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1、第 8 卷? 第 4 期 1997 年12 月中 国 地 质 灾 害 与 防 治 学 报 THE CHINESE JOURNAL OF GEOLOGICAL HAZARD AND CONTROLVol?8 ? No?4 Dec. 1997黄石市板岩山二中滑坡防治工程设计夏元友 ?张友良 ?胡春林?程 ? 康(武汉工业大学岩土与环境工程研究所, 武汉, 430070)作者简介: 夏元友, 男, 1966 年生, 副研究员, 在读博士生, 主要从事岩土工程科研与教学工作。提要? 本文在地质勘探与稳定性分析研究基础上, 针对黄石市板岩山二中滑坡的自然与环境条件,提出了此滑坡宜采用排水+ 抗滑桩的综合
2、防治工程措施, 并简要介绍了此防治工程设计。关键词? 板岩山? 滑坡稳定性评价? 综合治理设计一、概 ? ? 述黄石市板岩山二中滑坡位于黄石市冶钢二中以南与板岩山?W号危岩体以北的中间地带, 它属一土质 ? 古? 滑坡, 处于标高 80 105 m 和 50 55 m 之间, 滑坡体以上 ( ?W号危岩体) 地形坡度为 40 45 度, 以下地形坡度为 23 24 度, 滑坡东侧为一南北向小冲沟, 沟东基岩裸露,沟西均为第四系覆盖,地形东高西低, 宏观显示滑移主向为 N15?W,总面积为 2?07? 104m2, 总体积约为 9?3? 104m3( 图 1、2) 。1? ?h 滑坡体 ( 1)
3、 形态特征滑体南北纵向 130 余 m, 东西宽 35 ( 上部) 至 70 ( 下部) 余 m, 主滑方向为 N25 ?W转为 N15?W, 滑坡轴线为小冲沟之中轴线,其地形呈波状起伏,平均坡度约 20 度左右,局部滑动鼓丘坡度约 25 30 度,两侧滑界分别处在向北凸出的小坡脊线之侧冀,上部( 后缘) 大致位于基岩与第四系分界处,上部 ( 标高 120 m) 以上的 ?W号危岩体地形坡角一般在 45 度以上, 滑体下伏基岩面地形 ? U? 字型,总体积为 3?33 ? 104m3。滑坡为推移式,主滑部分在标高 120 88 m 之间, 而标高 88 55 m 坡段为主滑体下滑力挤压推移段和
4、堆积段,主滑体剪出口在标高 88 m 左右,滑床基岩主要为薄层泥质灰岩夹页岩、泥岩和页岩夹煤层及页岩夹薄层硅质岩,局部为燧石结核灰岩 ,岩层倾向与坡向相反,被动滑移段滑床为硬塑含碎石粘土, 滑面基本呈圆弧形,标高 88 m 以上曲率较大,以下 较平直, 滑体后缘出现走向近东西拉张裂缝,缝宽 0?5 2 m, 裂缝长 100 m,裂缝北侧土体垂直下落 1 4 m。( 2) 滑坡体物质组成及水文地质概况滑坡土体为多元结构, 据钻孔及探槽资料二中滑坡体的土体可划分为七层,( 1) 煤矿渣堆积;( 2) 粘土;( 3) 含角砾粉质粘土;( 4) 含碎石粘土; ( 5) 含碎石粉质粘土; ( 6) 含?
