滑坡地质灾害治理设计探讨

[关键字]地质灾害 治理设计 

　　1引言 

　　1.1概述 

　　地质灾害的一个重要特点是其“个性”，一地的地质灾害特点绝不会完全相同于另一地，相应的防治工程也应结合当地情况予以“本土化”，而不能无原则地从“异地”或“异国”照搬照套。因此，做地质灾害设计的技术人员，必须先要懂得什么是地质灾害及地质灾害的形成，发展及危害。对一个地质灾害点进行详细勘查后，形成勘查报告，在此基础上，设计具有“个性”的防治工程。要设计地质灾害防治工程，首先要了解地质灾害。 

　　1.2地质灾害 

　　1.2.1地质灾害的定义 

　　（1）广义：指自然界或人为活动所引起的，危害人类生命财产和生存条件的各类事件。它包括由于不能控制或未予控制自然界和人为活动破坏性因素引发的、突然或在时间内发生的、超越本地区或本团体、个人防御能力所造成的人员伤亡与物质财产损毁的事件。 

　　（2）定义：在《地质灾害防治条例》规定：包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。这个定义是指比较公认的因地壳表层地质结构的剧烈变化而产生的，且通常被认为是突发性的。 

　　同时要注意与地质环境灾害区别开，后者常是在大范围区域地质生态环境变异引起的危害，常称为缓变性地质灾害。如荒漠化、水土流失、海水入侵等。 

　　1.2.2地质灾害类型 

　　从广义上按致灾地质作用的性质和发生处所进行划分，常见地质灾害共有12类，48种。它们是： 

　　（1）地壳活动灾害，如地震、火山喷发、断层错动等。 

　　（2）斜坡岩土体运动灾害，如崩塌、滑坡、泥石流等。‘ 

　　（3）地面变形灾害，如地面塌陷、地面沉降、地裂缝等。 

　　（4）矿山与地下工程灾害，如煤层自燃、洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆、高温、突水、瓦斯爆炸等。 

　　（5）城市地质灾害，如建筑地基与基坑变形、垃圾堆积等。 

　　（6）河、湖、水库灾害，如塌岸、淤积、渗漏、浸没、溃决等。 

　　（7）海岸带灾害，如海平面升降、海水入侵、海崖侵蚀、海港淤积、风暴潮等。 

　　（8）海洋地质灾害，如水下滑动、潮流沙坝、浅层气害等。 

　　（9）特殊岩土灾害，如黄土湿陷、膨胀土胀缩、冻土冻融、沙土液化、淤泥触变等。 

　　（10）土地退化灾害，如水土流失、土地沙漠化、盐碱化、潜膏化、沼泽化等。 

　　（11）水土污染与地球化学异常灾害，如地下水质污染、农田土地污染、地方病。 

　　（12）水源枯竭灾害，如河水漏失、泉水干涸、地下含水层疏干等。 

　　1.2.3主要地质灾害类型及特征 

　　地质灾害的发生、发展进程，有的是逐渐完成，有的则是有很强的突然性。据此，又将地质灾害概分为渐变性地质灾害和突发性地质灾害两大类。前者如地面沉降、水土流失等；后者如崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地下工程灾害等。渐进地质灾害常有明显的前兆，对期防治有较从容的时间，可有预见地进行，其成灾后果一般只造成经济损失，不会出现人员伤亡。突发性地质灾害突然、可预见性差，其防治工作常是被动式的应急进行，其成灾后果，不光是经济损失，也常造成人员伤亡。本论文着重讲述滑坡地质灾害的特征及其设计防治工程。 

