岩土工程施工中地质灾害处理方案研究

2021-01-05陈贵庭

世界有色金属 2021年7期

关键词：坡脚锚索岩土

陈贵庭

（中盐勘察设计院有限公司，湖南长沙 410000）

1 预应力锚索技术

1.1 特殊岩土体的基本特征

特殊岩土体在岩土工程施工过程中会产生较大的塑性变形，从而导致强度降低，根据岩土体的固有特性，随着时间的积累，开始会在中间形成各种裂缝，最终会出现裂缝和膨胀。

1.2 预应力锚索技术在特殊岩土体地段的应用优势

预应力锚索，它包括锚索束体、外锚头和锚孔三个基本部件。在岩土工程边坡处理中，预应力锚索技术具有独特的优势，锚索束在预应力锚索中起着关键作用。采用后张拉预应力可以减少和消除自然力场对工程地质体或结构的危害，同时后张拉预应力可以根据现场需要调整锚索的布置、深度，对加固干扰小，在不破坏岩土稳定性的情况下达到加固的目的，有利于项目的进展；在预应力锚索中使用的预应力筋，只要使用较小的材料截面，就能产生较高的预应力，同时施工周期相对较短[1-3]。

在岩土工程边坡的处理中，预应力锚索技术可以在很多方面保持边坡的稳定，通过钻孔将锚索固定在岩土表面上，相对于岩土工程具有一定的稳定性，减少了边坡坍塌的不稳定因素。在施工过程中，预应力锚索施工材料简单，造价低廉，因此，预应力锚索技术已成为现阶段岩土工程中处理边坡的常用技术。在地基稳定性较强的岩土机理上采用预应力锚索技术，可以保证岩土工程边坡的稳定性和岩土结构的密实度。同时，预应力锚索技术能有效地保证土体和土体的承载力，并能有效地调整支护强度，减轻支护重量。

1.3 预应力锚索技术的主要应用原理及应用价值

预应力锚索技术是基于加固原理实施的。通过对地质体相应部位的加固，可以在岩土工程施工过程中有效地对相应部位进行加固，该施工方法可以利用锚索提高边坡岩体整体强度，也可以减少工程项目投入使用后的坡度下降，保证整体的高坡稳定。

此外，在岩土工程施工中实施预应力锚索技术，能有效防止相应部位地表水渗漏，在一定程度上防止岩土风化剥落，从而有效改善地质体。结合施工项目的要求，施工需要和因地制宜原则，一般采用自上而下的预应力群锚，可有效地降低高边坡对锚索整体强度的影响，它有助于确保锚索的充分功能，并有助于减少路面上的土壤抬升问题。

预应力锚索技术是岩土工程施工中常用的技术之一，其复杂程度高于一般技术。在工程施工中，要充分考虑当地实际情况，科学施工，结合具体施工标准和要求，在充分调查当地实际情况的基础上，科学应用预应力锚索技术，可以有效地促进岩土工程施工的顺利进行。

2 特殊岩土体开挖边坡的变形破坏类型

受岩土矿物组成和结构特征的控制，边坡的破坏主要有浅层蠕变、深层结构面控制滑动破坏和崩塌破坏三种类型，本文主要介绍前两者。

2.1 浅层蠕变变形破坏

对岩土体开挖后暴露在大气中后，会发生脱水、干裂、水胀等变化，造成岩土结构破坏。在暴雨时会不断变化，表现出地质灾害的基本特征。这种变形破坏的形成速度与岩土微裂缝的密度和气候条件有关。特殊岩土体遇水后会形成非常细小的颗粒，这些颗粒物易受坡面水侵蚀，不易截留，从而形成浅层蠕变变形破坏。

2.2 滑动破坏受结构面控制

该类型滑坡受土壤中缓倾斜的结构面控制，根据成因可分为两种类型：①低倾裂缝滑坡。在当前大气环境中形成的低倾裂缝，埋深3m～12m，发育最多的为5m～10m；②泥质巨型滑坡。该类型滑坡的断面形态不再是传统的圆弧，而是折线，尾缘断裂面倾角通常大于60度，底部滑动面适应或跟踪现有的构造面。

构造面控制滑坡的内在原因是边坡上存在低倾构造面，这是滑坡发生的必要条件。对有关公路段的详细地质研究发现，当缓倾斜裂缝的接通率大于50%至60%时，可能会发生地质灾害。

3 工程设计难点及解决方案

3.1 设计的困难

岩土工程施工区域的地形东西倾斜，前缘约890m长，坡轴28m～75m长，面积约39000m2，潜在滑动体约39000m2，变形体主要滑动方向275。边坡上存在许多大而平行的水平张拉裂缝。边坡表面大部分格构结构被剪切破坏，使边坡局部表层岩土发生滑移。

