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通山滑坡设计-文字.doc

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通山 滑坡 设计 文字
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目 录1 前 言 ...................................................................................................................................................................................................................................................................................22 自然地质环境条件 ...............................................................................................................................................................................................................................................................33 工程地质与水文地质条件 ...................................................................................................................................................................................................................................................44 滑坡稳定性评价 ...................................................................................................................................................................................................................................................................55 滑坡治理工程设计 ...............................................................................................................................................................................................................................................................66 费用预算 .............................................................................................................................................................................................................................................................................117 监测工程设计 .....................................................................................................................................................................................................................................................................118 施工工序和注意事项 .........................................................................................................................................................................................................................................................12附件 1 *县职教中心后山滑坡治理设计计算书附件 2 *县职教中心后山滑坡治理设计图纸滑坡周边环境图(图纸编号:01)治理分区及工程布置图(图纸编号:02)Ⅰ区支护剖面图(图纸编号:03)Ⅱ区支护剖面图(图纸编号:04)微型桩平面布置图、剖面图、微型桩与连系梁连接图(图纸编号:05)锚杆与连系梁连接图、格构配筋图、锚杆与格构连接图(图纸编号:06)排水管、截水沟大样图(图纸编号:07)坡面位移监测点布置图(图纸编号:08)*县职教中心后山滑坡治理设计1 前 言1.1 任务由来2004 年 7 月 2 日,*县职教中心后山南坡土体出现开裂,下部五层住宅楼后混凝土地面产生鼓胀变形,挡土墙裂开并向外错动。险情发生后,引起了职教中心及县政府的高度重视,立即组织实施了抢险,主要采取了两项措施:①滑坡体范围全部用防水彩条布遮盖,避免雨水渗入滑体内;②临空面坡脚采用回填土反压。7 月 6 日,滑移变形体已基本得到控制,7 月 12 日至 7 月 27 日,五层楼后侧挡土墙向外错动了 3mm,说明滑体仍在发生缓慢蠕动变形。尽管该滑坡在临时抢险措施下险情已基本得到控制,但如不进行根本治理,今后在雨季仍有失稳的可能。受县抢险指挥部和职教中心委托,中国科学院武汉岩土力学研究所承担了该滑坡的治理设计任务。1.2 工程概况滑坡位于*县职教中心后山,东西两侧为民居,紧邻滑体前缘为一栋五层教师住宅楼,沿主滑方向南约 30m,为职教中心教学大楼,在滑体后 20m 山坡上还有一条 110KV 高压线路及铁塔。另外,滑体周边现有在校学生 1700 余人,教职员工 130 人,周边居民住户 22 人。一旦滑坡失稳,将对教职员工、学生及周边居民生命财产构成严重威胁,危及高压线路与铁塔的安全与稳定,后果严重。该滑坡产生滑动变形后,坡面出现了大量破裂裂隙,后缘最大裂缝宽 20cm,长 12m,垂直位移 40cm,各裂缝断断续续呈扇形分布;前缘临空面出现几条垂直裂缝,五层住宅楼后挡土墙已经破裂,局部已经向外错动 3~4cm,由于挤压作用,挡土墙与住宅楼之间水泥地面鼓胀隆起近 20cm。据调查该部位历史上曾两次产生滑动变形,此次滑坡不但诱发了老滑坡复活,而且扩大了滑坡范围,形成了一个更大范围的滑坡体。根据滑坡变形程度,本滑坡体可分为西部主滑坡段和东部次滑坡段。主滑坡段位于五层住宅楼后,为历史滑移变形叠加部位,该滑坡段土体结构破碎,扰动强烈;次滑坡段位于临空面后,土体内裂隙发育,土体扰动不强烈,结构较完整,为一新滑坡体。2 自然地质环境条件2.1 地理位置*县隶属咸宁市管辖,县城城区呈东西向长条形,距咸宁市公路 37km,至武汉市 128km,皆有省道与国道相通,交通便利。2.2 气象与水文*县城区属北亚热带气候区,四季分明,具有空气湿润、雨量充沛,少冰雪严寒等特点。多年平均气温 16℃,一月(最冷月)平均气温 4℃,绝对最低气温-13℃,7 月(最热月)平均气温 29℃,绝对最高气温达 40℃。相对湿度66~81%,常年主导风向为东南。多年平均降雨量 1285mm。年最大降雨量主要集中在春夏(其中 2003 年 4 月最大月降雨量为 320.4mm,2004 年 6 月降雨量达334mm) 。