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边坡加固设计实例

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作者签名: 2008年 5月 20 日

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作者签名: 2008 年 5 月20日

导师签名: 2008 年 5 月20日

目录

前言 (1)

1 绪论 (7)

1.1工程概况 (7)

1.2国内外研究现状 (8)

1.2.1边坡稳定性分析理论的发展 (8)

1.2.1边坡治理技术的应用和发展 (8)

1.3主要研究工作 (10)

2工程地质条件和自然条件 (11)

2.1地形地貌特征 (11)

2.2 地层与岩性 (11)

2.3地质构造 (12)

2.4地下水特征 (13)

2.5岩体的物理力学性质 (14)

2.6水文气象条件 (14)

3边坡治理思路及其抗滑措施 (15)

3.1边坡治理思路 (15)

3.1.1边坡的设计与支护思路 (15)

3.1.2 边坡的支护 (17)

3.2抗滑措施 (18)

3.2.1施加外力法 (18)

3.2.2增加滑体滑面本身强度 (20)

3.2.3综合治理法 (21)

4左岸土石方清挖及钢筋石笼护坡 (23)

4.1土石方清挖区布置 (23)

4.2土石方清挖运输道路 (24)

4.3堵江体土石方清挖方法 (24)

4.3.1第1区土石方清挖 (24)

4.3.2第2区土石方清挖 (25)

4.3.3第3区土石方清挖 (25)

4.3.4第4区土石方清挖 (26)

4.3.5孤石解小 (26)

4.4土石方渣场 (26)

4.5钢筋石笼护坡 (27)

5右岸河床变形岩体加固 (28)

5.1右岸河床变形岩体加固工程慨况 (28)

5.2右岸边坡土石方清挖 (28)

5.3钢筋桩施工 (29)

5.3.1施工技术要点 (29)

5.3.2钢筋桩施工工艺 (30)

5.4混凝土施工 (30)

5.4.1混凝土施工工艺流程 (30)

5.4.2挡墙混凝土施工 (30)

5.4.3格构混凝土施工 (31)

5.5预应力锚索施工 (32)

5.6排水孔施工 (35)

6结论 (35)

致谢 (36)

参考文献 (36)

江坪河水电站梅家台滑坡体治理

摘要:由于年降暴雨,江坪河水电站在主体工程施工期间,下游1.8Km处发生滑坡(即梅家台滑坡),滑坡体堆积物堵江,致使导流洞堵塞而无法施工。对江坪河水电站梅家台滑坡体的治理非常重要。本课题在了解了大量梅家台滑坡体的地质资料和当地气象条件的情况下,结合国内外滑坡治理理论的发展和边坡治理措施,分别对梅家台滑坡体左岸进行土石方开挖和右岸边坡加固。了解不同边坡在不同地质条件和人类活动的扰动下的稳定性,以及边坡治理的思路,对本工程各个施工项目的工艺和流程做了一定的研究。主要采用了钢筋桩防滑、混凝土喷锚、挡墙防滑、预应力锚索加固等技术。

Abstract:As the drop torrential rains, Jiang Ping River Hydropower Station in the main part of the project construction period, 1.8 Km downstream of the landslide occurred (that is MeijiaTai-Landslide), the landslide blocked the accumulation of Jiang, which can not plug the diversion tunnel construction. Jiang Ping River Hydropower Station-Taiwan-landslide governance is very important. In the understanding of this issue a lot of landslide-Taiwan-the geological information and local weather conditions, at home and abroad landslide control the development of the theory and slope management measures, respectively-Taiwan-landslide for the left bank of the right bank of earth excavation and Slope reinforcement. Understand the different slope in different geological conditions and human activities under the disturbance of the stability, governance and the slope of the ideas, all of the works of construction projects and processes to do some research. Mainly a pile of anti-skid steel, concrete spraying anchor, retaining wall of anti-skid, prestressed cable reinforcement techniques.

