大型滑坡的治理设计与施工.pdf

总第 1 1 6 期 2 0 0 5年第 1 2期 西部探矿工程 WE TCHI NA EXPL0RAT1 0N ENGI NEERI NG s e r i e s No ． 1 1 6 De c ． 2 0 0 5 文章编号 1 0 0 4 --5 7 1 6 2 0 0 5 1 2 0 2 9 4 0 3 中图分类号 U2 1 6 ． 4 1 9 ． 1 文献标识码 B 大型滑坡的治理设计与施工 曾初元 江西有色工程有限公司， 江西 南昌 3 3 0 0 0 0 摘要 介 绍谢 家湾大型滑坡 的治理设计、 施 工方法及效 果。 关键词 滑坡治理； 抗滑桩； 锚索 1 工程概况 京珠公路耒阳至宜章段 K2 4 4 4 0 0 8 0 0 的谢家湾， 由于 施工将古滑坡的抗滑段挖除， 加之雨季地下水的强烈作用， 导致 古滑坡复活滑移， 形成新的滑坡。滑坡呈球状体， 垂直高差 8 0 m， 比较陡峭， 总体积 1 0 8 1 0 r n 3 ， 滑动面为球面 ， 距锚固端位置最 深达 5 0 m， 且已滑移 3 0 c m， 滑体与母体之间存在明显的裂缝。抗 滑桩加锚索支挡稳固了滑坡， 确保了公路施工过程 中和通车运 营后的安全。 2 滑坡段工程地质与水文地质条件 K2 4 4 4 0 0 8 0 0段原始地貌单元为丘陵及山间冲积洼地， 滑坡处山坡呈“ 凹” 形坡 ， 坡面向西倾斜。 该段位于上二叠一侏罗纪形成的含煤构造盆地 ， 公路东西 侧山体受新华厦系苏仙岭逆断层控制， 呈带状南北向座落在该 含煤构造盆地之上。 该段地层岩性较为复杂， 主要有滑坡堆积层 粉质粘土含碎 石的碎石土 和互层状的砂岩 、 砂质页岩等岩层， 岩层 中夹有煤 层 ， 煤质较差。岩层节理裂隙发育， 厚达 1 1 ～4 2 m 的碎石土松 散、 空隙大 甚至有空洞 ， 煤层经水浸泡后崩解、 垮塌。地下水具 用 Mo r g e n s t e m--P r i c e法算的安全系数是 F 1 ． 6 9 6 ， 上限 极限平衡法的安全系数 F l _ 7 0 2 ， 用相关联流动法则 即 牵 算得安全系数 F 1 ． 6 6 0 。剪胀角等于 O 。 算得的结果如表 1 。图 1由表 1 中得来， 当折减系数过了 1 ． 5 ， 无量纲量迅速增大， 即节 点的最大位移迅速增加， 意味着边坡沉降迅速增大， 说明破坏将 要或已经发生。图2中， 3 O 。 表示相关联流动法则， O 。 表示 考虑了部分剪胀性 非相关联流动法则 。 一O 。 时节点最大位移 下降十分迅速而且量大， 而 3 O 。 的节点位移变化则比较缓慢， 量也不大。说明边坡在 一O 隋况下发生的位移 比较大， 易于破 坏， 那取的安全系数肯定较小， 而边坡在 一3 O 。 情况下的位移较 小， 不易破坏， 则取的安全系数偏高。所以说传统方法和不考虑 剪胀性计算的安全系数偏大了， 过于保守了。 表 1 计算结果 算例 2 如图 5所示一土坡， 高 l O m， 坡脚度数为 4 5 。 ， 7 2 0 k N／ m3 。c 6 k P a ， 3 0 。 。Ab a q u s 前后处理， 算得安全系数 1 _ 4 O 。 3 结论 本文通过分析和简单计算， 得出以下简单结论 图 5 坡体基本尺寸与网格划分 1 有限单元法在边坡分析中有很多优点 ①不需要事先假 设滑面， 破坏发生在土体内剪应力超过剪切强度的区域； ②不需 要假设条间力 ， 维持整体平衡直到达到破坏； ③考虑了土体的应 力应变关系， 可以模拟渐进破坏； ④能够对具有复杂地貌、 地质的 边坡进行计算； ⑤能够模拟土体与支护的共同作用。 