由于地处鄂南暴雨中心,降雨具有集中、强度大的特点,每年 4~9 月为雨季,其降雨量占全年的 75%,7 月初为每年的梅雨季节,多阵雨和暴雨,一小时最大降雨量可达 50mm。特殊的气象条件是诱发各种地质灾害的重要因素。2.3 地震根据国家地震局《中国地震烈度区划图》 (1990 年出版) ,*县城区属无震中分布、地震烈度低于Ⅵ度的非地震危害区。2.4 地质构造滑坡所在区域位于*向斜北翼,岩层倒转,倾向近北,倾角 40°~90°。区内无较大规模的断裂构造穿过。3 工程地质与水文地质条件3.1 地形地貌滑坡位于城区西部,属剥蚀残丘地貌,区后山山顶海拔 183.5m,坡脚海拔77m,最大相对高差 106.5m。勘察区南部为校区,房屋密集,地势相对较缓,房屋后多为 1~3m 高人工陡坎,平均坡度 10°~15°;学校后山前部坡度相对较缓,后部相对较陡,总体坡度 15°~35°。3.2 地层岩性滑动区范围内基本全为第四系残坡积松散土层覆盖,土层厚度 5.5~20.5m,下伏志留系上统茅山组石英细砂岩、粉砂岩与石炭系中统黄龙组灰岩,各岩性特征如下:1)第四系残坡积松散土层,从上到下分为三层:第一层为粉质粘土:该层主要呈褐黄色、黄色、黄褐色,以粉质粘土为主,结构松散,可塑,主要为下部残积粘土层进一步风化而成,局部有少量坡积物,该层厚 1.0~5.5m,在滑坡体后缘较薄,前缘相对较厚。第二层为砂砾质粘土:该层结构密实,硬塑,具网纹结构,网纹内主要充填黄色或白色高岭土,可见紫黑色铁锰质浸染,层厚 1.5~7.3m。第三层为含砂砾粘土,主要为紫红色、砖红色,粘土成分相对较高,软塑,局部可塑,厚度 1.6~9.1m。2)志留系上统茅山组:紫红色中厚至厚层石英细砂岩、粉砂岩,砂质结构,层状构造,主要成分为石英,具较好的分选性,硅质胶结。上部为强风化,破碎程度较高;下部为中风化,岩石较完整,呈灰褐色,结构致密坚硬。3)石炭系中统黄龙组:灰白色至深灰色灰岩,微风化,粉晶结构,块状厚层状构造,岩石较完整,局部节理裂隙发育,主要为方解石充填。根据勘察报告,滑坡各土层的物理力学指标见表 1。表 1 土层物理力学性质指标表抗剪强度含水量 重度 孔隙比 液限 塑限 内摩擦角 粘聚力压缩模量压缩系数w γ e ω l ω p φ C Es a0.1-0.2土层名称 密实或状态% kN/m3 % % ° kPa MPa Mpa-1粉质粘土 松散,可塑 20.5 19.1 0.726 32.1 20.1 27.2 32.1 7.3 0.29砂砾质粘土 密实,硬塑 21.5 19.2 0.719 46.0 26.0 27.0 22.4 6.6 0.28含砂砾粘土 软塑 36.6 17.8 1.077 60.4 35.1 18.4 18.8 10.3 0.213.3 水文地质条件3.3.1 地下水滑坡内地下水均为潜水,埋藏较浅,多在 4.5~13.9m。滑坡周边无地表水系,滑坡内地下水主要由后缘基岩裂隙水及降水补给。地下水按赋存状态分为三类:碳酸岩岩溶水、碎屑岩裂隙水和第四系松散层孔隙水。1) 碳酸岩岩溶水岩溶水多由降雨下渗、地表裂隙水及地下暗河补给。2) 碎屑岩裂隙水碎屑岩裂隙水主要受降雨的影响,水量一般很小。3) 第四系松散层孔隙水本滑坡区地表全由第四系松散层覆盖,由粉质粘土、砂砾质粘土和少量碎石土组成,滑体内土体结构松散,裂隙发育,破碎程度较高,透水性很强,孔隙水主要受大气降水补给,一部分渗入地下基岩岩溶水,一部分顺坡向渗流。3.3.2 水质分析通过水质分析,本区地下水对钢筋及混凝土结构均无腐蚀性。3.3.3 土体透水性ZK4、 ZK5、ZK7 钻孔现场注水试验表明:土体内裂隙极其发育,结构破碎程度很高,透水性很强。4 滑坡稳定性评价4.1 滑坡形态特征滑坡所在山体地形较陡,滑坡体后缘上部坡度 35°,滑体前缘坡度 15~20°,由于人工开挖建筑场地,在滑坡体前缘形成了多级人工开挖陡坎,坎高 1~4m。总体地形为高临空面及坡上部斜坡地形。滑坡体东西长约 120m,南北宽 55m,分布面积 6600m2,厚 5.5~15.3m,平均约 9.8m,沿山坡呈扇形分布,全部为第四系残坡积土体,估计方量约 7 万方。滑体最后缘海拔 121m,土体较薄(约 5.5m) ,下伏志留系石英细砂岩;滑体最前缘海拔 90.8m,土体较厚(11~20.2m) ,下伏石炭系灰岩。