关键词:滑坡体土石方钢管桩预应力锚索混凝土喷锚挡土墙

Keywords: Landslide Earthwork Steel pipe pile Prestressed cable Sprayed concrete anchor Retaining Wall

前言

以人类的生存和发展条件与环境为核心展开的地质问题即所谓的环境地质问题,一方面来自自然地形、地质环境,其中的不稳定成分可直接转换为环境地质问题;另一方面,即使是稳定的地形、地质环境,一旦施加人类活动干扰后也会诱发新的地质问题。

由于年降暴雨,在湖北省恩施市鹤峰县江坪河水电站坝址下游1.8KM处发生滑坡,致使河道堵塞,在河床中形成高30m~50m的堵江堰体,堵江堰体顺河床方向底宽约260m,在其上游形成库容约为1680万m3的水库;由于堵江堰体是多次滑坡的堆积物形成,每次塌滑的岩土体性状差异和塌滑冲击挤压作用使堵江堰体强度分布极不均匀,横断面形态差异也很大,如遇洪水或上游水位上升到一定高程,溃决风险极大,如果堵江堰体发生整体性的溃决,将对下游产生非常严重的后果。

边坡失稳破坏产生的滑坡、滑动、沉陷、泥石流、岩崩,这些在表面上看似斜坡岩土体运动的不同表现形式,但随时都有可能带来严重的破坏,甚至灾难。目前国内外对边坡治理的理论和实践都不是很完善。随着人类活动的平凡干扰,地质稳定性也在发生变化。不同的工程,不同的地质条件,采用不同的分析方法,建立不同的模型,目前采用较多的分析法有有限单元法、刚体极限平衡分析法、离散单元法分析等。边坡治理上也有很多方法,对岩质边坡、土质边坡都有不同治理措施,关键是其地质构造和影响边坡的因素要考虑全面,才能找到合适的边坡治理方案。

江坪河水电站梅家台滑坡体治理工程的特点主要为:(1)本工程滑坡体规模较大,工期短、抢险工程量较大;(2)抢险任务能否顺利完成直接影响到2008年度汛安全和江坪河电站工程建设;(3)本工程施工条件复杂、安全隐患较多,施工危险系数较高;(4)同时施工,受其影响,施工协调及进度安排问题突出。

首先本工程工期控制是施工管理中的重点问题。本工程在12月20日才能正式进行开挖,2008年3月底全部工程竣工。钢筋桩、混凝土框格梁、预应力锚索项目的施工相互制

约、相互干扰,合理安排工期,使各工序衔接紧密,必须严格控制好工期。其次确保施工安全是施工的重点和难点之一。本工程施工条件复杂、安全隐患大,交叉作业多,施工危险系数较高,将给施工安全带来极大地考验。再次堵江体内大孤石的开挖是施工的难点。堵江体内埋有较多的孤石,而大孤石机械开挖不动,必须采取解小爆破处理,一方面要防止爆破振动对滑坡体边坡稳定的影响,另一方面要尽量减小对堵江体开挖进度的影响。这就要求施工单位有较强的组织协调能力。

综合考虑各种情况,本抢险工程的关键线路是:工程开工→施工准备和危石清理→边坡土方开挖及修整→锚索及钢筋桩施工→框格梁砼施工→排水孔施工→工程完工。主要工程内容为左岸土石方明挖工程,右岸加固工程有喷混凝土工程、钢管桩工程、预应力锚索工程、混凝土帽梁工程。

1 绪论

1.1工程概况

梅家台滑坡体(如图1—1)位于江坪河水电站下游约1.5km处,位于下游淋溪河水库库尾,总的滑坡体积约205万m3,其中约72万m3滑入河床,滑坡后缘向上扩展到高程830m。滑坡上部高程630~830m尚有约60万m3的岩体明显下挫。

梅家台滑坡堵江,在河床中形成高30m~50m的堵江堰体。目前堵江堰体的顶部最大高程约340m,顺河向底宽约260m。目前堵江堰体在其上游形成库容约为1680万m3的水库,如果堵江堰体发生整体性的溃决,将对下游产生非常严重的后果。

由于滑坡体高差大,从河床

高程290m~834m,高差达

544m,且工程量大。现场施工

条件复杂,无施工道路,如修施

工道路,工期较长且可能恶化地

质灾害,出渣只能采取从滑槽翻

渣的方式,出渣困难。为了确保

2008年度汛安全和尽量满足江

坪河水电站工程明年截流目标,

必须在明年汛前的枯水期间疏

通河道,降低河床水位。必须采

取抢险措施,首先疏通河道。抢

险措施主要包括加固措施和清

挖堵江堰体两部分。

图1—1江坪河梅家台滑坡体

1.2国内外研究现状

1.2.1边坡稳定性分析理论的发展

边坡研究的基础理论是建立在土力学和岩石力学之上的,所以土力学和岩石力学的成就与发展决定了对边坡研究的完善程度。二次世界大战前后,边坡问题的研究尚属于土力学研究的范畴。例如1916年有Prantle提出,Fellenius和Taylor(1922)发展的圆弧滑动法、1955的Bishop条分法、1954年的Janbu条分法和20世纪70年代的王复来分析方法等形成极限平衡理论,是建立在刚塑性体模型的基础上的破坏理论,是古典土力学解决土质边坡稳定性的核心[1]。