2 通过数值计算结果的可视化， 证实边坡破坏时塑性区确 实是贯通的， 所 以用塑性区判断边坡破坏是一种很有前途的方 法 ， 但是该法基于假定边坡内所有土体抗剪强度的发挥程度相 同。但是实际可能不是这样。 解的数值不收敛作为破坏判据， 虽 然物理意义不是十分明确， 需要进行一定的计算假定。但是通过 引入无量纲量 E ／ T H 和安全系数 F的关系图， 可以说明这种 人为规定能很直观的反映坡体的变形破坏， 不适为一种简单实用 的方法。 3 剪胀性 包含剪缩 是岩土界公认的材料的固有特性， 不 容忽视。相关联流动法则过大的考虑了材料的剪胀性， 使得计算 的结果偏大了， 本文通过简单算例 比较， 极限平衡法和极限分析 法计算的安全系数也偏高了， 过于保守了。 维普资讯 2 0 0 5芷 第 1 2期 曾初元 大型滑坡的治理设计与施工 2 9 5 承压性， 水量丰富， 打穿承压水后几乎成喷泉状。在这种地层中 钻进成孔容易塌孔、 跑风、 排不出岩粉而无法钻孔。 3 滑坡治理设计 3 ． I 滑坡原因分析 该滑坡形成的内因是在开挖路段存在一大型古滑坡抗滑段 挖方卸荷和地下水环境的变化。其中公路路基的开挖是古滑坡 复活的直接诱发因素， 而雨水季节地下环境的恶化降低 了滑坡 的稳定性 ， 加剧了滑坡的滑动。 3 ． 2 滑坡治理设计方案 根据滑坡工程地质勘察报告和公路工程施工现状， 对该滑 坡采取排水、 支挡、 监测等方案， 使该滑坡安全系数达到 1 ． 2以 上， 具体设计方案如下 1 地表排水 沿滑坡周界以外 5 m距离设置环形截水沟， 将滑坡体以外地表水拦截引离滑体外。在滑坡范围内设置树技 排水沟， 将大气降水或坡面径流引人截水沟； 同时对滑坡体表面 现有裂缝平整夯实， 防止地表水渗人滑体内。 2 地下排水 在滑动面下设置一个排水洞， 洞长 2 1 0 m， 洞 底坡度 5 ， 洞横断面尺寸 2 ． 6 mX 3 ． 0 m。在排水洞顶向上设置 扇形排水孔， 孔径 1 5 0 ， 孔深 1 5 2 0 m， 孔距 3 ． 0 m， 每个断面设 置 3 个， 每个排水孔进人滑动面以上 5 ． 0 m， 并在孔内安装透水软 管， 目的是将滑体内 尤其是滑动处 的地下水排除。 3 深部位移监测 建立深部位移监测系统， 采用信息法施 工， 不仅可以指导滑坡治理施工并检验其治理效果， 而且为滑坡 治理工程交付验收提供客观依据。考虑滑坡现有位移量， 深部位 移监测工作选用钻孔倾斜仪， 在 4 个剖面上共布置 1 O个监测孔。 4 抗滑桩加锚索支挡 公路路堑的开挖卸除抗滑段荷载是 引起古滑坡复活的直接诱发因素， 故除了采用排水措施改善地 下水环境降低滑坡的下滑力外， 还须采取提高滑坡抗滑力的稳 固措施。经多方案比较和认证， 采用抗滑桩加锚索支挡方案， 具 体设计如下 公路 K2 4 4 5 6 3 7 0 4段左侧山腰顺山体地形布置 2 3根抗 滑桩， 编号 1 ～2 3号。其中 1 ～1 2 号桩为 I类桩 ， 截面尺寸 1 ． 8 m 2 ． 4 m， 长 2 8 m， 间距 5 m， 每根桩顶布置一束锚索。长 4 0 m； 1 3 ～ 2 3 号桩为 Ⅱ类桩， 截面尺寸 2 mX3 m， 长 3 5 m， 间距 6 m， 每根桩 顶布置一束锚索， 长 3 4 m。 公路 K2 4 4 6 1 8 ～7 6 3段左 2 0 m ， 设 3 3根抗滑桩， 间距 4 ． 5 m， 编号 2 7 5 9 号， 其中 2 7 4 0 号为Ⅲ类桩， 截面尺寸 2 mX 3 m ， 长 3 8 m， 每根桩顶布置 2 束锚索， 长 6 8 m ； 4 1 ～5 2 号为 Ⅳ类 桩， 截面尺寸 2 m3 m ， 长 3 0 m， 每根桩顶 布置 2束锚索， 长 4 6 ． 