滑坡区山体表面坡度24°~46°,总体呈楔形向南倾伏。4.2 滑坡地质结构特征根据现场调查和勘察报告,滑坡结构面根据其物质组成、力学性状可分为三类:滑坡土体裂隙结构面、基岩不整合接触面和土体与基岩接触面附近滑动带。1) 滑坡土体裂隙结构面基本特征滑坡内裂隙结构面主要有北东、北西和东西向三组。其中,北东向裂隙结构面控制着滑体西侧边界,北西向裂隙结构面控制着滑体东侧边界,东西向张拉结构面控制着滑体后缘范围,致使滑体在坡面上呈扇形分布。2) 基岩不整合接触面根据勘察报告,滑坡体下伏基岩为志留系上统茅山组红色石英细砂岩和石炭系中统黄龙组粉晶灰岩,岩层为平行不整合接触。3) 土体与基岩接触面附近滑动带根据钻探资料,滑带位于基岩与土体接触面附近,一般沿基岩接触面滑动。在滑体后缘表现为张裂破碎,土体结构松散,可塑-软塑;前缘表现为扰动强烈,滑动带厚 0.9-4.1m,在可塑部位有滑动镜面与擦痕等微构造。在滑体西部主滑段上,滑带土体扰动强烈,滑移摩擦镜面及蠕动变形迹象极其发育;在滑体东部次滑段,接触面附近土体扰动较弱,破碎现象明显,但滑带厚度不大,一般小于 1m,局部可见揉皱及滑动镜面。4.3 滑坡失稳破坏类型根据钻探结果,滑体后缘土体较薄,下伏基岩为细砂岩,滑体前缘土体较厚,下伏基岩为灰岩,基岩坡面较陡,坡度呈 24°~46°。因此滑体主要在自重力作用下沿基岩接触面滑移。由于滑体为土体,滑动面强度主要受土体的粘聚力和摩擦力控制。所以假定滑坡失稳破坏模式为:滑体后缘受张拉应力作用,在滑体内形成张拉裂隙面,滑体中部沿基岩接触面滑移,滑体前缘在土体内形成挤压剪切滑动面。4.4 滑坡稳定性评价在应急措施下,目前滑坡体中部和东部土体在天然状态下处于基本稳定和临界稳定状态,如果没有外在建(构)筑物的阻挡作用,滑坡体西侧土体还处于不稳定状态,正是有建筑物的阻挡和反压,它才基本稳定,事实上,5 层楼房后混凝土地面鼓胀还在继续,挡土墙裂缝还有增大的趋势,表明滑坡体仍处于欠稳定状态。今后在持续暴雨条件下,整个滑坡体仍将处在极不稳定状态,如果不加紧治理危害性很大。5 滑坡治理工程设计5.1 设计依据该滑坡防治的目的是:保障该滑坡的整体稳定,保障周边建(构)筑物以及人员生命财产安全,设计依据如下:1) 《*县职教中心后山滑坡工程地质勘察报告》 湖北省第四地质大队 2004年 7 月2) 《地质灾害防治条例》国土资源部 2004 年 11 月3) 《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)4) 《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)5) 《建筑边坡工程技术规范》 (GB50330-2002)6) 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GBJ86-85)7) 《土层锚杆设计与施工规范》 (CECS 22:90)5.2 设计标准本滑坡周边环境复杂,一旦失稳,后果严重。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330 -2002) ,滑坡属于Ⅱ级,参照《湖北省三峡库区滑坡防治地质勘察与治理技术规定》 ,安全系数取 1.15~1.20。考虑本滑坡体的实际情况,拟定本滑坡安全系数如下表。表 2 滑坡稳定性分析安全系数工况类别 荷载组合 安全系数工况一 一般气候条件+土体自重 1.20工况二 暴雨或久雨条件+土体自重 1.155.3 滑坡治理设计计算5.3.1 斜坡稳定性分析计算方法斜坡稳定性分析采用极限平衡法,采用传递系数法分别计算各断面的剩余下滑推力及稳定系数;由于该滑坡属于土质滑坡,主要沿基岩接触面滑动,滑动面非圆弧滑动面,同时还采用简布法(Janbu )和摩根斯坦- 普赖斯法(M-P)进行分析,以资比较校核。因为滑体后缘土层较厚,为避免加固后的滑坡的稳定性安全系数只限于局部滑裂面,所以,对加固滑坡采用折线滑动面和圆弧滑动面进行计算。5.3.2 计算软件理正边坡稳定性分析软件(用于计算分析) ;Geoslope(用于对比、校核) 。5.3.3 治理分区根据滑坡地层条件、地形条件和周边环境的不同,整个滑坡体分两个区域分别进行治理,五层住宅楼后为Ⅰ区,临空面后为Ⅱ区。5.3.4 计算条件1) 水对边坡稳定性影响的考虑计算时考虑了久雨或暴雨条件引起地下水位提高的影响。