在20世纪60年代初期,随着大型工程的建设,所形成的边坡规模加大,地质条件也变的极其复杂,特别是1963年意大利Vaiont水库左岸的滑坡等一系列水电工程事故的发生后,促使人们对岩石力学进行深入的研究,岩石边坡稳定性研究也向前迈进了一大步,人们清晰的认识到在边坡稳定性分析中,必须将地质分析与力学机制分析紧密结合起来,从而形成了60年代初期的刚体极限平衡法,以及结构面的力学特性对岩体滑动的影响研究[2]。1967年人们第一次尝试用有限元研究边坡的稳定性问题,给定量评价边坡的稳定性创造条件,并使其逐步过渡到数值方法,从而使边坡稳定性研究进入模式机制和作用过程研究成为可能,同时以概率论为基础的可靠度方法也被引入边坡稳定性研究中[3]。同一时期,我国在边坡工程稳定性研究方面也取得了丰硕的成果,如岩体结构理论及相应的边坡岩体稳定性分析的岩体工程地质力学方法等。

1.2.1边坡治理技术的应用和发展

20世纪60年代末期,我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成功。随后在成昆线、湘黔线、宝成线、川黔线等铁路建设中推广使用。抗滑桩技术的诞生,使一些难度较大的边坡工程问题处理成为现实,由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小、开挖断面小、圬工体积少、承载能力大、施工速度快等优点,受到工程师们和施工单位的欢迎,在全国范围内迅速得到推广应用[4]。并从20实际70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡综合治理技术。1975年铁道部颁发的《铁路工程技

术规范》有关路基章节中对滑坡治理强调依次根治,强调综合整治,重视支挡作用,将地表排水、地下排水、抗滑挡土墙作为主要技术推荐,将抗滑桩作为新技术推荐,强调减载要注意是否会引起后部次生滑坡的产生[5]。1985年修订的《路基设计规范》(TBJ—85),与1978年规范对照,其变化之处在强调支挡为主、综合整治,抗滑桩作为一种主要措施被推荐[6]。

20世纪80年代末期,由于锚固技术理论研究和凿岩机械突破性的发展,我国开始采用锚喷防护技术。锚喷技术的采用对高边坡提供了一种施工快捷、简便、安全的处治防护手段,因此很快得到了广泛采用。对于排水,人们也有了新的认识,主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治[7]。南昆铁路八渡车站巨型滑坡,采用地面、地下、立体排水、锚索和锚索桩支挡、建立滑坡地质环境保护区的综合治理措施获得成功,并被誉为20世纪90年代治理巨型滑坡的成功典范[8]。

在20世纪九十年代,压力注浆加固手段及筐架锚固结构越来越多的用于边坡处置,尤其是用于高边坡的处置过程中。他是一种边坡深层加固技术,能解决边坡的深层加固及稳定性问题,达到根治边坡的目的,因而是极具广泛应用前景的高边坡处治技术[9]。

目前可供采用的边坡加固措施很多,有削坡减载技术。排水与截水措施、锚固措施、混凝土抗减结构措施、支挡措施、压坡措施、及植物筐格护坡、护面等,在边坡治理过程中强调多措施治理原则,加以强化边坡稳定性。然而随着工程建设规模的不断扩大,边坡高度增加,复杂性增大,对边坡的处理技术的要求越来越高。如果采矿边坡可达300-500m,在新西兰以达1000m;举世瞩目的长江三峡工程,其双线连续五级船闸是世界上规模最大的船闸,位于山顶劈岭下切的岩槽中,土石方开挖量达3700万立方米,形成的花岗岩体高边坡达170多米,且下部为50-60的直立岩墙,在边坡加固中仅锚竿就达18万根[10]。可以预计,随着科学的发展,边坡的处理技术将得到进一步的发展,并进一步走向完善。

边坡失稳破坏产生的滑坡、滑动、沉陷、泥石流、岩崩,这些在表面上看似斜坡岩土体运动的不同表现形式,但随时都有可能带来严重的破坏,甚至灾难。

1.3主要研究工作

主要研究边坡治理要考虑的因素,以及边坡治理的方法。了解国内外边坡稳定性分析的发展,以及边坡治理技术在工程实践中的应用与发展。通过对江坪河梅家台滑坡体地质条件、气象条件的研究,运用抗滑桩加预应力锚索、格构石笼、挡墙防滑的方法安排合理的施工流程图。

