滑坡工程中的「七宗罪」

0 简介

1 未能识别古滑坡

2 误判滑动面深度

3 错误分析测斜数据

4 使用不适当的安全系数

5 临时开挖不及时支护

6 忽视承压水

7 陡峭基岩软土上进行填方

8 总结

案例一 海角住宅区滑坡

海角住宅区是一个高档住宅开发项目，建在俄勒冈海岸一个陡峭的斜坡上，斜坡主要为密实砂层。房屋沿着坡顶排列，通过窗户可以看到壮观的海景(图1)。

图1 海角住宅区滑坡-鸟瞰全景

1998年2月，陡坡下部的地层突然向大海方向滑动形成了一个滑坡。在某些区域，滑坡一直延伸到斜坡的顶部，威胁到几所房屋的安全(图2)。后来经调查，原因是冬天的暴风雪引起了沙滩的严重侵蚀，从而导致滑坡发生。

图2 海角住宅区滑坡-滑坡顶部与房屋的距离非常近

因为滑坡，许多房屋业主对开发商及其工程师提起诉讼。在讨论业主补偿的律师会议中，场面一度十分“混乱”。在诉讼期间，沙滩在海浪下自行恢复了原貌，滑坡也停止了继续移动。虽然最终在法庭上双方达成了和解，但滑坡尚未得到处理。因此，沙滩在未来如果再次出现严重侵蚀，很可能会重新激活滑坡，并导致进一步的移动。

在这件事之中，我被诉讼的一方聘用为工程顾问，但没有参与滑坡后的现场调查。根据已有资料分析，我认为出现了图3中ABCD所示的楔型滑坡。主要滑动发生在密实的砂层和下卧硬粘土下层的分界面附近，这是一个古滑动面。

图3 海角住宅区滑坡-地质剖面

在开发之前，一家岩土工程公司对该场地进行了勘探，但没有发现陡坡底部的古滑坡。一个有经验的工程地质学家可以从地形上识别出滑坡情况。虽然这些房屋被放置在斜坡顶部的稳定地面上，但从图2中可以清楚地看出，它们太靠近陡坡边缘，因此如果古滑坡重新活动，房屋的安全很容易会受到影响。

案例二 华盛顿公园滑坡

19世纪90年代初，波特兰在城市西侧修建了两座水库用于供水。地点选择在一个山坡坡脚处的沟谷(图4，5)。该项目需要从沟谷底部挖掘出76,000m3的土方。在两个水库的建设过程中，在山坡的上部出现了一个大型滑坡，长约520m，坡底宽约335m。山坡的顶部是一个平坦的洼地——这是古滑坡的典型特征。在1894年12月至1897年10月期间，根据监测数据显示，滑坡向下滑移了1m。

图4 华盛顿公园滑坡-白色虚线为滑坡范围

图5 华盛顿公园滑坡-平面图

根据场地勘探资料显示，滑动面出现在地下17~34m（图6），基本位于高塑性粘土层内。滑坡堆积物是硬粘土和破碎岩石组成的混合物。滑坡发生后，首先使用水泵降低地下水位来稳定滑坡，然后沿着滑动面挖掘，建造一个相互连接的排水管网。时至今天，滑坡向下滑动的速度减少至每年仅1cm。

图6 华盛顿公园滑坡-X-X剖面图

华盛顿公园滑坡是古滑坡复活的一个例子。水库工程的土方开挖量仅占滑坡体的3%。在随后的一场重要诉讼中，开发方被判无需承担对住宅损害的赔偿，因为法官不能接受相对于整个滑坡体而言，这样一次小规模的挖掘是引起滑坡的原因。然而，时至今日，已有许多类似的案例表明，边坡稳定性的微小变化，会在稳定性不高的古滑坡中引起不成比例的大位移。

案例三 北沃斯科填埋场滑坡

在这个填埋场扩建项目中，扩建1区在1993年开始挖掘，边坡坡度为1：3，总共要清除250，000m3的密实泥土(图10)。1993年12月，挖掘完成后不久，在南端开挖边坡顶部后方30~60m处观察到一条210m长的裂缝。项目工程师在裂缝中部附近挖了一个9m深的探坑检查，并得出结论，滑动面位于地表以下约6m的深度。