5 m； 5 3 5 9号为V类 ， 截面尺寸 1 ． 2 m1 ． 8 8 m， 长 1 2 m。每 根桩顶布置 1 束锚索， 长 3 0 m。 对于路堑左侧边坡抗滑桩桩顶以上台阶按 1 1 ． 5放坡后采 用衬砌拱防护， 抗滑桩桩顶之下采用挡土墙护坡。 以上锚索设计轴拉力为 1 2 0 0 k N， 试验锚 1 9 0 0 k N， 锚 固段长 度初定 1 8 m， 根据锚索抗拔试验结果对锚固段进行适当调整。 4 施工方法 先进行地表排水 滑坡体外的截水沟、 滑坡体内的树枝状排 水沟 和地下排水 排水洞及洞顶向上扇形排水孔 施工， 建立深 部位移监测系统， 然后由上而下逐排施工桩锚结构， 待抗滑桩和 锚索特工完成后， 再进行坡面防护施工。 锚索施工工序如下 造孔一锚索制作安装一锚孔注浆一补 浆一锚具安装与张拉锁定一高压补浆一锚头封闭。 锚索施工方法 1 测定孔位 采用全站仪测放孔位及倾角， 并反复校核， 误 差≤3 m m。 2 钻机安装 运用两点定线原理安装钻机方位角， 用钻机前 后高差点和开孔点控制钻机倾角、 钻孔轴线， 钻机安装时多点固 定， 以确保钻机稳定可靠， 钻进时不会偏位。 3 造孔 采用风动冲击和随钻跟进同径导管的钻进工艺成 孔。根据设计和地层条件， 选用重庆探矿机械厂生产的 MGY 1 0 0型全液压锚索钻机、 1 5 0 m m偏心钻头、 DHD 3 6 0型冲击器、 8 9 m m 风 水 双壁 钻杆、 随钻 跟 进 的 同径 导 管、 英 格 索 兰 X HP 7 5 0 S C A T型空压机。正式钻孔前， 开动钻机先钻 1 0 c m左 右， 停机检查钻机是否移位， 确认钻机稳 固后便可正式钻进。正 式钻进时， 根据冲击器作功风压范围和碎石土、 煤层、 砂、 页岩等 不同地层及不同的孔深来合理控制钻压和风压， 即在碎石土中 遇大块石和砂岩以及孔深超过 4 0 m时选择 6 I O MP a的孔压和 1 ． 2 ～ 1 ． 7 MP a的风压， 否则取 4 ． 5 ～8 ． 0 MP a的孔压和 0 ． 9 ～ 1 ． 4 MP a 的风压。钻进时， 当每根钻杆钻毕到位后即提升钻具， 使 钻头离开岩面反复冲净孔内岩粉、 岩渣后 ， 接杆继续钻时。在钻 进过程中， 发现钻头有时会掉落或收不 回来、 导管靴会打断。处 理办法是 将钻头与冲击器连接的定位销焊死， 解决 了钻头脱落 问题； 导管靴底部开一个斜口， 顶住钻头反转 ， 解决了钻头收不回 来的问题； 改变导管靴结构， 改公扣为母扣 ， 以加厚导管靴， 解决 了导管靴被打断的问题。通过上述改进钻具， 使跟管和拔管深度 由当时 2 3 m提高到 5 2 m， 顺利地解决 了在这种复杂地层中钻进 的难题 。 4 锚索制作与安装 锚索采用高强度、 低松弛的优质钢绞线 制成， 钢绞线标准强度为 1 8 6 0 MP a 、 计算截面积 1 4 0 mm2 。锚索 制作前 ， 先将钢绞线除锈、 去污， 保证其表面清洁、 无锈斑、 无油 污， 采用集中人力共同下索。下索时要求索体不能旋转， 以避免 架线环损坏磨损钢绞线， 并确保锚索归中和锚固端到孔底。 5 灌浆与补浆 灌浆泵选择 B w1 O O ／ 1 5型注浆泵。浆材包 括 4 2 ． 5级的普硅水泥、 8 的 AE A和 0 ． 7 的GYA外加剂。外 加剂的加人可使浆液结石产生微膨胀 而导致侧向应力的产生， 以加强锚固。浆液水灰 比 0 ． 4 ， 比重不小 于 1 ． 9 ， 其标号要达到 M3 5 。