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摘要:不论是建筑工程,矿山基建工程,还是道路工程,地质灾害治理均是一项重要任务。文章从边坡稳定性的影响因素入手,介绍了边坡稳定性的分析与计算,详细阐述了滑坡治理技术,并结合实际案例分析。
关键词:地质灾害;边坡稳定性;影响因素;滑坡;治理技术
地质灾害治理,是评估不良地质现象,采用有效的工程技术手段改变地质灾害的产生过程,从而防止灾害发生,或减轻灾害带来的不利影响[1]。工程施工中,边坡稳定性一直是施工企业关注的要点之一,对于失稳的边坡,如果防护不到位,就可能出现滑坡、坍塌等灾害,不仅影响正常的施工进度,还会造成经济损失和人员伤亡。以下结合实践,探讨了边坡稳定问题和滑坡治理方法。
1.边坡稳定性的影响因素
1.1 岩土结构性质
其一,从岩土结构来看,结构层面直接影响岩石的完整性,在过去发生的滑坡事件中,大多数是岩体不完整性引起的。岩体不完整,其抗剪强度会降低,岩体内部的孔隙增多,整体抵抗力变弱,发生滑坡的风险增大。其二,从岩土性质来看,正常边坡中有较多的亲水矿物、黏土矿物,既有层状结构岩石,例如滑石片岩、黏土、泥灰岩等;也有破碎岩石,例如泥质填充物。当这些岩石受到侵蚀,边坡的稳定性降低,就可能引起滑坡。
1.2 外部浸水
在发生滑坡的边坡中,很多区域是降水严重的区域,说明外部浸水也是影响边坡稳定性的因素[2]。从水的作用来看,水体不断富集到边坡岩土内,会造成岩体松动,改变土体的含水量;另一方面大量降水会对边坡产生冲刷作用,也会提高滑坡等灾害的发生率。
1.3 地震作用
在地震作用下,边坡岩土体会发生松动,尤其是区域性的震动问题。地震过后,岩土结构变化,其抵抗力明显降低,甚至出现断裂现象,为滑坡创造了条件。如果地震烈度较大,岩土结构受到的破坏更严重,发生滑坡的可能性随之加大。
1.4 人为因素
除了自然因素外,人为活动也是影响边坡稳定性的原因。近年来城市化进程加快,道路、桥梁、水利等工程数量增加,施工延伸到山区,也会扰动边坡的稳定性。现场施工中,前期地质勘察不到位,边坡和坡脚开挖不合理,或者采用爆破等技术手段,会改变边坡岩土的结构和性能,降低了稳定性。
2.边坡稳定性的分析与计算
评价边坡的稳定性,主要利用抗滑稳定性系数η,是抗滑力Fs和滑动力Fr的比值[3]。η>1,说明边坡比较稳定;η=1,说明边坡处于临界状态;η<1,说明边坡不稳定。目前边坡稳定性的评价方法,主要有以下四种:一是定性分析法,二是定量分析法,三是极限平衡分析法,四是工程地质类比法。
以定量分析为例,抗滑稳定性系数η的计算方法是:
式中,N代表岩土重量在滑动面上的垂直分力,T代表岩土重量在滑动面上的水平分力,F代表滑动面的凝聚力,S代表滑动面积,G代表岩土体的重量,ω代表滑动面的倾斜角,tanφ代表滑动面的摩擦系数。
3.地质灾害治理工程中滑坡治理技术
对滑坡进行治理,遵循以下原则:①治理方案在安全的基础上,要实用、经济、美观;②提高边坡的稳定性,将岩土体的变形量控制在一定范围内,不会造成更大范围的滑坡危害;③合理选择治理技术,尽量避免交通断道、造成其他工程延期等情况。常见的几种治理方案如下:
3.1 锚杆支护
