邵阳县滑五坡中体教的学治楼理
2012-08-15张文兴
张文兴
（邵阳市水利水电勘测设计院 邵阳市 422000）
1 工程概况
邵阳县第五中学位于邵阳县黄亭市镇，距县城塘渡口镇22 km。学校创办于20世纪50年代初，占地 3.33 hm2（50 亩），建筑面积 7 200 m2，是黄亭市镇学区普及九年义务教育的骨干学校。由于邵阳县第五中学的教学楼和学生宿舍楼限于当时校址现状，从而修建于山脚下，呈“一”字排开，长约150 m。2002年8月16～22日邵阳县境内普降暴雨，引起教学楼、宿舍楼背后山体滑坡，裂缝长度达170 m，宽（0.5～2）cm，原浆砌石挡土墙严重倾斜，直接威胁教学楼、宿舍楼的安全，原居住的68位教师及家属共225人全部撤出，有家不能归。且正值开学之时，1 800名学生不能够进校上课，给社会带来了严重的不稳定因素。为了保证学校的安全，需对教学楼、宿舍楼背后山体进行加固处理，考虑按治理滑坡体所采用的工程措施进行整治设计。
2 地质与地貌
该校址为低山丘陵谷地，斜坡后部为长距离伸展的山腰，坡度平缓，山体雄厚，稳定，再后则是山峰。斜坡前面是谷地，修建有教学楼、宿舍楼等建筑物。斜坡上部建有学生食堂等建筑物。斜坡为土坡，为第四系残坡积黄色粘土，粉质粘土，质纯，较密实，土层深厚，厚度约（8～15）m，无基岩出露。斜坡上生长有菜苗，杂草等，植被不茂盛。下伏基岩为灰岩。
3 滑坡成因分析
根据现场地质测绘了解，产生滑坡的原因主要为：
（1）教学楼、宿舍楼后斜坡为人工开挖的直立陡坡，高度为（7～10）m，斜坡坡度太陡，坡角约 20°～30°，范围约150 m×15 m，因重力而形成的下滑力较大，人工开挖坡脚为滑坡提供了临空空间，恶化了边坡的稳定条件。
（2）学校食堂废水随意排放，使得废水渗入到斜坡土体中，在废水长期浸泡下土体的力学指标，如内摩擦角和凝聚力均会降低，使土体容易产生剪切破坏。
（3）该斜坡体经过2002年8月16～22号的持续降大雨后，增大了土体的重量，加大了下滑力，降低了土的抗剪强度，从而降低了抗滑力，且斜坡上建有食堂等建筑物，增大了下滑力。
综合分析上述滑坡原因可知：陡坡上食堂废水随意排放使得土体力学指标降低是产生滑坡的内在因素；加上连续降雨、人工开挖坡脚形成的临空为产生滑坡的外在因素，因而造成严重滑坡。从滑坡特征来看，该滑坡属浅层性牵引滑坡，其深度估计为6～8 m，滑动面不切脚，教学楼及宿舍楼基础不受滑动面的影响。
4 滑坡治理设计
4.1 设计参数选定
依据现场测绘的滑面地质剖面图及地形图，计算确定滑床的深度和倾角。通过地质勘探，探明了滑坡的滑动性质、滑动面的倾角、滑坡的主轴方向并绘制出滑坡的地质剖面图。考虑影响滑坡稳定的各种因素后，选取计算参数如下：
（1） 滑面摩擦角 φ=5.5°;
（2） 凝聚力c=0.006 MPa;
（3）安全系数K=1.25;
（4） 土体湿重度 γ=20.5 kN/m3。
滑坡体在雨水或库水的浸泡下，水充满裂隙，产生滑动，需考虑裂隙水压力，其安全系数Kc用下面公式计算：
式中h——滑坡铅直厚度（m）；
l——滑面分段长度（m）；
a——滑面倾角；
yw——水的重度；
0.5ywh——裂隙水压力；