　　滑坡是指斜坡上的岩体或土体沿着一定的软弱面或带，作整体或分散顺坡向下滑动的一种物理地质自然现象。滑动又称地滑或“走山”。 

　　主要设计工程防治措施： 

　　（1）截引地表水：①在滑体外围修筑横向截水沟、槽和纵向排水暗沟；②在滑体上修筑地表排水沟或引泉工程 

　　（2）疏干地下水：截水盲沟、支撑盲沟、水平坑道、水平钻孔排水等。 

　　（3）护坡脚：①保护滑坡脚免遭遇冲刷，可筑“T”型坝；②在滑坡前缘抛石、铺设石笼等。 

　　（4）削坡减重主要用于“上陡下缓、头重脚轻”的滑坡体，其作用改善滑体外形，降低斜坡高度，坡度、重量、使滑体重心降低，提高滑坡体的稳定性。 

　　（5）挡土墙主要用于坡面平缓而推滑力较小的滑坡体。挡土墙基础设置滑面以下的稳固层中，预留伸缩缝和汇水孔。

　　（6）抗滑桩：用于支档已滑动或可能滑动的斜坡岩土体，桩深入滑面以下稳固层须有一定深 

　　（7）锚固：主要用于岩质滑坡，用锚杆、锚索施工方法，固定不稳定岩体。 

　　2滑坡地质灾害治理设计 

　　对于滑体加固来讲，通常我们可以通过提高抗滑力或减小下滑力来满足安全性的要求。 

　　常用的处理方式通常有三类： 

　　（1）直接加固：挡墙，护坡；扶壁及反压，格栅；滑动面砼抗滑栓塞，置换；抗滑桩；锚杆或描索；预应力锚索钢桩。 

　　（2）间接加固：疏干；地表截排水及地面铺盖防渗；削坡减载，卸荷。 

　　（3）特殊加固：麻面爆破；压力灌浆。 

　　坡体上部的削坡减载在一般情况下可以较明显的提高边坡的稳定程度。排水（排渗）治理可有效降低地下水对滑体的影响，并提高稳定性，但基于排水效果不易控制，而且有限，特别是如果有时边坡内岩土层渗透性并不是太好或没有形成联通的地下水通道时，单纯的疏干排水治理更不宜单独采用。地表水的截排被实践证明是十分有效的，尤其是对于已产生的滑坡地段。滑坡底脚的支挡常作为十分有效的加固措施。常用的支挡措施包括钢桩、预应力锚杆（锚索）、挡墙等。尤其是其中的钢桩，对于场地条件有限，地形复杂的地段，若与其他措施结合起来，效果十分明显；预应力锚杆在合理的坡率及岩土条件下加固效果也十分明显，但对于岩体的加固效果要优于土体边坡的加固效果；而挡墙等措施对于滑坡推力不大或整体稳定性有保障的场地效果较明显。 　　滑坡地质灾害防治工程设计阶段的重点任务是方案优化、初步设计、施工图设计和施工组织设计，尤其是确定最佳工程布置、工程细部结构、施工程序、施工工艺和最适宜的工程材料等。 

　　3工程实例 

　　治理工程设计名称： 新建铁路宁（南京）安（安庆）铁路工程DK66+580.42～DK66+815.05路基滑坡设计 

　　3.1工程概况 

　　新建铁路宁（南京）安（安庆）铁路工程（DK66+581—DK66+815段），位于安徽省的马鞍山当涂县龙桥镇境内，坐标：东经118°28′48″、北纬31°27′36 

　　由于铁路工程建设的切坡，切坡高度在3.0—5.0m，切坡后没进行防护，受暴雨期影响，边坡已发生顺层山体滑坡现象。 

　　滑坡对行驶车辆、行人的生命财产安全构成威胁并阻断铁路交通。 

　　3.2滑坡现状规模及主要特征 

　　DK66+581-DK66+815段左切坡段，工程建设过程中存在切坡问题，主要切坡段共1处，切坡段单长234m、切坡高度3.0-5.0m。切坡段岩性主要为三叠系中统黄马青组（T2t）的粉砂岩、砂砾岩、砂质页岩。上更新统（Q2q）的粉质粘土等，由于裂隙发育，因此，工程建设过程中的切坡段可能遭受滑坡灾害的危险性。根据边坡切坡高度、地形坡度、组成边坡的岩性、裂隙发育程度及风化程度等，预测规模为1170m3，危险性等级为大级；在顺向坡及裂隙发育段，G1孔、G2孔及G3孔钻探深部揭示，自地表到孔深19.80米处为基岩强风化层，分别于3.50、6.50、10.20米和19.80米处发现为滑坡体岩性段含软弱夹层，或破碎发育地段，下部的岩体可能牵引坡上较大范围的岩体发生崩塌或滑坡灾害，预测崩塌的规模为100m3、危险性等级为小级，滑坡的规模为51000m3，危险性等级为大级。 

　　3.3滑坡稳定性综合评价 

　　根据《地质灾害防治工程勘查规范》（DB50/143—2003）规定，其判别标准见表5。 

　　据滑坡稳定性计算结果综合判定，该滑坡在天然状态条件下处于欠稳定状态，暴雨状态下处于不稳定状态，与勘查期间滑坡变形及位移特征相吻合，需要采取工程措施进行提高。 

　　3.4治理方案设计 

　　3.4.1锚索设计 

　　（1）锚索锚固力设计 

　　锚索采用ASTMA416-92标准的高强度低松驰170（1860）级φ15.24mm钢绞线，其标准强度Rb≥1860MPa，钢筋截面积A=140mm2，设计使用应力为钢绞线保证强度的60%，则单根钢绞线设计张拉力T为： 