5、67?碎石红粘土; ( 7) 粘土夹碎石。 在二中南侧, 标高 100 m 以上,一般为透水不含水层; 在标高 100 m 左右为地形急缓过渡地带; 一般为弱含水层。二中滑坡前缘基岩的稳定地下水位标高在 46?8 48?3 m左右。含碎石粉质粘土为弱含水层,其不稳定地下水位标高在 54 m 至 95 m 之间。地下水的渗流压力和润滑作用是该土质滑坡的主要形成原因之一。( 3) 近期变形形迹1970 年对滑坡体进行排水防渗和局部清土处理,从目前情况来看,滑体仍处在极限平衡状态, 局部出现了某些变形形迹,滑体中部防渗水泥渠和滑舌斜坡部位的环形水泥花坛多处产生开裂缝,开裂宽 0?5 2 cm, 局部
6、缝壁相对位移 1 2 cm, 滑体下部冶钢二中修建的横坡校园围墙, 石砌墙基与墙体开裂, 裂缝宽 0?2 1 cm,局部缝壁在顺坡方向错位 0?5 1 cm,墙体歪斜严重, 此外,滑体上缘东侧煤渣常塌滑在滑体上,曾有来自 ?W号和 ?W号危岩体块状 ( 直径 1 3 m) 坠石撞击滑体后缘。2? ?h 滑坡体?h 号滑坡体分布在二中 ? 古? 滑坡西侧, 滑移发生在 1991 年 7 月暴雨后,是浅层土体在暴雨后形成的暂时性地下水活动诱发下沟岸产生的小规模坍塌性滑移,滑体前沿为一走向 305 度小冲沟, 沟深 2 m 左右, 滑前坡角 25 30 度,主滑方向为 220 度, 基本与 冲沟垂直
7、, 滑体后缘形成了一条朝 40 度方向凸出的弧形裂缝,裂缝深 0?84 m,滑体呈多级滑阶状,滑阶间距 2 3 m,滑阶高差 0?2 0?5 m;滑体前沿宽 50 m,纵向长 25 m,滑距 2 5 m,滑坡体积仅 400 余立方米。二、滑坡稳定性分析1? 稳定性分析计算采用不平衡推力传递法?1 ?进行分析,考虑的因素有:( 1) 地震力; ( 2) 地下水压力。对每一剖面皆计算 4 种方案,每一种方案计算的状态在二中滑坡都是可能出现的。4种计算方案是:( 1) 天然含水状态 1 ? 不考虑地下水压及地震力影响,即:U= 0, a= 0。( 2) 天然含水状态 2 ? 不考虑地下水压影响,但考
8、虑地震力影响,地震按 ? 度考虑,U= 0, a= 0?63 m/ s2。( 3) 饱水状态 1 ? 考虑水压但不考虑地震力影响,即:U= 1, a= 0。( 4) 饱水状态 2 ? 考虑水压和地震力影响, 即: U= 1,a= 0?63 m/ s2。2? 岩土力学参数根据地质勘探及有关试验结果, 二中滑坡稳定性评价用的岩土力学参数见表 1。表 1? 二中滑坡稳定性评价计算参数 Tab?1 ? Mechanic parameters for stability evaluation坡体土密度? ( KN/ m3)滑面土凝聚力 c( MPa)滑面土内摩擦角?(?)地震加速度 a( m/ s2)1
9、9?60?035180?633? 稳定性分析结果?68?二中滑坡稳定性分析是依据地质资料计算了 5 个剖面,即剖面?、 ?、R1、R2、R3 ( 图 1) , 其中 R3线是?h 滑坡体主轴线, 其计算的安全系数 F 值见表2。由表 2可见,二中滑坡体稳定性较差。表 2? 二中滑坡稳定性安全系数计算结果 Tab?2? Safety factors of the second middle school landslide计算方案U= 0? a= 0U= 0? a= 0?63U= 1? a= 0U = 1? a= 0?63R11?981?621?381?12R21?601?371?120?93R
10、31?441?230?980?84?1?591?331?080?90?1?531?271?000?82图 1? 二中滑坡及其防治工程布置平面图 Fig?1 ? Sketch map of the second middle school landslide and its protection engineering arrangement 1? 近期土质滑坡边界; 2? 土质古滑坡残体范围; 3? 高程等高线; 4? 剖面线; 5? 抗滑桩; 6? 地表排水沟三、防治方案的选择 与优化设计1? 二中滑坡滑动的危害性及可能性 二中滑坡区紧临冶钢二中教学区, 二中校园大部分位于边坡下部,且滑坡一