2工程地质条件和自然条件

2.1地形地貌特征

梅家台滑坡位于江坪河水电站坝址下游约 1.8km处的左岸新屋场变形岩体中(上游侧)。滑坡前该处河谷呈。V。型,两岸地形较整齐对称,枯水期水面宽约70m~80m。枯水期河面高程约288m,山顶最大高程达1300m以上,河谷深切形成了高差达1000m以上的高陡斜坡。高程630m以下地形综合坡度35°,高程630m~650m为梅子岩陡坎(前期推测梅子岩崩塌堆积体方量约80万m3),高程650m~720m地形坡度约25°,高程720m~805m综合坡度约35°。滑坡体原始地形呈上陡(35°)、中缓(25°)、下陡(35°)的形状。滑坡上游部分(即新屋场)高程430m~440m、480m~490m左右发育有平台,综合地形坡度20°~25°左右,最大宽度约210m。边坡倾向S30°E~S80°E,正常岩体产状N10°~20°W,SW∠15°~25°,为斜交反向坡。

滑坡后梅家台滑坡平面上呈扫帚形,北西——南东向展布,堆积体前缘堆渣高程为330m,宽约190m,已塌滑后缘高程为834m,相对高差达500m以上。滑体纵长约740m,主滑方向为S48°E。滑坡体上缘以产状为N35°~40°E,SE∠60°~70°的结构面为界,上游侧以正常岩体与变形岩体分界线为界,下游侧边界比较复杂[11]。

2.2 地层与岩性

1-2层,厚度278.5m)、滑坡体下伏基岩为相对软弱的寒武系龙王庙组粉砂岩、板岩(∈

1L

层,厚度204.5m),滑坡体上部山顶为坚硬易溶蚀的厚层~巨厚层灰沧浪铺组泥灰岩(∈

1c

2-1层,厚度105.5m),呈典型的。上硬下软。、。头重脚轻。的斜坡态势。

岩(∈

1L

滑坡体主要由残坡积、崩积的松散的碎石粘土、崩块石夹土等覆盖层构成,或由变形岩体的严重变形带(I带)构成。高程630m以下主要为碎、块石粘土,碎、块石以灰色粉砂岩、泥灰岩为主,胶结较松散,碎、块石直径一般小于1m;高程630m以上由崩塌堆积的灰岩、少量粉砂岩块石夹残坡积的土及碎块石组成,崩块石最大直径达10m~20m。

2.3地质构造

滑坡地处东山峰复式背斜西北翼,紧靠背斜核部,正常岩体产状N10°~20°W,SW ∠15°~25°。

(1)变形岩体及分带

滑坡位于新屋场变形岩体中。根据前期钻孔、平硐揭露,变形岩体可分为3带。

Ⅰ带:严重变形带,此带主要由碎、块石及黄色粘土等残坡积物或架空严重的强风化

≤1500m/s。

岩体构成,铅直深度33.4m~50.06m,水平深度约61m,其地震波速V

P

Ⅱ带:松动变形带,主要为松动夹泥的弱风化岩体或强风化岩体,岩体松动张开、裂缝发育,有架空现象并充大量次生黄泥,岩层产状变化较大,倾角变陡,一般为30°~40°,局部达70°,岩体透水性极强,钻孔钻进过程中,以及压水时产生负压,钻孔揭露本带的铅直深度88.2m~100m,平洞揭露的水平深度约75m,地震波速V

约(2000~2500)m/s。

P

Ⅲ带:过渡带,为弱~微风化岩体,岩层产状基本正常,岩体较完整,岩体透水性仍

值在2500m/s以上。

较强,透水率(5~6)Lu,钻孔揭露的下限深度达120m,V

P

(2)断层及节理

区域性清官渡压扭性断层位于滑坡体上游约3km,官屋场压扭性断裂位于滑坡下游约3km。据前期勘察和初步地质测绘,滑坡体及其周边区域断层绝大多数为陡倾角断层,依其走向可分为3组(表1-1):

第1组:产状N35°~67°E,SE或NW∠55°~82°,破碎带宽2cm~30cm,充填次生黄泥、岩石碎块及方解石团块,一般为张性断层,顺断层面一般有地下水渗出;

第2组,产状N30°~50°W,NE或SW∠70°~85°,破碎带宽20cm~50cm,充填碎裂岩、角砾岩及岩石碎屑,断层带附近一般有泉水出露;

