巖土工程施工中地質(zhì)災(zāi)害處理方案研究

陳貴庭

（中鹽勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)

1.1 特殊巖土體的基本特征

特殊巖土體在巖土工程施工過程中會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，根據(jù)巖土體的固有特性，隨著時(shí)間的積累，開始會(huì)在中間形成各種裂縫，最終會(huì)出現(xiàn)裂縫和膨脹。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)在特殊巖土體地段的應(yīng)用優(yōu)勢

預(yù)應(yīng)力錨索，它包括錨索束體、外錨頭和錨孔三個(gè)基本部件。在巖土工程邊坡處理中，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，錨索束在預(yù)應(yīng)力錨索中起著關(guān)鍵作用。采用后張拉預(yù)應(yīng)力可以減少和消除自然力場對(duì)工程地質(zhì)體或結(jié)構(gòu)的危害，同時(shí)后張拉預(yù)應(yīng)力可以根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整錨索的布置、深度，對(duì)加固干擾小，在不破壞巖土穩(wěn)定性的情況下達(dá)到加固的目的，有利于項(xiàng)目的進(jìn)展；在預(yù)應(yīng)力錨索中使用的預(yù)應(yīng)力筋，只要使用較小的材料截面，就能產(chǎn)生較高的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)施工周期相對(duì)較短[1-3]。

在巖土工程邊坡的處理中，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)可以在很多方面保持邊坡的穩(wěn)定，通過鉆孔將錨索固定在巖土表面上，相對(duì)于巖土工程具有一定的穩(wěn)定性，減少了邊坡坍塌的不穩(wěn)定因素。在施工過程中，預(yù)應(yīng)力錨索施工材料簡單，造價(jià)低廉，因此，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)已成為現(xiàn)階段巖土工程中處理邊坡的常用技術(shù)。在地基穩(wěn)定性較強(qiáng)的巖土機(jī)理上采用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，可以保證巖土工程邊坡的穩(wěn)定性和巖土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)能有效地保證土體和土體的承載力，并能有效地調(diào)整支護(hù)強(qiáng)度，減輕支護(hù)重量。

1.3 預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)的主要應(yīng)用原理及應(yīng)用價(jià)值

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是基于加固原理實(shí)施的。通過對(duì)地質(zhì)體相應(yīng)部位的加固，可以在巖土工程施工過程中有效地對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行加固，該施工方法可以利用錨索提高邊坡巖體整體強(qiáng)度，也可以減少工程項(xiàng)目投入使用后的坡度下降，保證整體的高坡穩(wěn)定。

此外，在巖土工程施工中實(shí)施預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，能有效防止相應(yīng)部位地表水滲漏，在一定程度上防止巖土風(fēng)化剝落，從而有效改善地質(zhì)體。結(jié)合施工項(xiàng)目的要求，施工需要和因地制宜原則，一般采用自上而下的預(yù)應(yīng)力群錨，可有效地降低高邊坡對(duì)錨索整體強(qiáng)度的影響，它有助于確保錨索的充分功能，并有助于減少路面上的土壤抬升問題。

預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)是巖土工程施工中常用的技術(shù)之一，其復(fù)雜程度高于一般技術(shù)。在工程施工中，要充分考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，科學(xué)施工，結(jié)合具體施工標(biāo)準(zhǔn)和要求，在充分調(diào)查當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的基礎(chǔ)上，科學(xué)應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)，可以有效地促進(jìn)巖土工程施工的順利進(jìn)行。

2 特殊巖土體開挖邊坡的變形破壞類型

受巖土礦物組成和結(jié)構(gòu)特征的控制，邊坡的破壞主要有淺層蠕變、深層結(jié)構(gòu)面控制滑動(dòng)破壞和崩塌破壞三種類型，本文主要介紹前兩者。

2.1 淺層蠕變變形破壞

對(duì)巖土體開挖后暴露在大氣中后，會(huì)發(fā)生脫水、干裂、水脹等變化，造成巖土結(jié)構(gòu)破壞。在暴雨時(shí)會(huì)不斷變化，表現(xiàn)出地質(zhì)災(zāi)害的基本特征。這種變形破壞的形成速度與巖土微裂縫的密度和氣候條件有關(guān)。特殊巖土體遇水后會(huì)形成非常細(xì)小的顆粒，這些顆粒物易受坡面水侵蝕，不易截留，從而形成淺層蠕變變形破壞。