锚杆支护最为常见,施工流程是:修整坡面→首次混凝土喷浆→放样锚孔位置→钻孔并清孔→安装锚杆→再次混凝土喷浆。锚杆支护的优点是:成本低,施工操作简便,使用灵活,而且占用施工净空小[4]。在此基础上,近年来又出现了预应力锚杆支护,能在岩体的两侧产生挤压作用,形成連续压缩带,促使破碎的岩土体粘结起来,成为一个整体。
3.2 挡土墙
挡土墙方案防治滑坡,通常采用分层错缝的施工方法,确保每一层横缝厚度一致;在墙趾、台阶、转弯、基底位置施工时,不能有垂直通缝;挡土墙材料表面要平整、干净,合理设置石块厚度。挡土墙可细分为重力式、锚定式、薄壁式、加筋土式多种,应根据现场环境和加固要求合理选择。
3.3 桩间板
桩间板方案的施工技术要点,一是合理设计挡土板的高度、厚度、深度,确保桩间板位于桩的中间位置;二是选择螺纹钢筋,提高钢筋的抗剪切力;三是板身混凝土等级不能低于C30。
3.4 组合梁
组合梁方案的原理,是把薄层岩体当作一个个独立的梁体,在自身重量、荷载的影响下,可能出现变形、弯曲等情况,上下缘均受压。组合梁就是进行锚固,促使独立的梁体变为组合梁,各层之间出现的摩擦力,可以增加挠度,继而增强组合梁的抗弯强度,提升岩土的承载能力[5]。
3.5 抗滑桩
混凝土抗滑桩属于抗滑结构的一种,适用于滑动面倾角较小的情况,不仅加固效果好,而且成本较低。施工时,抗滑桩是使用柱形构件穿过滑坡体,并深入到稳定岩层或土层内部,从而对滑动力进行阻挡。根据滑坡体的厚度、推力大小、防水要求、现场施工条件等,合理选用木桩、钢桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩等。
3.6 控制爆破
当边坡的稳定性降低,即将达到失稳状态,通过控制爆破减震,避免发生灾害。控制爆破是和支护加固相反的理念,在边坡失稳前主动改变岩土体的结构,在可控条件下消除灾害隐患[6]。该技术实施时,技术要点包括孔位布局、钻孔直径、装药结构、减震措施等,尤其注意爆破安全。
4.案例分析
4.1 工程概况
以某公路工程为例,桩号K6+550至K6+590一段的路基边坡出现失稳情况,滑坡体积约2.35万m2,滑坡岩土层厚度平均为0.52m。现场分析显示,滑坡体和岩土体之间出现剪切破坏,可见锯齿状裂缝。为了防止出现地质灾害,决定对滑坡进行治理,综合考虑经济性、技术性、可行性,制定治理方案。 4.2 治理方案
本工程中,针对边坡滑坡现象,提出两种治理方案。
第一种方案是锚索地梁。相邻地梁的中线距离为2.8m,截面积为0.8m2,长度为14m,进入风化岩层内2m。施工时使用C30混凝土,共分为5级坡率,其中第1级坡率为1:1.25,其余4级坡率均为1:1.4。同时设置排水沟,配合菱形网格护坡。施工完成后,经验算边坡稳定性可满足要求。
第二种方案是抗滑桩。沿着滑坡的主轴方向设置抗滑桩,相邻桩的间距为3.8m,截面积为6m2,长度为18m,进入岩层内10m。施工时使用C30混凝土,首先开挖桩井,浆砌片石形成护坡,在两级坡体之间预留宽度为2m的平台;同时设计排水沟,在滑坡体四周设置截水沟,用来汇集地表径流。施工完成后,经验算边坡稳定性可满足要求。
4.3 效益比较
锚索地梁和抗滑桩,这两种方案均能提高边坡的稳定性,但在工程量、成本、施工工艺上有明显差异。