第3组,产状N70°W,NE∠60°~73°,破碎带宽10cm~30cm,充填黄泥、岩石碎块及方解石,有挤压擦痕,沿破碎带有滴水现象。

除倾角平缓的层面裂隙较多外,另有2组陡倾角节理比较发育:

第1组,产状为N50°~80°E,NW或SE∠65°~85°,张开宽5mm~10mm,局部张开达5cm~8cm,充黄泥或黄色泥膜,较平直;

第2组,产状N70°W,SW或NE∠63°~76°,宽度2mm~6mm,充黄泥。

表1-1 梅家台滑坡区断层一览表 断层带宽度(m) 组别

编号 产 状 破碎带b 影响带by 断 层 特 征 FZ11 N35°E ,

SE ∠60~70°

0.7~1.2 为梅家台滑坡体后缘控制面,下盘岩体为微风化的钙质粉砂岩,上盘为钙华胶结物,断层面平直,发育NW 向陡倾角裂隙。雨天顺断层面有地下水渗出。 FZ21 N35°E ,

SE ∠60~80°

0.02~0.06 充填次生黄泥及方解石团块,方解石已风化,手搓粉末状。PD1中57m 处的F1。 FZ31 N50°~55°E ,

NW

∠55°~75°

0.5~1.5 断层破碎带中充填碎裂岩,次生黄泥等,为张性断裂,PD1中68.5m 处的F2。 FZ41 N50°E ,

NW ∠82°

0.05~0.3 充黄泥及岩石碎块。PD1中79m 处的F4。 FZ51 N67°E ,

SE ∠80°

0.2~0.5 3.0~5.0 断层破碎带中充角砾岩、碎裂岩,在灰岩陡坎处形成断层崖。 Ⅰ FZ61 N20°E ,

SE ∠68°

0.1~0.2 0.5 断层破碎带中充碎裂岩及岩石碎块。 FZ12 N40°~50°W ,

SW

∠78°~84°

0.5~0.8 断层破碎带中充碎裂岩、角砾岩,胶结较好。 FZ22 N30°W ,

NE ∠70~75° 0.2 0.5~1.0 破碎带中为碎裂岩、少量角砾岩及岩石碎屑,为节理密集带型,断层带附近有

一常年泉水,流量5~6L/s 。

Ⅱ FZ32 N30°~40°W ,SW ∠82° 0.5~1.5 断层破碎带中充角砾岩、碎裂岩,沿断

层带附近有一常年泉水,破碎带基本被

溶蚀胶结物及覆盖层覆盖。

Ⅲ FZ13

N70°W ,NE ∠60~73° 0.1~0.3 充填黄泥、岩石碎块及方解石,有挤压

擦痕,沿破碎带有滴水现象。PD1中67m

处的F3。

2.4地下水特征

滑坡体下伏基岩主要为非可溶岩(∈1q+∈2+3 1C+∈1 1L),属于隔水层,滑坡体上部山顶为可溶岩层(∈2-1 1L 层),属于含水地层,强富水。

滑坡体地下水渗流形式可分二类:

(1)孔隙裂隙水,如滑坡体下游、新屋场变形岩体及松散堆积层中的孔隙裂隙水—香澈沟59号泉点(∈2 1C ,Q=10L/s ~15L/s);

(2)基岩裂隙水,如滑坡体上游沟中∈1-2 1L 粉砂岩板岩中的裂隙性小泉点57号泉

(Q=0.5L/s~1.0L/s)。

滑坡体边坡的地表水或孔隙裂隙水较丰富,主要受大气降水补给和滑坡上部山顶岩溶水(∈2-1 1L层)补给。下伏正常岩体粉砂岩、板岩(∈1-2 1L)地下水水力坡降为41%~47%,变形岩体地下水水力坡降约20%~33%。

2.5岩体的物理力学性质

前期对滑坡体区正常岩体∈2+3 1C、∈1-2 1L、∈2-1 1L地层中的泥灰岩、页岩、粉砂岩、灰岩进行了适量的室内常规物理力学性试验,∈1-2 1L层中的薄层粉砂岩,属中等坚硬岩石,RW=(44.25~47.9)MPa,少量达104MPa,KR=0.45~0.65,VP=(3100~4100)m/s,E50=(39~50.76)MPa;∈1q、∈2 1C中的页岩强度差异大,属软~中等坚硬岩石,RW=(19.55~49.63)Mpa,KR=0.5~0.6,E50=(16.79~36.6)GPa,VP=(1800~3400)m/s;∈2-1 1L中的灰岩强度较高,RW=(81~98)MPa(弱~微风化岩体),KR=0.48~0.9,VP=(5200~5500)m/s。