2) 地震力对边坡稳定性影响的考虑本区地震基本烈度<Ⅵ度。按《建筑抗震设计规范》 (GB50011—200)的规定,计算时地震力对滑坡的影响不予考虑。3) 假定滑移面的考虑根据钻探资料和实地调查,发现Ⅰ区滑移面上部位于粉质粘土中,中部沿基岩接触面,底部穿过挡墙(位于五层楼后)后出露;Ⅱ区滑移面上部位于粉质粘土中,中部沿基岩接触面,底部穿过临空面后出露。采用理正软件进行计算时,按堪察报告提供的滑动面进行指定滑动面的滑坡稳定性分析。5.3.5 设计工况设计工况:由于本滑坡土体破碎,受降雨影响较大,设计时按一般气候条件和暴雨条件进行考虑。工况 1:一般气象条件,地下水位以上土体处于非饱和状态;工况 2:暴雨或久雨条件,边坡土体按全部饱和考虑。5.3.6 设计参数的选取土体重度:根据勘察报告,粉质粘土取 19.1kN/m3,砂砾质粘土取19.2kN/m3,含砂砾粘土取 17.8kN/m3。勘察报告提供了滑坡各土层的总应力抗剪强度指标,而未给有效应力指标,为获得有效应力指标,参考勘察报告结合反演方法(取安全系数为 0.95~1.0) ,进行综合分析,取得了土层有效应力抗剪强度参数见表 3。表 3 土体抗剪强度参数总应力分析法 有效应力分析法土层名称内摩擦角(°) 内聚力(kpa) 内摩擦角(°) 内聚力(kpa)粉质粘土 20 25 25 15砂砾质粘土 18 15 25 10含砂砾粘土 12 15 22 7说明:理正软件:工况 1、2 稳定性分析均采用总应力法,采用总应力强度指标;Geoslope 软件:工况 1、 2 稳定性分析采用有效应力法,采用有效应力强度指标。锚杆与土层之间的摩阻力:粉质粘土取 30kPa,砂砾质粘土取 34kPa,含砂砾粘土取 30kPa,岩石取 400kPa。5.4 治理方案的比选滑坡治理有多种措施可供选择:1) 削坡减载削坡减载,改变斜坡形态,可以减小坡脚的下滑力,有利于边坡稳定;2) 锚固通过施工锚杆,锚固段位于稳定土层(岩层)中可以抵消部分或全部下滑力来保证边坡稳定。锚杆注浆不仅提供锚固力和增强岩土体强度和抵抗变形能力,而且减小孔隙水压力入渗带来的不利影响。3) 抗滑桩抗滑桩属于被动支护,通过在坡脚或边坡中部设置单排或多排抗滑桩,可以平衡滑坡下滑力,保证边坡稳定。通过分析,治理本滑坡有三种方案可供选择:方案一:双排抗滑桩(见图 1)第一排抗滑桩位于坡脚,桩型尺寸 1.5m×2.0m,间距 4m,桩长 12m~16m;第二排抗滑桩位于滑坡中部,高程 100m 左右,桩长 10~16m 。图 1 方案一简图方案二:一排抗滑桩+锚杆(见图 2)抗滑桩设置于坡脚,桩型尺寸 1.5m×2.0m,间距 4m,桩长 12m~16m;在Ⅰ区布置 6~8 排锚杆,Ⅱ区布置 3~5 排锚杆,锚杆长度约 15m,行距与排距均为 3.6m。方案三:削坡减载+双排微型桩+锚杆(见图 3)首先对滑坡进行削坡减载,减小下滑力。随后在Ⅰ区坡脚布置双排微型桩,间距 1.2m,呈梅花形布置,并布置 8~10 排锚杆加固滑坡;Ⅱ区滑坡只布置4~6 排锚杆,锚杆长度约 15m,行距与排距均为 3.6m。图 2 方案二简图图 3 方案三简图表 3 给出了上述三个方案的比较结果。表 3 滑坡治理方案比较方 案 施工难易程度 总造价 工期方案一由于施工场地不便,大型机械无法进入,抗滑桩只能采用人工挖孔桩,本滑坡仍处于缓慢变形阶段,人工作业十分危险。约 200 万元 3-4 个月方案二 抗滑桩安全施工难度大,但锚杆易于施工。 约 180 万元 2-3 个月方案三 微型桩采用钻机成孔,孔中插工字钢,并填碎石注浆,易于施工。锚杆施工方便。 约 160 万元 约 2 个月从表 3 可以看出,方案 3 是切实可行的。5.5 滑坡治理设计本报告对于勘察报告所给出的四个地质剖面进行了边坡稳定性分析,采用传递系数法分别计算了各断面的剩余下滑力,其成果列于下表,详细成果见附录1(计算书) 。表 4 边坡稳定性分析成果汇总表既有边坡 加固边坡计算剖面 稳定性系数 剩余下滑力 (kN) 加固措施 稳定性系数工况一 1.015 1.64Ⅰ-Ⅰ工况二 0.851 250.88 1.24工况一 1.160 1.24Ⅱ-Ⅱ工况二 0.723 1047.47削坡减载微型桩 2 排锚杆 10 排1.22工况一 1.000 1.31Ⅲ-Ⅲ工况二 0.572 2742.26 1.31工况一 1.220 1.50Ⅳ-Ⅳ工况二 0.690 1735.06削坡减载锚杆 5 排1.50注:采用理正边坡稳定性分析软件、Geoslope 计算结果详见附录 1。