灌浆压力不宜过大， 选择 0 ． 3 ～O ． 7 MP a ， 以能连续缓慢压 人浆液为原则， 这样浆液能由孔底慢慢流向孔口， 使浆液有效地 将孔内积水排出和充填空隙， 而不会与水产生混合。当回浆管返 出完全纯净的水泥浆液时， 可以认为孔内积水已完全排出， 这时 可以并浆， 并浆压力 0 ． 3 ～O ． 5 MP a ， 并浆时间 3 0 rai n 。灌浆结束 以实际灌浆量大于理论吃浆量和回浆量相对体积质量大于进浆 相对体积质量且孔内不再吸浆为控制标准。浆液收缩后及时补 浆 ， 使孔口浆液饱满。 6 张拉锁定 张拉是预应力锚索施工的关键工序。根据张 拉力的要求 ， 合理选用了 Z P A一2 0 0型高压油泵、 2 0 0 t 调压千斤 顶、 OVMI 5 G--8型锚具， 并对张拉机具进行了率定， 包括对千斤 下转第 2 9 8页 维普资讯 2 9 8 西部探矿工程 D e c ． 2 0 0 5 No ． 1 2 斜向钢管和 2 5根竖直钢管。斜向钢管长 8 ～1 6 m， 直径 5 O ， 倾 向上游， 倾角3 0 。 ； 竖直钢管长 8 m， 直径 5 O ， 垂直向下； 施工中由 于成孔较困难， 后将钢管改为直接用钻杆代替， 并于管内灌注水 泥砂浆。 4 抗滑桩锚固效果分析 根据开挖后揭露地质情况， 实际地质条件与原推测基本吻合。 大部分抗滑桩都已进入弱风化岩体内， 其中 9 桩下部 已进 入微风化岩体。抗滑桩的嵌岩深度为 5 ． 9 4 ～1 7 ． 6 m之间， 绝大 部分大于 1 1 m； 嵌岩段强风层厚度多在 9 m左右， 局部逾 1 1 m， 除 1 2 、 1 3 桩未进入弱风化层外， 其余各桩深入弱风化层约 1 ． 3 ～ 1 1 ． 4 m， 各桩嵌岩深度基本满足设计要求。 根据抗滑桩阻抗岩体补充勘察及抗滑桩开挖揭露地质情 况， 各桩桩前阻抗岩体厚度均可达 1 2 m以上， 满足设计要求。 由于厂房基坑开挖， 抗滑桩前沿土体将大部分被挖除， 抗滑 桩基本处于临空状态， 故前沿土体对于桩的支撑作用非常小， 在 对抗滑桩进行设计时对此部力不作考虑， 取值为零， 只以其锚 固 作用力作为计算依据。 根据原开挖设计情况 ， 厂房基坑开挖后， 抗滑桩前缘阻抗岩 土体部分被挖除， 形成临空面， 5 ～9 桩嵌岩深度由于桩前部分 岩土体被挖除而减短 ， 但桩的设计开挖线多在强风化层或覆盖 层内， 阻抗岩体的厚度变化不大 ， 在施工过程中根据实际地质情 况对各桩桩深作了适当调整以满足其锚固要求。 5 厂房后边坡整体稳定复核 在计算过程中， 同样假定覆盖层土体沿基岩顶板整体滑动， 但由于芭蕉林地表排水系统较完善， 故不计地下水影响。只在汛 期考虑采用饱和容重和饱和抗剪指标进行复核计算。另考虑公 路荷载 5 ． 0 t ／ m 。安全系数、 滑动面参数、 滑坡体容重采用开挖 后修改的参数进行复核。 经计算 ， 为达到设计安全系数 K1 ． O 5所需的锚固力最大 值为 1 3 1 ． 6 4 t ／ m， 仅超过桩结构计算设计 时所 取单宽下滑力 1 2 2 t ／ m 9 ． 6 4 t ／ m， 故复核计算的结果没有超出原设计的范围， 原设计方案较合理。 6 结束语 原推测的边坡地质条件基本符合实际情况， 提出的地质参 数、 采用的设计方案及设计参数在抗滑桩开挖后得到较好的验 证 ； 抗滑桩的设计、 布置对厂房后边坡岩土体的稳定控制作用在 厂房基坑开挖期间亦得到验证， 采用抗滑桩是合理的。 根据施工开挖后地质条件变化情况及施工中出现的具体问 题， 设代人员根据实际情况对抗滑桩设计深度、 护壁支护方式等 作了一定程度的修改、 调整， 事实证明， 这些设计修改 比较及时、 适当。 