2.6水文气象条件

溇水流域洪水系暴雨形成,其季节变化与暴雨一致。每年3月份,太平洋暖湿气团开始登陆,4月份由南入侵,6月份到达湘北,7份月与长江平行,故本流域5月至7月份锋面活动显著,气旋经过频繁,降雨较多。由于北南冷暖气团每年相遇的时间先后不同及强弱不等的原因和流域(山地)地形的影响,本流域每年3月至9月份均可发生年最大洪水。每年3月至5月份,降雨在时程分配上较均匀,强度不大,河水涨落频繁,但量级一般不高。6月、7月份多出现历时长、强度大的暴雨,故6月、7月份出现年最大洪水的次数最多。8月、9月份的洪水多因局部暴雨形成[12]。

3边坡治理思路及其抗滑措施

自然界是个复杂系统,既含有稳定成分又含有不稳定成分,随着时间的推移,原来稳定的成分还会转换为不稳定成分,或者说人类的活动干扰将会加速这类转化。

所谓地质灾害或环境问题,是以人类的生存环境为主题而定义的。公路和铁路边坡的变形、失稳也是重要的环境问题,而如何防止这类环境地质问题即构成边坡治理的基本思路。

一是地形、地质环境中的不稳定成分直接转化为环境地质问题。比如,若一条公路穿过变形中的崩滑体,该崩滑体终会失稳。而这一趋势是客观存在的,公路建设会加快变形进程但不是导致失稳的直接原因。

二是人类的工程活动诱发新的地质问题发生。比如堆积体在倾斜面的坡积层在自然环境下是稳定的,但将其长距离开挖至基岩面时,坡积层即开始变形甚至大面积下滑。当边坡揭露地下水时也会出现类似的地质问题。

三是地震等偶然性事件的发生诱发坡体变形、失稳等。地震动所影起的崩滑即属于这一类[13]。

3.1边坡治理思路

3.1.1边坡的设计与支护思路

边坡的设计与支护方案的拟定要综合考虑可能影响边坡稳定的所有因素,但这些因素必有主次之序,边坡的设计与支护方案必须首先要充分掌握那些影响边坡稳定的主要因素。

一岩质边坡

1.地形要素

诱发新的地质问题,首先是由于对原有地形的改造,特别是在山区。要使改造后的地形任然处于稳定状态,人工边坡的设计参比破型就是该部分的自然稳态坡型。

2.地层岩性要素

从岩石类型可以推断出边坡的变形和失稳形式。

(1)结晶岩:宽厚风化壳沿冲沟两侧岸坡的局部性崩塌,在我国南部多成“崩岗”地形。

(2)石灰岩:除了含夹层顺向坡可以发生滑一性失稳外,多呈现为崩塌或被容隙切割而形成的分割块体的倾斜、倾滑以及空间挠曲、压裂。

(3)沙泥岩交互层:主要表现为泥岩风化、侵蚀而导致上覆盖砂岩下滑。故多呈台阶型地形。

(4)泥岩:基本上是风化剥蚀、水土流失或泥石流;当其被深大冲沟切割时,两冲沟间岩体风化、松弛后有可能发生较大岩体滑移。

(5)澎润土:蒙脱石等亲水矿物必然成为坡体变形、失稳控制层,在地层产状近水平的地区也是如此。

3.地质构造要素

(1)地层产状近水平:坡体的变形、失稳主控界面是平行江河、沟谷的垂直裂隙同层面的组合,变形体的规模取决与侧向界面的间距。当下伏亲水矿物层或易风化层时,变形、失稳规模可达几百万甚至几千万立方米,重庆市和万县就是如此。

(2)顺向坡:当地层层面倾向江河时,顺层面的变形、失稳是基本形式,而变形、失稳规模的控制参数是层间摩擦角?同岩层倾角s α两者的关系,即变形失稳条件是:s ?α<。

(3)反向坡:但地层倾向山体时,坡体的变形 、失稳控制界面是反倾向(即倾向江河)裂隙同层面的组合。在低刚度砂、泥岩交互层中呈现为坠溃型失稳。

(4)斜切坡:坡体的变形、失稳形式及规模取决于走向裂隙与倾向裂隙产状同层面产状之间的相互关系,在刚度岩体中呈现为局部性坍塌,在低刚度岩体中可形成一定规模的崩滑或坠滑。