综合勘察报告和本报告成果,滑坡体在自然状态下处于欠稳定状态,在持续暴雨或久雨条件下,滑坡体处于极不稳定状态,必须加紧治理。采用本报告提出的分区治理方法可以根治本滑坡。5.5.1 抗滑措施Ⅰ区:对坡面进行削坡减载,利用钻孔锚杆和混凝土格构进行加固。坡脚用双排微型桩对坡脚进行加固。锚杆孔径 φ130,杆芯材料采用 φ28 钢筋,长 15m,共计 81 根,注浆材料为纯水泥浆,水灰比为 0.45-0.50 左右,水泥采用 p.s32.5 普通硅酸盐水泥。锚杆通过混凝土格构连在一起,成为一个整体,以增加整体稳定性,格构尺寸为 0.3m×0.3m,纵筋采用 4φ18 钢筋考箍筋为 φ8@200,砼 C20。微型桩按双排梅花型布置,每排 30 根,长 12m,间距 1.2m,成孔 φ200,将12.6#工字钢作为骨架,填充碎石并注入水泥浆。微型桩通过联系梁连在一起,增加整体稳定性。连系梁尺寸为 700×250,砼C20。两种工况下斜坡稳定性安全系数均满足要求,详细请查阅计算书。Ⅱ区:对坡面进行削坡减载,减小下滑力,利用钻孔锚杆和混凝土格构进行加固。锚杆孔径 φ130,杆芯材料采用 φ28 螺纹钢,长 12m,共计 77 根,注浆材料为纯水泥浆,水灰比为 0.45-0.50 左右,水泥为 p.s32.5 普通硅酸盐水泥,并施工坡顶截水沟防止雨水入渗。混凝土格构尺寸与配筋同Ⅰ区。两种工况下斜坡稳定性安全系数均满足要求,详细请查阅计算书。5.5.2 截排水措施截水沟应与加固区两侧水沟相连,应与已有排水系统连通,以及时将上部雨水排出场地。为将渗入土体的水引导出边坡土体,在Ⅰ区设置 3 排排水管,Ⅱ区 2 排排水管,排水管开孔直径 φ100mm ,长 15m,上倾 5°,间距 3.6m。截水沟采用 M3.6 浆砌片石砌筑,梯形截面, (顶宽 1.4m,底宽 0.5m,高0.6m) 。按规范要求,截水沟的顶面高度应高于设计水位 0.1-0.2m,现截水沟顶面高度取高于设计水位 0.1m,过水面积为 、湿周 、水力半径 分别为APR2220.57.04375Abhmm11..1Ph43..R最小纵坡坡率 12%,流速系数 1.503246.80.ycRn流速 10.6/vcims通过流量 34QA顶部会水面积 ,降雨强度系数2.Fk50/qmh设计流量为 31671.4/qs可知,截水沟通过流量大于设计流量,符合设计要求。6 费用预算表 5 费用预算表序号 项目 计量单位 工作量 单价 合计(元)1 锚杆 m 2755 230 633650.00 2 微型桩 m 744 310 230640.00 3 排水孔 m 1004 125 125500.00 4 钢筋混凝土格构 m3 360 520 187200.00 5 土方 m3 10000 12 120000.00 6 截排水沟 250 180 45000.00 7 挡墙修复 150 160 24000.00 8 坡面整理 m2 3400 5 17000.00 9 小计 1382990.00 10 监测费 36000.00 11 设计费 110639.20 12 税金 5%×(⑼+⑽+⑾) 74681.46 合计 1604310.66 7 监测工程设计该滑坡体尽管目前已处于基本稳定状态,但滑坡体有可能进一步变形。为了保证施工安全以及评价滑坡体整治效果,必须对该整治工程进行监测。7.1 监测目的及原则本滑坡监测的目的是保证施工安全,为滑坡体整治工程动态设计和优化设计提供科学依据,评价整治效果。滑坡的监测遵循原则如下:1) 可靠性原则;2) 多层次、多手段和立体监测;3) 根据地质情况,关键部位重点监测;4) 高效的信息反馈原则。7.2 监测内容7.2.1 坡面位移监测滑坡体坡面位移监测是为了了解滑体地表水平位移和沉降情况以及滑体滑动方向。监测仪器采用高精度电子全站仪或经纬仪与水准仪。根据规范和本滑坡安全设防要求,本滑坡变形监测等级选定为二等,其具体要求参见《工程测量规范》(GB50026 -93) 。
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