后边坡抗滑桩的开挖也为以后的厂房基坑开挖提供了极为 丰富、 必要的水文地质工程地质资料， 根据厂房后边坡抗滑桩开 挖后的地质情况重新编制的厂房区地质剖面图与厂房开挖后揭 露的实际地质情况较吻合， 厂基基岩面高程较原推测相差仅 l m 左右， 这个精度在地质勘察工作中是相当高的。 根据前期勘察资料及开挖后的实际情况， 以下几个地质条 件的判断对设计总体方案非常重要 1 边坡区强风化层厚度的判断不易， 尤其是 以泥页岩为主 的地段， 这些地段强风化泥页岩的性状与残积土相差无几， 钻孔 取芯率差 ， 波速低， 钻探或物探勘察时易将其误划为残积层； 2 局部沿泥页岩顺层发育强风化深槽， 由于勘探布孔有限， 强风化深槽的存在也导致将该区强风化层划分过厚 ， 实际上除 强风化深槽外， 其余突出部位多以砂岩为主， 性状相对较好， 必要 时可充分利用。这种风化层厚度划分上的误差在电站工程较大 时影响尚不明显， 但对规模较小的电站来说 ， 不利于设计方案的 优化。因此， 在前期勘察工作查明砂泥岩边坡区岩体风体特征非 常重要。 参考文献 E 1 ] 治金工业部建筑研究总院 ． 建筑基坑工程技术规范 Y B 9 2 5 8 --9 7 [ S ] ． 治金工业出版社， 2 0 0 3 ， 0 8 ． [ 2 ] 厦门市建设委员会． 深基坑支护技术厦门市深基坑支护工程实 例[ M] ． 中国水利水电出版社， 2 0 0 2 ， 0 9 ． [ 3 ] 彭振斌． 深基坑开挖与支护工程设计计算与施工[ M] ． 中国地质大 学 出版 社 ， 1 9 9 7 ． 上接第 2 9 5页 顶、 油泵、 油管、 压力表校验 ， 校验合格后将千斤顶与油泵配套进 行率定 。张拉分 5级， 即 2 4 0 k N 预张拉 一 6 0 0 k N- ,- 9 0 0 k N- - 1 2 0 0 k N- , - 1 3 2 0 k N。 正式张拉前 ， 取 2 4 0 k N的预紧张拉力， 采用多次循环预紧方 式每根钢绞线进行预张拉 ， 使其各部位的接触紧密， 钢绞线完全 平直。每根钢绞线预紧时， 以两次张拉伸长值差不超过 3 m m为 限， 否则进入下一循环继续预紧直至符合要求为止。预紧后安装 千斤顶和工具锚都要与工作锚对中， 夹片要平整， 严禁钢绞线在 千斤顶的穿心孑 L 内交叉。正式张拉时， 采用限位自行锚固的方式 进行。张拉过程中， 当达到某一级控制张拉力后稳定 1 5 mi n即可 锁定。张拉时采用力控制及伸长值校核的操作方法， 及时准确地 记录油压泵读数、 千斤顶伸长值、 夹片外长度等。当实际伸长值 大于计算伸长值的 1 O 或小于 5 时， 要停止张拉， 待查明原因 并采取相应措施予以调整之后可继续张拉。张拉时， 升荷速率每 分钟不超过设计张拉力的 1 O ； 张拉人员必须站在千斤顶两侧 位置操作， 不得在千斤顶正面操作， 以免发生夹片飞出伤人事故。 7 高压补浆 通过锚垫板的补浆孔 高压补浆 ， 补浆压力 ≥O ． 6 MP a 。 8 锚头封闭 高压补浆 3天后， 将锚索预留 5 0 mm长度后将 多余的钢绞线切掉， 钢绞线工作锚清洗干净 ， 桩侧凿毛清洗后 ， 用 C 2 5 砼将锚头封闭。 5结论 通过地表水、 地下水排除和抗滑桩加锚索支挡等综合治理措 施， 成功的治理了谢家湾大型滑坡， 尤其在复杂地层中锚索孑 L 钻 进方面解决了跟管钻进 5 2 m的难关 ， 取得了复杂地层 中随钻进 导管和拔管的突破性进展。 两年多来的滑坡深部位移监测结果表明， 谢家湾滑坡经治理 后至今， 几乎没有新的滑移量， 达到了预期效果。 维普资讯