二 土质边坡

(1)冲洪积层:变形、失稳控制层是层间粉细砂(即易液化层)、淤泥以及澎润土;当边坡切穿地下水面时,地下水渗出部位往往是边坡失稳的起跳部位。

(2)倾斜面上的崩坡积层:这类层位需要特别谨慎,基岩面往往是地下水循环带,一旦揭露地下水必将导致大面积变形、失稳。

(3)崩滑体:崩滑体首先必须论证今后的演化趋势,分别论证浅层失稳和整体性失稳的条件。

(4)地表地下水:除了地震和大药量爆破等不合理的人类活动干扰外,影响边坡和崩坡体稳定的第一因素是水,故对地表水和地下水的研究进而建立渗流场模型,是边坡工程和崩滑体治理工程的第一要务。

具体地要明确以下几个方面的问题:

1)地下水同大气降雨、洪水之间的相互关系。

2)地下水的补给、赋存、运移及其排泄。

3)坡体的渗透系数分区。

4)静、动水压力形成条件及量级。

5)地下水的化学成分[14]。

3.1.2 边坡的支护

边坡的支护基本上是以下三个方面:

1) 对坡体上已经出现的松动带的处理。

2) 不使人工边坡导致坡体出现新的松动域。

3) 不使人工边坡改变坡体初始渗流场。

其中,第一个问题是很容易解决的,实际上所有的人工边坡都注意到了这个问题。故多采用挂网喷浆、锚固、清除等多种手段进行治理。

第二个问题主要出现在深挖而且涉及初始地应力场边坡中。

在这类场合,首先要进行地应力场研究,然后进行弹塑性有限元分析,大体评估可能的应力松弛带及其规模并用变形监测数据进行分析。同有限元分析结果相比较,依次修正分析模型,最后推断可能的变形量量级与应力松弛带的模型,以作为锚固设计的依据。在这一分析中,还要进行独立运动块体的判断甚至离散元分析,以确定局部补强方案。

第三个问题有一定的难度,特别是地下水排水设计,主要是由于初始渗流场情况不明

确。

岩体渗流场模型的建立依据主要是断层、劈理带、裂隙密集带以及松动、风化带等集水构造或部位的空间展布格局,然后进行水文地质钻探于试验,以获取必要的渗流场参数。

在多数场合,岩体中的地下水呈现为多层脉状裂隙水形式,很难作为潜水或统一的承压水考虑,这就是岩体渗流场的复杂性所在[15]。

长江三峡工程的船闸边坡(坡高最大170m)的渗流场研究是相当充分的,在这一基础上采用五层水平向排水洞同层间排水孔相互结合的地下水排水系统并取得了较好的排水效果[16]。

土质渗流场模型相对易于建立,但要建立有效的排水系统也有不少问题需要研究,土体的渗透系数越小,这个问题越明显复杂,相应地需要投入大量的人力无力和财力。美国哥伦比亚河上的大古力(Grand Coulee)坝下游6英里左右,两岸坡岸12处易变形部位的地下水排水系统就是典型例子,他是放射性水平排水孔同汇水排水井的组合系统。为此进行了大量的勘测、抽水试验、孔隙水压力测试及抗滑安全系数分析等研究。其中抽水试验分短期和长期两种,前者连续抽水5天后、后者26—29天,有6口井在集水井建设期间连续抽水237天,获得了大量数据,故地下水排水工程是成功的,达到了预期目标[17]。

3.2抗滑措施

增强抵抗土体移动的抗力,增加稳定的方法有两种:①利用一种外来力系抵消或平衡下滑力;②增加土体的内在强度以致斜坡在没有外来力系的帮助下保持问题。增强潜在的或现有的滑坡的抗力的方法都是适用的。尽管这些方法的内容可以是广泛的,但可以概括为两个基本原则:①在滑坡的趾部施加抗滑力;②增加滑动带土体的强度。下面介绍三种方法。

3.2.1施加外力法

1.扶墙或填土反压力法

稳定斜坡的扶墙或填土反压设计包括一个基本原则,那就是提供足够的自重或者在不

稳定体的趾部附近人为的增强约束以防止坡体滑移。作为设计的稳定体的任何抗滑结构的效能体现在该结构物对下述三种情况的抗衡作用:①倾覆;②沿基底面或基底以下的滑动;