设计难点包括：

（1）边坡岩体应保持一定的含水量，避免不断的干湿循环，同时对岩体中的裂隙水进行排水。防止地表水渗漏。

（2）在高烈度地震条件下。泥岩边坡最大高度为20m，整体稳定性和变形控制困难。

（3）雨季多，岩土体遇水易软化崩解。因此，对路基防水排水的设计要求非常高。

在自然状态下，土体中存在高水平应力。测得的水平应力可达到自重应力。随着河道的开挖，土体的卸荷能力增强。在膨胀机制下，微斜裂缝有渗透的倾向，沿构造面剪切位移引起矿物定向和强度衰减。同时，缓倾斜的构造面和顶板坡被拉长，地下水活动趋于活跃。

3.2 解决方案

针对以上困难，遇到特殊岩土体，要加强坡脚和合适的斜率，分析岩土体失稳变形机理。借鉴国内外成熟的保护治理经验，充分利用岩石力学的理论基础，经过反复论证和优化，因地制宜综合运用了分段防护、半封闭式保湿防渗、加固支护、截水等多种措施。解决“保湿”与“防渗”的矛盾，制定了先进的技术和合理的经济。

（1）对边坡的半封闭式防护发挥“保湿防渗”作用，减轻坡脚压力。预防不同深度的岩土体边坡病害。锚固段埋在完整的基岩中，保护边坡，减小膨胀收缩压力，支护加固边坡，防止深度塌陷。此外，还可以提高坡脚和下台阶应力集中引起的滑面抗滑能力，稳定坡脚。采用十字形锚杆框架保护上坡，减小岩石在表面的强度衰减，防止边坡剥落滑动，进一步有效防止深层塌陷。

（2）加强防水排水，防止地表水渗漏。采用侧沟、排水沟、坡台、桩板墙顶平台截流沟截流地表水，并采取措施封堵沟底，结合半封闭式护坡，形成完整的防水排水体系。当所有的排水管穿过裂缝时，岩土表面首先需要平整和加固，对裂缝进行开挖回填，从而防止积水在坑内堆积，沿裂缝渗漏，以及地表水冲刷边坡，还可以减少地表裂缝中地表水的灌溉，达到维护边坡平整度和养护的目的。

4 岩土工程施工中遇到特殊岩土体地段发生地质灾害的处理方法

特殊岩土体地段失稳的内在原因是土体的膨胀收缩和低角度结构面坡的分布。诱发因素有河道卸载、大气环境影响、降水入渗或地表水入渗。因此，对特殊岩土体地段的处理主要从三个方面着手。

4.1 更换坡面

更换厚度大于0.6m土层可以减少80%的含水率变化。但考虑到现场施工条件、大型施工质量因素和坡顶抗渗性，建议对相同深度的不同类型的岩土体和渠道采用不同厚度处理。非过水断面在经过网格结构等抗冲刷处理后不得更换。为保证替代层在渠道长期运行环境中的保护作用，替代材料应具有良好的水稳定性，渗透率应当较小。

4.2 结构面控制地质灾害发生的相关措施

当渠道开挖较深且土体为低倾斜结构面时，应采取进一步的预防地质灾害发生的措施，防止渠道在卸载、降雨或长期渠道渗流的影响下沿结构面发生滑动。对于特殊岩土体开挖，卸载对边坡稳定性的影响不可忽视，包括引起裂缝张开、逐渐相交缓倾斜裂缝，结构面会逐渐渗软，造成边坡不可逆、缓慢、持续的变形。因此，预防地质灾害发生设计应按照以下原则进行。

（1）开挖深度超过6m，边坡为低角度结构面，容易发生滑动。当土壤中钙质结节含量超过30%(或钙质结节密度超过15/m2)时，往往难以形成长裂缝。因此，开挖深度大于6m，应利用现场地质记录，进一步细化、澄清需要处理的部位。

（2）渠道开挖数值模拟及边坡稳定性敏感性分析表明，深基坑开挖过程中，边坡顶部和马道为拉应力区，桩身位置应为各层边坡高度的1/3。边坡上存在多个可控结构面，且存在单段边坡滑移，可结合缓坡结构面分布位置适当调整。

（3）坡脚为应力集中区域，对坡体整体稳定性有重要影响。通水段的坡脚齿壁应具有足够的强度和尺寸，以达到抑制坡脚土壤软化和为衬板提供支撑的目的。