tgφ——滑面摩擦系数；
c——滑面凝聚力。
4.2 滑坡体推力计算
在进行推力计算时，将滑坡体沿滑动主轴方向取1 m宽的单位土条进行受力分析。根据滑坡体的地质剖面图，从滑坡体的后沿起，沿着主轴方向，把滑动土体分成8段条块，分别计算出每条块的土体重量、滑面长度、滑面与水平面的交角等参数，用推力公式从最上面的一条块开始计算其下滑力（即推力），把此力作为下一条块的推力来计算该条块的下滑力，这样从上而下依次进行计算，直至最下面的一条块为止。所用推力公式如下：
式中Ei——第I条块土体的剩余下滑力（即推力）；
K——安全系数，取K=1.25；
Wi——第i条块土体的重量；
ai——第i条块土体滑面与水平面的夹角；
ai-1——第i-1条块（即上一条块）土体滑面与水平面的夹角；
f——摩擦系数，取f=tg5.5°=0.096；
c——凝聚力，取c=0.006 MPa；
Ei-1——第i-1条块（即上一条块）土体下滑力。
计算推力时分两种情况：即无挡土墙（即自然状态下）和设挡土墙，根据推力作挡土墙结构计算。
4.3 治理措施及工程布置
根据推力计算成果，结合现场的地形地貌情况，采取综合治理的办法。具体措施包括：减载、支挡、坡面保护等（图1）。
图1 滑坡体挡土墙、护坡平面布置图
（1）减载：在高程304 m以上按1∶1.5坡度削坡，把土运走，以减少土体的重量。
（2）支挡：以推力计算成果看，在坡脚处布置M 7.5浆砌石挡土墙用以支挡剩余滑坡推力，以支挡后沿土坡土体。
（3）坡面保护：挡土墙施工完成后，进行坡面平整碾压，在高程304.0 m以上采用草皮护坡，以防止雨水冲刷（图2）。
图2 滑坡体挡土墙、护坡剖面图
4.4 挡土墙结构设计
根据地形地质条件以及原浆砌石可拆除利用，本次设计采用M 7.5浆砌石挡土墙。
（1）挡土墙稳定应力计算。
本工程不考虑地震设防，因此，只按正常情况计算。
挡土墙的抗滑稳定安全系数按下式计算：
式中Kc——抗滑稳定安全系数；
ΣG——作用于墙体全部垂直力的总和（kN）；
ΣP——作用于墙体的全部水平力的总和（kN）；
f——底板与地基摩擦系数。
挡土墙的抗倾稳定性按下式计算：
式中K0——抗倾稳定安全系数；
ΣMy——抗倾力矩（kN·m）；
ΣMc——倾覆力矩（kN·m）。
挡土墙基底应力按下式计算：
ΣG——垂直荷载（kN）；
B——单位长挡土墙（m）；e0——垂直荷载作用点与底板中心偏心矩（m）。
（2）细部设计。
a、伸缩缝设计。
挡土墙每隔15 m设一道伸缩缝，缝宽2 cm，缝内嵌沥青杉板。
b、排水管设计。
挡土墙每隔3 m设一根排水管，排水管出口距墙顶3 m，以1∶5坡比放置；排水管采用Φ50的PVC管，排水管进口处设砂卵石反滤层，以防土粒被带走。
设计图见图3。
图3 挡土墙结构详图
5 工程施工
治理滑坡体的施工程序为：首先对食堂废水进行改道，在坡面上覆盖塑料薄膜等，防止坡面积水并渗入滑坡体；接着进行挡土墙的施工；然后开始挖除滑坡体按设计坡度对坡面进行整平、铺草。
6 结语
该项工程于2002年9月完成并投入运行，结构稳定性达到设计要求。从挡土墙近几年观测结果表明，其水平位移和垂直位移均在允许范围之内，达到了控制土体下滑位移的目的。