图10 北沃斯科填埋场滑坡-扩建1区平面图

我在当时也被征询工程意见。坡顶产生的裂缝如此之长，我怀疑实际滑动面要比从探坑中估计的要深得多。因此，在开挖边坡上安装了两个测斜仪。测斜管穿过了密实的粉土，直至标贯击数相对较高的地层(图11)。粉土下面是一层非常密实的粉细砂。由于安装测斜仪时滑坡已经停止了移动，为了探究滑动面的深度，在边坡顶部的裂缝处还建造了一个小型的超载土坝，以“推动”滑坡重新移动。

图11 北沃斯科填埋场滑坡-A-A剖面

测斜仪在LT-2的结果揭示，滑动面位于地下74~76英尺（22~23m）的深度，如图12所示。显然，原先探坑中滑动面的估计深度是一个很大的错误，如果被认为是正确的，可能会导致严重的设计后果。

图12 北沃斯科填埋场滑坡-LT-2测斜结果

滑坡显示为楔型破坏，底部沿着接近水平的古滑动面滑动。随后的地质调查证实该处是一个古滑坡。

案例四 法拉第运河滑坡

法拉第运河的作用是将克拉克马斯河的水输送到水力发电厂。最初的项目建于1907年。1957年，运河被拓宽和加深，以提供更大的水力输送。河床挖掘出的泥土被堆填在两条河之间的斜坡上。1967年，在斜坡上出现裂缝，斜坡被平整成目前的形状。然而，在1977年，新的裂缝出现了，形成了新的滑坡。滑坡移动速度不断变快，直到1989年滑坡被一个反压石堆稳定下来(图13)。

图13 法拉第运河滑坡-鸟瞰图，虚线为滑坡范围

1986年的现场勘探实施了穿过滑坡中心的四个钻孔，地质剖面如下所示(图14)。所有的钻孔都装有测斜仪。监测到的滑动(图14)是典型的边坡深层圆弧破坏。滑动面几乎完全穿过填土和碎石层，直达下卧的硬粘土层。

图14 法拉第运河滑坡-地质剖面

地质剖面显示，在密实碎石(旧河道)和坚硬粉质粘土(风化的凝灰角砾岩)上，覆盖有一层厚粘土。图15展示了典型的地质柱状图。

图15 法拉第运河滑坡-B-2钻孔柱状图

如果没有测斜数据的帮助，有经验的岩土工程师会判断滑动面位于何处？可能会选择在填土与密实碎石层的分界面（38英尺处）。如果使用钻孔柱状图作为参考，第二个选择可能是72英尺处的“较软区域”(图15)。然而，该位置的实际滑动深度为92英尺。因此，两种选择都是错误的。

案例五 卡拉马滑坡

一个山坡底部进行的小型开挖施工，导致了其上方斜坡及道路出现裂缝(图18)。地质勘探显示，坚硬的基岩(角砾岩)位于地表下方4~5m处。一位岩土工程师建议沿道路修建一条137m长的截水沟，以便地下水到达下方不稳定区域之前进行拦截。基岩上的覆盖土层是粉土与岩石碎块的混合物（坡积）。

图18 卡拉马滑坡-剖面示意图

在春末，承包商开始在滑坡上挖沟。几乎是立刻，就有报道称，沟渠的上方斜坡正在陆续出现坍塌。沟渠上方的一栋房屋(图18)出现了严重开裂。这座房子离沟渠40m，有传闻声称，甚至在百米外的地方都看到了裂缝。

在本案例中，工程师没有识别出现场的古滑坡情况，设计上也没有要求在沟渠施工期间，需要采取特别的措施及时进行支撑。取而代之的是，承包商只是挖了一条沟，让相当长的一段沟敞开了很多天。这个“槽”重新激活了它上方的古滑坡，因此复制了下方斜坡最初破坏的原因。

截水沟最终采用了边挖边填的工法进行施工。然而，受影响的房主提出了高额的损害赔偿要求，因为允许一条明沟穿过古滑坡是错误的。

案例六 罗拉那公路滑坡

俄勒冈州罗拉那附近的一个公路改造项目，要求在山坡上向内水平削坡14m，山坡位于古滑坡区域内(图19a)。虽然削坡是在干燥的夏季进行的，但削坡后在坡顶27m的范围内，出现了许多垂直裂缝。

