永久性结构，而基坑支护结构却大多是临时性的。就深基坑而言，在设计和施工人员中存在着一种误解，认为其支护是临时性的，因而在考虑土体物理力学指标时，随意性很大，在确定安全系数时，也比永久性结构小得多。如某大厦二层地下室的深基坑，距基坑边仅3 m处有一六层高的居民楼，边坡稳定性验算时，其抗滑稳定安全系数只有0.6左右。但基坑开挖时却未见作任何防护措施，结果导致居民楼基础下沉、墙体开裂。
对基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用期限及由环境改变所引起的变化也考虑甚少，当外部条件或自然气候发生对支护结构不利的情况时，也常导致一些本不该发生的工程事故。如贵阳市某商厦十多米深的基坑，由于基坑周围管道布置不明，施工导致地下水管破裂，大量水流渗入边坡，因未对边坡采取任何支护措施，造成该面边坡整体滑动，而且危及一相邻居民楼的安全使用，事后不得不用护桩进行加固处理。
对公路路堑而言，由于多为石山开挖形成，故认为岩石的稳定性比土体的稳定性强得多，对岩石松动或石质较差的（如泥岩等）边坡仅对表层进行简单处理或甚至不采取任何防护措施，边坡经长期日晒雨淋后，一部分石质较差的岩石迅速风化崩解，雨水沿着裂隙渗入坡内，致使土体的重量增大，抗滑力减少。而渗水又导致岩石的进一步崩解和风化。因此滑坡、崩塌事故时有发生。如某公路收费站匝道边坡高二十多米，经1∶0.5放坡后，采用浆砌片石护坡，由于护坡前岩石已经破碎严重，边坡稳定性差，片石护坡只能起到防止岩石表面进一步风化而并不能承载。结果工程竣工不到半年，在一场不大的春雨过后，由于C、Φ值降低、滑动力增大等原因，即发生大范围土坡坍塌。此后只得将原有片石护坡改为重力式挡墙，因而增加了该边坡的工程费用。
因对有软弱夹层的岩石边坡（尤其是软弱夹层对边坡稳定性不利的边坡）重视不够，也会酿成工程事故。某公路一岩石边坡，其中夹层有一层不厚但较明显的软弱夹层。如图1所示，由于地勘部门的疏忽，对其未作任何描述及处理意见。因而设计时对此也未采取任何支护措施。当工程即将完工时发生了大面积垮塌事故。

图1
贵州地区土质多为红粘土，因其粘聚力大、强度高、压缩性小而成为特殊土，其边坡开挖的临时直立高度也较一般粘性土为大。但红粘土的物理力学性质由于基坑长期暴露，气候及周围环境变化而发生较大变化。这是因为红粘土粘粒含量大，而且含有较多的粘土矿物成分，因而极易吸水膨胀失水收缩， 地表下2～3 m内土体裂隙发达。地表水从裂隙中渗入土层，使土体重度增大，土质软化，C、Φ值减少，水土压力增大，而抗滑力降低。另外，施工降低地下水位时增加的渗透力，及坡顶上施工堆载或由于施工振动引起的动荷载等，都将使滑动力大大增加，引发滑坡。
1．2 设计不当
我省高等级公路设计中，由于线路等级高，线形标准要求较严。为了满足线形要求，只有高填深挖。在某条新建高速路上，最高边坡达100 m高。在这些高边坡地段，由于最初设计采用放坡方式开挖，当开挖进行后，由于破坏了原有山体的平衡，使得出现了好几处大范围滑坡。滑坡出现后，才不得不对滑坡进行处理，既增加了处理难度，也使投资额大幅增加。又如贵阳市某高层建筑深达15 m的基础，自行设计边坡支护为土钉墙。由于设计中C、Φ的取值远远大于实际的C、Φ值，因此土钉设计长度不够，土钉在土体中未能发挥其应有的作用，从而导致土体整体下滑，如图2所示。根据朗金主动土压力理论，可知C、Φ值越大，主动土压力越小，滑动土体范围也越小。因此C、Φ值的正确选定是使支护结构设计有效的保证。

图2                                 图3

设计中，支护结构型式的不合理也将导致工程事故。如某15 m高的边坡工程，采用浆砌块石挡墙并加锚定板方案。由于结构型式选择的不合理而造成墙身断裂（如图3所示）。从图中可以看出，挡墙在锚定板的作用下，相当于一简支梁，在土压力作用下发生弯曲变形，由于浆砌块石挡墙的抗剪抗弯能力差，承受不了其上的弯曲应力，因而发生墙体断裂破坏。当支护结构插入土体的深度不够时，也将导致工程事故。因护坡桩入土深度不够，被动土压力过小，不足以抵抗土坡滑动，造成支护结构随土坡一起下滑，形成“踢脚”，如图4（a）所示。或由于锚定板长度不足，未能伸入滑裂面以外一定深度，致使锚定板在土体中不起作用而导致土坡下滑。如图4（b）所示。