③内部剪切作用。在抗倾覆分析中,把扶墙视为承重结构并对力系进行解析,以保证合力的适当位置。在基底面和基底面以下的潜在滑动的分析中,更需要类似的分析方法,在设计和施工阶段都必须注意,确保扶墙具有足够的基础深度和保证扶墙置于其上的土层的规定质量。考虑内部剪力作用时要求设计者必须验算扶墙或填土反压结构内不同高度处横断面的尺寸,以保证抗滑结构不致受内部剪切而破环。

加筋土是由回填土和土工织物、土工格栅按一定的设计组成的材料,能形成一个足够支承和约束大负荷的块体。加筋土挡墙的侧面通常是垂直的,且填料被充填在织物或素混凝土板的后面。加筋土在公路建设中正获得更多的用途,特别是用作扶墙式的挡墙结构。和扶壁一样,加筋土是一种设置于稳定基础之上的重力式结构,并且这种结构的设计必需能抵抗各种斜坡推动力,即能抗倾覆、抗内部剪力和抗基底面或低于基底面的滑动。

通常采用的扶壁或支承结构的其他类型包括木材挡土墙;木的、金属的和混凝土的框架;毛石的和亏工的挡土墙、钢筋混凝土挡土墙及不同形式的锚杆挡墙。

2.支承桩法

在很多城市地区,减缓斜坡或填土反压都不适于解决路堑边坡的稳定性问题。由于用地的限制和已有的结构物的存在,要求更紧密的注意拟定的稳定方案带来的可以接受的危险。一种适用的方法是用大直径的桩群作为预挖支承。在这种方法中,需详细地预示出导致移动的力系,而抵消土体移动所必须的附加力由紧密排布的垂直桩墙来提供。现浇桩群可以设计成悬臂式或带锚杆的锚系式。两者中任一方式都要求桩的横断面能抵抗土体在开挖过程中的全部土推力。

因而很少有打入通常标准直径的钢筋桩或木桩来减缓或防止滑坡。对多数土或岩石滑动,这种桩不能提供足够的抗剪力。再者,当他们被用在甚至很小的土体滑动时,都必须考虑桩间及桩周的土体移动。在很多情况情况下,大的滑体移动往往在桩尖以下土体中发展成破裂面,所以这种桩的所有设计方案都应用实际的土参数慎重进行。甚至是最小的滑体,这些力也是较大的,因而,为防止土体滑动并充分发挥桩的效能,必须使他具有足够的横断面和锚固深度。

3.锚固法

锚固系统是一种类型锚固墙,许多这种墙的设计都是利用拉杆系统传递荷载到滑体后面良好抗力区域并使其承受作用在墙上的回填土压力这一原则的。拉杆包括先张拉或后张拉的钢束、拉杆或者是钢丝和某些形式的锚固桩或能发挥足够被动土压力的其他方法。

3.2.2增加滑体滑面本身强度

1.地下排水法

滑体的最有效处理措施之一是通过地下水排水来增加土体的抗剪强度,即提高土体的

C 、?值,同时也可增加破坏面上的有效垂直应力'n σ,使总的抗滑能力

L tg C L F n R R ?+==)('?στ提高。

2.化学处理法

不少研究工作者和专业人士曾对灌注化学溶液处理不稳定土坡的各种方案做过尝试。该项技术包括用浓缩的化学溶液处理沿潜在滑动面的粘土矿物。用于离子交换的实际化学溶液是由被处理土的粘土矿物和滑动土体中的主要地下水状况来确定的。

为了借助于离子交换使粘土的性质产生化学变化,粘土矿物中的一些阳离子被注入的化学溶液中的不同阳离子置换出来。在饱和粘土中,阳离子通过土结构的迁移速度比水渗透的速度似乎快的多。阳离子置换可能使土体的剪切强度增加200%--300%。虽然用各种方法处理的大多数粘土的剪切带初始强度是较低的,但是,强度相对的较小增加通常就足以使滑体稳定。

3.高压喷射注浆法

利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进滑体滑动面的预定位置后,以高压设备使浆液或水以20Mpa 左右的高压流从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体。当能量大、速度块和呈脉动状的喷射流的动压超过滑体结构强度时,土粒便会从土体上剥落下来,在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后,便在土中形成一个固结体。固结体的形状和喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷,主要用在地基加固)及定向喷射(定喷)。后者是喷嘴一面喷射一面提升,喷射方向固定不变,固结体形如壁状,特别适合于加固滑坡体,是近年来受到大力发展的一种新型加固方法。它不仅具有加固质量好、可靠性高、止水防渗、防止砂

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