为了防止滑坡进一步发展影响上方的建筑物，设计了一个仰斜式挡墙。挡墙主要由填石所组成(图19b)。

图19 罗拉那公路滑坡

（a）滑坡剖面示意

（b）治理方案剖面示意

在建造填石挡墙时，规定了必须采用严格的边挖边填工法。

图20显示了典型的工法步骤，此工法要求开挖和回填同时进行，这样滑坡段裸露的长度就会始终保持在合理的小范围内。当现场施工暂停一夜或在周末和节假日时，会用松散的开挖土临时回填。在下一次轮班开始时，这些松土会很快被重新挖掘。

图20 罗拉那公路滑坡-边挖边填工法

罗拉那公路滑坡项目需要进行两个阶段的挖掘。第一阶段是通过常规开挖方法挖掘地下水位以上的土层。在第二阶段，则要遵循上述提到的边挖边填工法，将开挖土层底部和填石之间的最大宽度(距离x，图20)限制在6m。图21为项目现场施工照片。

图21 罗拉那公路滑坡-现场施工照片

这个项目之所以会出现滑坡，是因为在削坡之前，工程师没有识别出已存在的古滑坡。在处于临界稳定状态的斜坡中进行削坡，重新激活了古滑坡。这个案例展示了当削坡引起滑坡后，如何使用边挖边填的工法来进行滑坡修复。

案例七 邦纳斯码头滑坡

美国95号高速公路以前需要绕过邦纳斯码头附近一条沟谷。随后的道路改建项目决定建造一个29m高的路堤来跨越沟谷，以便将公路拉直。沟谷底部覆盖着古滑坡的堆积物。

场地平面图(图23)显示了拟建路堤的线路走向。这个项目需要开挖大约38,000m3的松软滑坡堆积物，以便建造路基。

图23 邦纳斯码头滑坡-平面图

本项目进行地质勘探时，在开挖区北侧钻孔A-3遇到了自流的承压水(图23)。图24显示了从原始数据简化而来的钻孔柱状图。1997年1月，深度为31英尺(9.5m)处的水头，被测得高出地面9.6英尺(2.9m)。

图24 邦纳斯码头滑坡-A-3钻孔柱状图

施工合同中写到，滑坡堆积物处于饱和状态，土方会在地下水位以下进行挖掘。正如此类合同中常见的那样，一个特定条款规定:“挖掘作业所需的任何降水施工，都应被视为附带的临时施工措施。”

1998年8月，路基坡脚南侧开始进行基础开挖工作。挖掘机位于基底挖土，并将其装载到卡车上。

有几次，滑坡堆积物发生了液化并流向挖掘机，发生了相当大的坍塌。1998年9月30日，滑坡体连续出现了两次流滑。在第一次流滑中，一辆卡车被从侧面撞上，往斜坡下滚下了30m。15分钟后，第二次流滑来临，将卡车一路推入滞留池(detention pond)。

10月16日下午3点左右，又发生了一次小型流滑，随后在下午5点30分又发生了一次大规模流滑。从这个时候开始，流滑不断发生，一直持续了20多个小时。当最终停止时，削坡面已经发展成成一个210m高的大型陡壁。

图25 邦纳斯码头滑坡-大型流滑发生后现场情况

随着挖掘深度的增加，留在承压层上方的覆盖土层越来越薄。当薄到一定程度时，水力梯度超出了界限。承压水的压力使土壤液化，开始了滑坡。

滑坡导致了严重的经济损失。铁路干线关闭了几天。95号高速公路关闭了18天，还需要在被泥石流破坏的山坡上另外修建临时道路改线。邦纳斯镇的电力中断，学校关闭了几天。施工合同延期了，还有要求赔偿损失的诉讼。

灾难性的泥石流可以通过开挖前对现场区域进行适当的降水来防止。如前所述，根据施工合同的条款规定，降水被认为是临时施工措施，是土方开挖投标价格的一部分。然而，降水的定义太过广泛，从低成本的排水泵到复杂的深井降水都可以认为是降水措施。如果招标合同中没有降水方案的详细规定，任何承包商都不会在投标价格中包含昂贵且耗时的降水方案。否则，他们的投标价格将没有优势。

可以避免这些问题的一个方法是，在存在承压水或开挖深度超过地下水位的场地中，施工降水作为设计问题考虑，而不是承包商控制下的临时措施。可以指定承包商雇佣一名经验丰富的顾问来设计现场排水系统，并在挖掘开始前验证该系统是否正确安装和运行。这可以是工程量清单中单独的价格项目，以强调其对项目的重要性。