2.2 滑動(dòng)破壞受結(jié)構(gòu)面控制

該類型滑坡受土壤中緩傾斜的結(jié)構(gòu)面控制，根據(jù)成因可分為兩種類型：①低傾裂縫滑坡。在當(dāng)前大氣環(huán)境中形成的低傾裂縫，埋深3m～12m，發(fā)育最多的為5m～10m；②泥質(zhì)巨型滑坡。該類型滑坡的斷面形態(tài)不再是傳統(tǒng)的圓弧，而是折線，尾緣斷裂面傾角通常大于60度，底部滑動(dòng)面適應(yīng)或跟蹤現(xiàn)有的構(gòu)造面。

構(gòu)造面控制滑坡的內(nèi)在原因是邊坡上存在低傾構(gòu)造面，這是滑坡發(fā)生的必要條件。對(duì)有關(guān)公路段的詳細(xì)地質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)緩傾斜裂縫的接通率大于50%至60%時(shí)，可能會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

3 工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案

3.1 設(shè)計(jì)的困難

巖土工程施工區(qū)域的地形東西傾斜，前緣約890m長，坡軸28m～75m長，面積約39000m2，潛在滑動(dòng)體約39000m2，變形體主要滑動(dòng)方向275。邊坡上存在許多大而平行的水平張拉裂縫。邊坡表面大部分格構(gòu)結(jié)構(gòu)被剪切破壞，使邊坡局部表層巖土發(fā)生滑移。

設(shè)計(jì)難點(diǎn)包括：

（1）邊坡巖體應(yīng)保持一定的含水量，避免不斷的干濕循環(huán)，同時(shí)對(duì)巖體中的裂隙水進(jìn)行排水。防止地表水滲漏。

（2）在高烈度地震條件下。泥巖邊坡最大高度為20m，整體穩(wěn)定性和變形控制困難。

（3）雨季多，巖土體遇水易軟化崩解。因此，對(duì)路基防水排水的設(shè)計(jì)要求非常高。

在自然狀態(tài)下，土體中存在高水平應(yīng)力。測得的水平應(yīng)力可達(dá)到自重應(yīng)力。隨著河道的開挖，土體的卸荷能力增強(qiáng)。在膨脹機(jī)制下，微斜裂縫有滲透的傾向，沿構(gòu)造面剪切位移引起礦物定向和強(qiáng)度衰減。同時(shí)，緩傾斜的構(gòu)造面和頂板坡被拉長，地下水活動(dòng)趨于活躍。

3.2 解決方案

針對(duì)以上困難，遇到特殊巖土體，要加強(qiáng)坡腳和合適的斜率，分析巖土體失穩(wěn)變形機(jī)理。借鑒國內(nèi)外成熟的保護(hù)治理經(jīng)驗(yàn)，充分利用巖石力學(xué)的理論基礎(chǔ)，經(jīng)過反復(fù)論證和優(yōu)化，因地制宜綜合運(yùn)用了分段防護(hù)、半封閉式保濕防滲、加固支護(hù)、截水等多種措施。解決“保濕”與“防滲”的矛盾，制定了先進(jìn)的技術(shù)和合理的經(jīng)濟(jì)。

（1）對(duì)邊坡的半封閉式防護(hù)發(fā)揮“保濕防滲”作用，減輕坡腳壓力。預(yù)防不同深度的巖土體邊坡病害。錨固段埋在完整的基巖中，保護(hù)邊坡，減小膨脹收縮壓力，支護(hù)加固邊坡，防止深度塌陷。此外，還可以提高坡腳和下臺(tái)階應(yīng)力集中引起的滑面抗滑能力，穩(wěn)定坡腳。采用十字形錨桿框架保護(hù)上坡，減小巖石在表面的強(qiáng)度衰減，防止邊坡剝落滑動(dòng)，進(jìn)一步有效防止深層塌陷。

（2）加強(qiáng)防水排水，防止地表水滲漏。采用側(cè)溝、排水溝、坡臺(tái)、樁板墻頂平臺(tái)截流溝截流地表水，并采取措施封堵溝底，結(jié)合半封閉式護(hù)坡，形成完整的防水排水體系。當(dāng)所有的排水管穿過裂縫時(shí)，巖土表面首先需要平整和加固，對(duì)裂縫進(jìn)行開挖回填，從而防止積水在坑內(nèi)堆積，沿裂縫滲漏，以及地表水沖刷邊坡，還可以減少地表裂縫中地表水的灌溉，達(dá)到維護(hù)邊坡平整度和養(yǎng)護(hù)的目的。