第一,从工程施工角度看。采用锚索地梁,共计土方开挖6.13万m3,地梁混凝土用量约450m3,挖孔土方量260m3,钢筋用量42t,锚索、锚头各140个,排水沟工程380m3,网格护坡1060m3,总造价约为700万元。采用抗滑桩,共计土方开挖5.32万m3,护壁混凝土用量约760m3,桩身混凝土用量约2600m3,挖孔土方量1740m3,钢筋用量340t,排水沟工程310m3,网格护坡865m3,总造价约为660万元。第二,从加固作用来看。锚索地梁能提供承压面,限制坡面变形,构成坡面防护结构。抗滑桩则利用桩防止土体滑动,使土体达到受力平衡。相比之下,抗滑桩对边坡的破壞小,加固作用更强,而且施工技术成熟;缺点是工艺流程复杂,整个工期较长。经过方案比对,最终选择抗滑桩方案,综合效益要高于锚索地梁。
5.结语
综上所述,边坡稳定性的影响因素包括岩土结构性质、外部浸水、地震作用、人为因素。文章以锚杆支护、挡土墙、桩间板、组合梁、抗滑桩、控制爆破为例,阐述了常见的滑坡治理技术,并结合工程案例进行分析。希望通过本文,为地质灾害治理工作提供借鉴,保证边坡稳定性。
参考文献
[1]陈登洪.滑坡地质灾害治理工程中抗滑桩运用的研究[J].西部资源,2021(2):136-137,140.
[2]方鑫.山区公路滑坡边坡稳定性分析及治理方法研究[J].工程建设与设计,2021(5):55-57.
[3]李长风.膨胀土地区填方路基滑坡原因分析及治理[J].山东交通科技,2021(1):66-69.
[4]李江,赵泽龙.矿山工程中地质灾害及边坡滑坡治理方法策略分析[J].世界有色金属,2020(22):200-201.
[5]白少辉,张建军.地质灾害治理工程中的边坡稳定性问题[J].世界有色金属,2019(18):216,218.
[6]王安.地质灾害治理工程施工中边坡稳定问题及滑坡治理对策——金沙江白鹤滩水电站恩子坪2#滑坡体治理工程[J].住宅与房地产,2019(31):190.
四川里伍铜业股份有限公司 626000
关键词:地质灾害;边坡稳定性;影响因素;滑坡;治理技术
地质灾害治理,是评估不良地质现象,采用有效的工程技术手段改变地质灾害的产生过程,从而防止灾害发生,或减轻灾害带来的不利影响[1]。工程施工中,边坡稳定性一直是施工企业关注的要点之一,对于失稳的边坡,如果防护不到位,就可能出现滑坡、坍塌等灾害,不仅影响正常的施工进度,还会造成经济损失和人员伤亡。以下结合实践,探讨了边坡稳定问题和滑坡治理方法。
1.边坡稳定性的影响因素
1.1 岩土结构性质
其一,从岩土结构来看,结构层面直接影响岩石的完整性,在过去发生的滑坡事件中,大多数是岩体不完整性引起的。岩体不完整,其抗剪强度会降低,岩体内部的孔隙增多,整体抵抗力变弱,发生滑坡的风险增大。其二,从岩土性质来看,正常边坡中有较多的亲水矿物、黏土矿物,既有层状结构岩石,例如滑石片岩、黏土、泥灰岩等;也有破碎岩石,例如泥质填充物。当这些岩石受到侵蚀,边坡的稳定性降低,就可能引起滑坡。
1.2 外部浸水
在发生滑坡的边坡中,很多区域是降水严重的区域,说明外部浸水也是影响边坡稳定性的因素[2]。从水的作用来看,水体不断富集到边坡岩土内,会造成岩体松动,改变土体的含水量;另一方面大量降水会对边坡产生冲刷作用,也会提高滑坡等灾害的发生率。
1.3 地震作用
在地震作用下,边坡岩土体会发生松动,尤其是区域性的震动问题。地震过后,岩土结构变化,其抵抗力明显降低,甚至出现断裂现象,为滑坡创造了条件。如果地震烈度较大,岩土结构受到的破坏更严重,发生滑坡的可能性随之加大。