案例八 庞多雷湖滑坡

庞多雷湖的东北侧有陡峭的岩石斜坡和沿着海岸线延伸的狭窄平地。1966年，美国公路局决定重新改建200号公路，以消除危险的弯道。刚开始时，项目方案为道路横穿北太平洋铁路，并最终绕回到与铁轨平行的路线上(图26、27)。其中一段需要在近岸的湖中进行大量的填方以兴建路基。

图26 庞多雷湖滑坡-填方施工照片

路堤的填料主要是碎石，直接被倾倒入湖中。然而，这些碎石很快就消失在湖中。根据目击者的描述，滑坡不断在发生，甚至卡车司机拒绝在填方边缘进行驾驶。在大约9,100m3的填料消失入水中后，工程暂停。

在工程暂停前，场地唯一的勘探资料是陆上钻孔(图27，1~4)，揭露出在基岩上覆盖有一层碎石。滑坡发生后，又补做了7个水上钻孔(图27，5~11)。与陆地钻孔不同，这些钻孔揭露出基岩上覆盖的却是软粘土。

图27 庞多雷湖滑坡-平面图

根据滑坡区的地形测量(图27)，滑坡在湖下冲刷出一个深槽。从深槽的地质剖面（图28）可以看出，在湖面以下50~60英尺(15~18m)的深度处，揭露出一个土包。很明显，以前在这个地方的软粘土已被侵蚀，流入湖的更深处。根据水上勘探结果，这些软粘土从海岸线处的0逐渐变厚至60英尺(18m)。

图28 庞多雷湖滑坡-A-A剖面

钻孔B-6显示了典型的近岸地质条件(图29)。该钻孔在地表附近揭露有砾石土，然后下面为陆上钻孔没有揭露出的软粘土。

图29 庞多雷湖滑坡-B-6钻孔柱状图

从上述数据中可以看出，庞多雷湖的粘土非常软弱，完全没有能力承载方案中的高路堤。在具有这些地层条件的场地，只能通过打桩穿过软土，用于支撑桥梁路堤。

案例九 斯卡圭铜矿厂滑坡

斯卡圭港的东侧有一个非常陡峭的岩石斜坡，地形上突入泰亚湾的峡湾(图30、31)。水面以下，在陡峭的岩石斜坡和河三角洲之间沉积了一层软弱的海相淤泥。

图30 斯卡圭铜矿厂滑坡-斯卡圭港东侧的陡峭斜坡

图31 斯卡圭铜矿厂滑坡-斯卡圭港平面图

1966年，该港签订了一份合同，在现有码头南端建造一个铜矿厂。该项目将在海湾内填海造陆，并在填土上建造一个18×50m的建筑。

现场勘探主要利用一艘驳船上将七根木桩打入海床。在打桩锤的重量下，七根桩中的四根沉入海床3~4.5m，表明水下的地质条件非常柔软。随后填海正式开始。四周后，1966年10月29日，当工程接近完成时，大部分填土坍塌，一夜之间消失在水下。

随后的调查显示，在事发当晚7点左右，靠近该地点的验潮仪记录到一个波浪。斯卡圭港的一名码头员工几乎在同一时间失去了电话联系。据了解，原因是在事发地点2.4公里外的海底电缆出现了断裂。这表明，水下滑坡滑动了相当长的距离。

平面图(图32)显示，填方的水平顶面与海岸线平行，长约70m，延伸入海湾15~21m。

图32 斯卡圭铜矿厂滑坡-填方平面图

填方中心附近的地质剖面图(图33)可以看出地层损失。据计算，大约10,000m3的填料滑入海中。

图33 斯卡圭铜矿厂滑坡-X-X剖面图

在1966年10月29日的滑坡之后，项目开发商试图在120m外的地点再次填海造陆。1966年11月8日，承包商开始填筑，但工程于11月30日停止，因为在填筑面上又出现了一条90m长的裂缝。

以免任何读者认为这类事件仅限于1966年的“旧时光”，应该提到的是，1994年在斯卡圭港又进行了一次填海造陆，但在1994年11月3日的极端低潮位时再次发生了坍塌，带走了9700m3的土方。这几乎与1966年铜矿厂滑坡的塌方量相同，而该滑坡仅发生在离港口不远处的同一侧。