4 巖土工程施工中遇到特殊巖土體地段發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的處理方法

特殊巖土體地段失穩(wěn)的內(nèi)在原因是土體的膨脹收縮和低角度結(jié)構(gòu)面坡的分布。誘發(fā)因素有河道卸載、大氣環(huán)境影響、降水入滲或地表水入滲。因此，對(duì)特殊巖土體地段的處理主要從三個(gè)方面著手。

4.1 更換坡面

更換厚度大于0.6m土層可以減少80%的含水率變化。但考慮到現(xiàn)場施工條件、大型施工質(zhì)量因素和坡頂抗?jié)B性，建議對(duì)相同深度的不同類型的巖土體和渠道采用不同厚度處理。非過水?dāng)嗝嬖诮?jīng)過網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等抗沖刷處理后不得更換。為保證替代層在渠道長期運(yùn)行環(huán)境中的保護(hù)作用，替代材料應(yīng)具有良好的水穩(wěn)定性，滲透率應(yīng)當(dāng)較小。

4.2 結(jié)構(gòu)面控制地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的相關(guān)措施

當(dāng)渠道開挖較深且土體為低傾斜結(jié)構(gòu)面時(shí)，應(yīng)采取進(jìn)一步的預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的措施，防止渠道在卸載、降雨或長期渠道滲流的影響下沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動(dòng)。對(duì)于特殊巖土體開挖，卸載對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不可忽視，包括引起裂縫張開、逐漸相交緩傾斜裂縫，結(jié)構(gòu)面會(huì)逐漸滲軟，造成邊坡不可逆、緩慢、持續(xù)的變形。因此，預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生設(shè)計(jì)應(yīng)按照以下原則進(jìn)行。

（1）開挖深度超過6m，邊坡為低角度結(jié)構(gòu)面，容易發(fā)生滑動(dòng)。當(dāng)土壤中鈣質(zhì)結(jié)節(jié)含量超過30%(或鈣質(zhì)結(jié)節(jié)密度超過15/m2)時(shí)，往往難以形成長裂縫。因此，開挖深度大于6m，應(yīng)利用現(xiàn)場地質(zhì)記錄，進(jìn)一步細(xì)化、澄清需要處理的部位。

（2）渠道開挖數(shù)值模擬及邊坡穩(wěn)定性敏感性分析表明，深基坑開挖過程中，邊坡頂部和馬道為拉應(yīng)力區(qū)，樁身位置應(yīng)為各層邊坡高度的1/3。邊坡上存在多個(gè)可控結(jié)構(gòu)面，且存在單段邊坡滑移，可結(jié)合緩坡結(jié)構(gòu)面分布位置適當(dāng)調(diào)整。

（3）坡腳為應(yīng)力集中區(qū)域，對(duì)坡體整體穩(wěn)定性有重要影響。通水段的坡腳齒壁應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和尺寸，以達(dá)到抑制坡腳土壤軟化和為襯板提供支撐的目的。

4.3 防滲排水處理措施

（1）坡頂最易受雨水和地下水入滲，河道開挖深度為10m時(shí)，坡度比為1:2，無平緩坡角結(jié)構(gòu)面分布，坡頂拉伸塑性區(qū)寬度為5m～7m；當(dāng)邊坡為緩坡結(jié)構(gòu)面時(shí)，邊坡頂部受拉塑性區(qū)寬度可達(dá)20m，即：渠道開挖會(huì)增加邊坡頂部土體的透水性。

（2）特殊巖土體的水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變。地下排水溝可布置成“X”形無地面排水溝和地下排水溝，當(dāng)沒有自排水條件時(shí)，處理措施的選擇應(yīng)特別謹(jǐn)慎。目前工程中常用的單向防滲體系實(shí)際應(yīng)用與預(yù)期效果差距較大。主要問題包括當(dāng)河流后退時(shí)，滯后的地下水下降，導(dǎo)致出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害和其他問題。建議采用增加置換厚度方式。

5 結(jié)論

特殊巖土體一直是巖土工程中的一個(gè)難題。結(jié)合實(shí)際情況可以采用上坡和淺層保護(hù)，防止深部塌陷，采用下坡深層防護(hù)，提高邊坡抗滑力，穩(wěn)定坡腳，在邊坡腳下設(shè)置防滑樁，防止發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。