1.4 人为因素
除了自然因素外,人为活动也是影响边坡稳定性的原因。近年来城市化进程加快,道路、桥梁、水利等工程数量增加,施工延伸到山区,也会扰动边坡的稳定性。现场施工中,前期地质勘察不到位,边坡和坡脚开挖不合理,或者采用爆破等技术手段,会改变边坡岩土的结构和性能,降低了稳定性。
2.边坡稳定性的分析与计算
评价边坡的稳定性,主要利用抗滑稳定性系数η,是抗滑力Fs和滑动力Fr的比值[3]。η>1,说明边坡比较稳定;η=1,说明边坡处于临界状态;η<1,说明边坡不稳定。目前边坡稳定性的评价方法,主要有以下四种:一是定性分析法,二是定量分析法,三是极限平衡分析法,四是工程地质类比法。
以定量分析为例,抗滑稳定性系数η的计算方法是:
式中,N代表岩土重量在滑动面上的垂直分力,T代表岩土重量在滑动面上的水平分力,F代表滑动面的凝聚力,S代表滑动面积,G代表岩土体的重量,ω代表滑动面的倾斜角,tanφ代表滑动面的摩擦系数。
3.地质灾害治理工程中滑坡治理技术
对滑坡进行治理,遵循以下原则:①治理方案在安全的基础上,要实用、经济、美观;②提高边坡的稳定性,将岩土体的变形量控制在一定范围内,不会造成更大范围的滑坡危害;③合理选择治理技术,尽量避免交通断道、造成其他工程延期等情况。常见的几种治理方案如下:
3.1 锚杆支护
锚杆支护最为常见,施工流程是:修整坡面→首次混凝土喷浆→放样锚孔位置→钻孔并清孔→安装锚杆→再次混凝土喷浆。锚杆支护的优点是:成本低,施工操作简便,使用灵活,而且占用施工净空小[4]。在此基础上,近年来又出现了预应力锚杆支护,能在岩体的两侧产生挤压作用,形成連续压缩带,促使破碎的岩土体粘结起来,成为一个整体。
3.2 挡土墙
挡土墙方案防治滑坡,通常采用分层错缝的施工方法,确保每一层横缝厚度一致;在墙趾、台阶、转弯、基底位置施工时,不能有垂直通缝;挡土墙材料表面要平整、干净,合理设置石块厚度。挡土墙可细分为重力式、锚定式、薄壁式、加筋土式多种,应根据现场环境和加固要求合理选择。
3.3 桩间板
桩间板方案的施工技术要点,一是合理设计挡土板的高度、厚度、深度,确保桩间板位于桩的中间位置;二是选择螺纹钢筋,提高钢筋的抗剪切力;三是板身混凝土等级不能低于C30。
3.4 组合梁
组合梁方案的原理,是把薄层岩体当作一个个独立的梁体,在自身重量、荷载的影响下,可能出现变形、弯曲等情况,上下缘均受压。组合梁就是进行锚固,促使独立的梁体变为组合梁,各层之间出现的摩擦力,可以增加挠度,继而增强组合梁的抗弯强度,提升岩土的承载能力[5]。
3.5 抗滑桩
混凝土抗滑桩属于抗滑结构的一种,适用于滑动面倾角较小的情况,不仅加固效果好,而且成本较低。施工时,抗滑桩是使用柱形构件穿过滑坡体,并深入到稳定岩层或土层内部,从而对滑动力进行阻挡。根据滑坡体的厚度、推力大小、防水要求、现场施工条件等,合理选用木桩、钢桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩等。
3.6 控制爆破
当边坡的稳定性降低,即将达到失稳状态,通过控制爆破减震,避免发生灾害。控制爆破是和支护加固相反的理念,在边坡失稳前主动改变岩土体的结构,在可控条件下消除灾害隐患[6]。该技术实施时,技术要点包括孔位布局、钻孔直径、装药结构、减震措施等,尤其注意爆破安全。