11、旦发生,滑体物质有可能冲入二中北部居民区造成更大的破坏。 因此,边坡失稳将直接造成大量人员伤亡和财产损失。由表 2 可知,二中滑坡即使没有外界加载, 其稳定性也 是较差的。此外,它还受下列因素的影响:( 1) 二中后缘的 ?W号危岩体是区内最危险同时也是危害性最大的危岩体,它不仅体积巨大、结构松散,随时有崩滑的可 能性,而且由于与陡崖下部地带相对高差大,崖下地形坡度陡,势能较大,一旦发生崩滑,将具有强大的冲击与推移力施加于二中滑坡。( 2) ?W号危岩体在治理 ( 爆破削方)?过程中,不可避免地有适当方量要加载于其 上,从而降低其安全度。2? 二中滑坡防治方案选择由以上分析, 二中滑坡防治原则
12、应是:( 1) 控制危岩体爆破削方施工在滑坡后缘加载;( 2) 即使不加载也应提高其稳定性。根据这个原则,为保证二中滑坡在施工期和今后 长期稳定性, 初步拟定的防治方案有工程排水,抗滑键,锚杆锚固, 边坡整形, 抗滑桩等?69?武汉工业大学? 黄石市板岩山危岩、滑坡区地质灾害防治工程施工设计报告 ( 内部资料) , 1996。工程。地表排水工程很显然是必要的,表 2 很清楚地表明了水对滑坡稳定性的影响是巨大 的。抗滑键对于正在活动的滑坡不利,它的工程量较大,造价高且施工难度大; 又因二中滑坡土属于碎石土,比较松散, 锚杆要发挥作用, 则需要一定的辅助工程且效果不一定理想; 另外二中滑坡的边坡较
13、缓且上部是陡崖 ?W危岩体,从现场看,边坡整形是不实际 的。而抗滑桩是一个极为有利的工程措施,它的治理效果好,桩位设置灵活,每根桩的工程量不大, 施工中对滑体稳定性影响小, 对正在活动的滑坡采取自两侧向主轴的施工办法可不加剧其活性。由于二中滑坡滑面已勘探清楚, 其下伏基岩比较完整,这将更能发挥抗滑桩的优点。为了防治加载引起二中滑坡稳定性降低和提高二中滑坡主体的稳定性, 选用 抗滑桩与排水防治工程相结合的措施。3? 二中滑坡区抗滑桩工程设计根据二中滑坡的滑体厚度, 推力计算,滑坡物质组成以及地形和施工条件, 决定采用人工挖孔方桩。方桩的断面尺寸分为 3?0 ? 2?5 m2和 3?0? 2?0
14、m2两种规格。 ( 1) 二中滑坡区抗滑桩平面位置及其间距抗滑桩的平面位置和间距, 一般应根据滑坡的地层性质、推力大小、滑动面坡度、滑体厚度和施工条件等因素综合考虑决定。二中滑坡区抗滑桩平面位置的设置要达到两个目 的,其一是防止加载引起滑坡体稳定性降低, 其二是提高滑坡体抗滑能力。为此,二中滑坡体共设置两排抗滑桩,以相互间隔的形式布置, 每排布置方向与滑体滑动方向垂直或接近垂直,第一排 10 根设置在高程 70 75 m 一线?h 滑坡区,用于防止?W爆破施工中不易控制的加载致滑,并与第二排桩共同保证滑体稳定,第二排 16 根设置在滑坡中下部, 高程 60 米左右处, 其目的是提高滑坡体抗滑能
15、力 ( 图 1) 。抗滑桩的桩心距根据工程类比,一般为桩宽的 3 5 倍,二中滑坡区抗滑桩桩心距为 10 m。( 2) 抗滑桩桩长设计 根据地质资料和冶钢二中滑坡体推断滑体等厚线平面图来确定抗滑桩滑面以上长度,由于抗滑桩嵌固在软弱至坚硬的砂岩夹薄层硅质岩内,其特征是软硬相间,微节理发育,多为层状碎裂结构,局部为镶嵌结构,而且基岩有部分呈强风化状, 因此, 抗滑桩的嵌固段长度取为桩长的 1/ 3左右。设计的桩长分 15 m、18 m 和 21 m 三种规格, 其中 15 m 桩 21 根,18 m 桩 3 根,21 m 桩 2 根。( 3) 抗滑桩内力计算及其结构设计抗滑桩的内力是根据其属弹性桩
16、而计算的?3 ?,桩体配筋根据内力计算结果按 ?钢筋 混凝土结构设计规范? 和文献 ?3? 进行设计。4? 排水系统设计根据二中滑坡的地质环境条件和经济技术比较,该排水工程采用地表排水系统。( 1) 降雨设计标准 根据黄石地区气象资料,滑坡区内近 50 年来最大年降雨量 2180?1 mm,最大日降雨量 204?7 mm。设计中暴雨重现期按 50年进行设计, 按 100 年进行校核,地表径流量按 1小时最大暴雨强度 90 mm 设计,校核标准采用设计暴雨强度再增加 10%,即 99 mm/ h。对比黄腊石滑坡地表排水设计暴雨强度 79?6 mm/ h,校核暴雨强度 88?4 mm/ h,及三峡 链子崖排水工程设计暴雨强度 90 mm/ h,校核暴雨强度 99 mm/ h,板岩山地表排水工程设计取暴雨强度 90 mm/ h,当属合理。因此,本设计降雨标准为:设计暴 雨强度?70?90 mm/ h, 校核暴雨强度 99 mm/ h, 降雨历时为 1小时。 ( 2) 超高标准排水沟超高标准: 排水沟墙高的确定以安全超高不小于 0?3 m 为标准。(