图4
另外，采用直接抽水降低地下水位，对于地下溶洞、裂隙发育的喀斯特地区来说，也极易造成流砂现象及冲刷溶蚀强化，导致坡顶地表塌陷。如市中心某工程为降低水位而导致临近交通主干道路面塌陷严重的工程事故。因采用直接抽水降低地下水位，导致基坑内水由下向上渗流，当向上的渗透力大于土的浮重度时，土粒便被渗流挟带向上涌出地面，产生流砂现象。
1．3 施工质量问题
施工质量方面所引发的工程事故不容忽视。施工质量差，是边坡工程的一大隐患。如某工程施工单位将设计的15 m长的护坡桩减至13 m左右，且多数桩的强度达不到设计要求，造成几十根桩严重倾斜的事故。
2 预防措施
边坡支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、边坡开挖深度、降排水条件、周边环境对边坡位移的要求、边坡坡顶荷载、施工季节、支护结构使用期限等因素，因地制宜，因时制宜，合理设计，精心施工，严格监控。
2．1 工程勘察方面
地勘资料是边坡支护工程设计与施工的主要依据，勘察范围应根据边坡开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并宜在开挖边界外按开挖深度1—2倍范围内布置勘探点。查明基坑周边的地层结构及土的物理力学性质，查明地下水类型、埋藏条件及渗透性，分析地下水对基坑开挖、基底隆起和支护结构的影响，判断人工
降低地下水位的可能性并评价对已有建筑物和地面沉降的影响，提供降低地下水位设计、施工所需的有关资料。对基坑周边建筑物、管线、道路的现状进行调查，判断基坑开挖对其影响程度。
2．2 设计方面
边坡支护方案的选择取决于工程地质与水文地质条件，边坡开挖深度、降排水条件、周边环境（相邻建筑物、构筑物的重要性、道路、地下管线的影响程度），边坡位移的要求、施工季节、施工技术及设备能力、工期、结构使用期限等因素。支护结构可选用排桩、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙、逆作拱墙、原状土放坡或其组合型式（也可尝试采用一些新的方法，如已在其它地区采用的“逆作法”，此法的优点是将围护结构与主体承重结构合二为一，变临时性结构为永久性结构、节省造价、节省工期）。应对支护结构进行强度、边坡整体稳定和局部稳定、结构和地面变形对相邻建筑物的影响等诸方面的验算。除方案选择及计算方法正确外，计算公式中土的物理力学指标取值应慎重。在具体工程设计计算中，基坑支护挡土墙上的土压力应根据不同土层和排水条件分别采用以下两种方法：1.对粉土和砂性土，按土的有效重度计算土压力、并加水压力。土的强度指标采用固结不排水试验指标。2.对饱和粘性土，按土的饱和重度计算土压力，不另计算水压力，土的强度指标采用不排水试验指标。
2．3 设计荷载取值方面
土压力及水压力的计算是支护结构设计计算的前提，必须注意到实际的土压力在基坑开挖到地下结构完工期间，并不是一常数，土压力随周边环境条件改变而改变。如施工降水、雨季、地下管道、施工管道漏水等都会引起土压力、水压力的变化，坡顶施工堆载，临时建筑也会引起土中内力的增加，设计时必须将诸类因素考虑进去，应按有关规范参照执行。
2．4 施工降水、排水方面
地下水控制方法可采取集水明排法、降水法、截水和回灌法等型式单独或组合使用。当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌法。对易产生管涌及流砂现象的基坑应采用降水法降低地下水位。坑内和坡顶应做好排水沟、集水井。将渗透水、地面水、雨水等有序的排出场外，防止浸泡基坑和边坡，保证支护结构泄水孔的长期畅通。另外应加强施工监测力度。
3 结束语
上述对本地区边坡支护工程事故原因进行了粗浅的分析，由于作者收集的资料有限，仅供参考。
参考文献
［1］JGJ120—99,建筑基坑支护技术规范［S］.
［2］潘秋元,应宏伟.深基坑开挖工程的若干问题［M］. 北京:中国建筑工业出版社.1996.

Reasons for Slope and Foundation Pit Failure
and Preventive Measures in the Mountainous Region
KONG Si-li,QIN Ren-hui,XIE Ying-xin
(Department of Civil Engineering,GUT,Guiyang 550003)
Abstract：This paper analyzes the reasons for slope and foundation pit failure in the mountainous region and suggests some preventive measures.
Key Words：slope;foundation pit;propping