4.案例分析
4.1 工程概况
以某公路工程为例,桩号K6+550至K6+590一段的路基边坡出现失稳情况,滑坡体积约2.35万m2,滑坡岩土层厚度平均为0.52m。现场分析显示,滑坡体和岩土体之间出现剪切破坏,可见锯齿状裂缝。为了防止出现地质灾害,决定对滑坡进行治理,综合考虑经济性、技术性、可行性,制定治理方案。 4.2 治理方案
本工程中,针对边坡滑坡现象,提出两种治理方案。
第一种方案是锚索地梁。相邻地梁的中线距离为2.8m,截面积为0.8m2,长度为14m,进入风化岩层内2m。施工时使用C30混凝土,共分为5级坡率,其中第1级坡率为1:1.25,其余4级坡率均为1:1.4。同时设置排水沟,配合菱形网格护坡。施工完成后,经验算边坡稳定性可满足要求。
第二种方案是抗滑桩。沿着滑坡的主轴方向设置抗滑桩,相邻桩的间距为3.8m,截面积为6m2,长度为18m,进入岩层内10m。施工时使用C30混凝土,首先开挖桩井,浆砌片石形成护坡,在两级坡体之间预留宽度为2m的平台;同时设计排水沟,在滑坡体四周设置截水沟,用来汇集地表径流。施工完成后,经验算边坡稳定性可满足要求。
4.3 效益比较
锚索地梁和抗滑桩,这两种方案均能提高边坡的稳定性,但在工程量、成本、施工工艺上有明显差异。
第一,从工程施工角度看。采用锚索地梁,共计土方开挖6.13万m3,地梁混凝土用量约450m3,挖孔土方量260m3,钢筋用量42t,锚索、锚头各140个,排水沟工程380m3,网格护坡1060m3,总造价约为700万元。采用抗滑桩,共计土方开挖5.32万m3,护壁混凝土用量约760m3,桩身混凝土用量约2600m3,挖孔土方量1740m3,钢筋用量340t,排水沟工程310m3,网格护坡865m3,总造价约为660万元。第二,从加固作用来看。锚索地梁能提供承压面,限制坡面变形,构成坡面防护结构。抗滑桩则利用桩防止土体滑动,使土体达到受力平衡。相比之下,抗滑桩对边坡的破壞小,加固作用更强,而且施工技术成熟;缺点是工艺流程复杂,整个工期较长。经过方案比对,最终选择抗滑桩方案,综合效益要高于锚索地梁。
5.结语
综上所述,边坡稳定性的影响因素包括岩土结构性质、外部浸水、地震作用、人为因素。文章以锚杆支护、挡土墙、桩间板、组合梁、抗滑桩、控制爆破为例,阐述了常见的滑坡治理技术,并结合工程案例进行分析。希望通过本文,为地质灾害治理工作提供借鉴,保证边坡稳定性。
参考文献
[1]陈登洪.滑坡地质灾害治理工程中抗滑桩运用的研究[J].西部资源,2021(2):136-137,140.
[2]方鑫.山区公路滑坡边坡稳定性分析及治理方法研究[J].工程建设与设计,2021(5):55-57.
[3]李长风.膨胀土地区填方路基滑坡原因分析及治理[J].山东交通科技,2021(1):66-69.
[4]李江,赵泽龙.矿山工程中地质灾害及边坡滑坡治理方法策略分析[J].世界有色金属,2020(22):200-201.
[5]白少辉,张建军.地质灾害治理工程中的边坡稳定性问题[J].世界有色金属,2019(18):216,218.
[6]王安.地质灾害治理工程施工中边坡稳定问题及滑坡治理对策——金沙江白鹤滩水电站恩子坪2#滑坡体治理工程[J].住宅与房地产,2019(31):190.
四川里伍铜业股份有限公司 626000