　　T=Rb.A=1860×103×0.6×140×10-6=156.24KN 

　　锚索采用6根钢绞线，设计承载力Ta为：Ta=6T=6×156.24=937.44KN 

　　取设计承载力为900KN，超张拉时使用应力为钢绞线保证强度的70%，其承载力取1090KN。 

　　（2）锚固端长度的确定 

　　锚固端与地层之间的锚固长度：Lsa=Ta*Sf/（πDTs） 

　　式中：Ta-锚索设计承载力，KN；Sf-安全系数（结合工程的重要性Sf值的可靠程度、锚固力大小，并考虑到多束钢绞线比一束的握裹力减少的情况综合选用1，本工程取3.0）；D-钻孔直径（m），取0.114m；Lsa-锚固端与地层之间的锚固长度（m）；Ts--孔壁与注浆体之间的黏结力（KPa）； 

　　锚索在注浆体中锚固长度：Lsa=Ta*Sf/（nπDTs） 

　　式中：Lsa-锚索在注浆体中锚固长度；n-钢绞线根数，为6根；D-钢绞线直径，为15.24mm；Ts-钢绞线与注浆体之间的黏结力（KPa）；故取锚固端设计长度Lsa=5m 

　　（3）锚索倾角的确定 

　　据经验：最优锚固角为：β=45°+φ/2 

　　当单根锚索的锚固力为最大时，锚索与水平面的夹角为：δ=45°+φ/2-γ 

　　其中：φ为动面内摩擦角；β为锚索与滑面夹角；δ为锚索与水平面夹角；γ为滑动面与水平面夹角。本设计采用20°。 

　　（4）格构梁框架间距的确定 

　　据经验，框架纵梁截面尺寸为0.4×0.4m，横梁截面尺寸为0.4×0.4m； 

　　（5）锚索数量的确定 

　　锚索布设处滑坡体宽度约20m，稳定需要的总锚固力为：Q=K*B*E 

　　式中：K-安全系数，取K=1.5。 

　　单根锚索提供抗力单根锚索提供抗力由下式计算： 

　　P抗=Psinαtgφ+Pcosα 

　　式中：α=45°+φ/2；P-锚索设计锚固力； 

　　则预应力锚索数量：n=Q/P抗 

　　将φ=50°；P=900KN代入上式计算共需锚索n=21根。 

　　则格构梁的排数为：R=F*L/P抗，其中：F为滑坡推力；L为格构梁横间距；P抗为单根锚索提供的抗力。本设计取R=3

　　3.4.2截排水工程设计 

　　为防止降雨时地表水灌入滑坡体中，在滑坡体后缘布设一道截水沟；在滑坡体上，根据实际地形条件布置一条排水沟，主要起到将截水沟内的水引入已修排水沟的作用，此外，在坡内排水沟坡段较陡处，设计人字梁沟底加糙、台坎跌水及消能井。后缘截水沟长518m，坡内排水沟长98m。 

　　3.4.3挡墙设计 

　　重力式挡墙布置在变形体的前缘一带，挡墙长度80m，挡墙形式随地形，选择三处断面进行设计，以控制挡土墙断面尺寸，土压力计算过程见挡土墙验算书。挡土墙采用天然基础，设计基础埋深1.0m，排水孔尺寸采用直径80mmPVC管内衬。纵横向间距均取1.5～2.0m，品形错开。 

　　3.4.4治理工程费用：本工程施工费用5077957元。 

　　参考文献 

　　[1]胡文韬，杨文远主编《工程地质学》地质出版社.1997年9月. 

　　[2]孔德坊，王士天等《中国工程地质学》科学出版社.2000年10月. 

　　[3]林宗元主编《简明岩土工程勘察设计手册》中国建筑工业出版社.2003年4月. 

　　[4]李铁峰主编《环境地质学》地震出版社.1997年6月. 

　　[5]工程地质手册编写委员会《工程地质的册》中国建筑工业出版社.2007年2月. 

　　[6]岩土工程地质手册编写委员会《岩土工程地质手册》中国建筑工业出版社.1995年4月. 

　　[7]程良奎，范景伦，韩军，许建平著《岩土锚固人民交通出版社.2003年1月.