石樓縣武裝部黃土崩塌地質災害發育特征及防治

王 卉

(山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中 030620)

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石樓縣武裝部黃土崩塌地質災害發育特征及防治

王 卉

(山西省第三地質工程勘察院，山西 晉中 030620)

簡要闡述了呂梁市石樓縣武裝部黃土崩塌地質災害發育特征及成因，對崩塌體進行了半定量、定量穩定性分析計算，針對黃土崩塌的特征，采取了漿砌石護面墻、錨索(桿)格構、截排水等工程措施，為治理工程施工提供技術依據。

黃土崩塌，錨索，錨桿，護面墻

石樓縣地處呂梁地區黃土丘陵溝壑區，高陡黃土邊坡隨處可見，是地質災害最為嚴重的地區之一，石樓縣武裝部崩塌位于石樓縣舊城的北部，屈產河的左岸，屬黃土臺塬地貌，塬面高出河床40 m～50 m。自1995年以來，相繼發生過多次崩塌，造成40多間居民房屋被毀，目前威脅武裝部家屬區、城關小學、環保局、廣電局宿舍、財政局宿舍和舊法院宿舍等，共400多戶居民。

1 地質災害發育特征

崩塌體為屈產河的岸坡，由于河水在此處彎曲為“S”形，受河水的側向掏蝕，形成高40 m～45 m，坡度60°～80°，局部近直立的高陡邊坡(見圖1)，規模為10×104m3，規模屬“大型”，崩塌體巖性為第四系上更新統馬蘭黃土(Q3m)，上部為粉土，厚度約26 m，含水量10.68%；密度1.69 g/cm3；粘聚力41.9 kPa,內摩擦角29.5°，自重濕陷系數0.027 1，為中等自重濕陷性黃土，質地較疏松、均勻，具大孔隙，垂直節理發育，遇水強度顯著降低，崩塌主要發生在此地層中。下部為卵石層，厚約10 m，分布連續穩定。坡腳底部堆積全新統崩積物。

2 崩塌成因分析

從上更新世以來，該地區一直處于地質運動上升期，因此形成河流深切、兩岸近直立的地貌形態，使坡體處于臨空狀態；坡頂建筑物密集，緊靠邊緣，建筑物的加載作用，使土體承載的壓力增大；居民生活用水直接排向坡體，對坡體侵蝕和沖刷，坡體巖性為馬蘭黃土，垂直節理裂隙發育，遇水抗剪強度顯著降低；當遇到強降雨或春季冰雪消融時，土體結構強度降低，極易發生崩塌，綜合分析，地貌形態、工程地質性質是崩塌發生的內在因素，地表水和污水入滲侵蝕、建筑物加載是崩塌發生的重要誘發條件。因此，石樓縣崩塌災害必須綜合治理，才能取得較好的治理效果。

3 邊坡穩定性分析

3.1 半定量分析

崩塌的破壞形式為錯斷式崩塌，可按圖2進行分析，土體在自重W作用下，與垂直方向成45°的EC方向上將產生最大剪應力。若CD高為h，AD寬為a，土體重度為γ,則巖體ABCD重量為a(h-a/2)γ；在土體截面EC面上的最大剪應力τ最大=(h-a/2)γ/2。故土體的穩定系數FS可用土體的允許抗剪強度[τ]與最大剪應力τ最大比值來計算。

[τ]=c+σtanφ。

經計算，當垂直節理裂隙發育深度大于5.5m時，穩定系數小于1.0，即處于不穩定狀態。根據調查，裂隙發育深度一般2m～5.5m，崩塌目前處于欠穩定狀態；在受降雨及凍融等外部因素影響下極易發生崩塌。

3.2 定量計算

采用理正巖土軟件5.5中的邊坡穩定分析模塊，圓弧滑動法計算邊坡的穩定性，計算參數取值見表1，選取崩塌中部斷面，對邊坡體在工況一(自重)、工況二(自重+暴雨)、工況三(自重+地震)三種工況下分別進行穩定性計算，邊坡穩定性計算成果見表2。根據計算結果可知目前邊坡處于欠穩定狀態，在強降雨和地震作用下處于不穩定狀態。

表1 邊坡穩定性計算土體參數取值表

表2 邊坡穩定性計算成果表

4 防治工程

根據調查，崩塌體頂部房屋密集且緊靠邊緣，無法削坡減載，坡腳緊靠屈產河河道，回填反壓將造成河道堵塞，綜合考慮對坡面進行清理、平整，針對坡體上部的粉土層采用錨索+格構進行加固；對坡體下部的卵石層采用自鉆式錨桿+格構的方法進行加固防護，坡腳布置漿砌石護面墻，并施工排水工程。

1)坡面清理、平整。首先對坡面表層的垃圾和雜草、樹木進行清理，對局部呈反坡的坡段進行適當削方；對垂直節理發育的部位進行挖除；為了保證后期格構框架與坡面緊貼，對凸出部位適當削方。

2)上部粉土層預應力錨索加固防護。錨索采用拉力分散型結構(見圖3)，錨索由3束15.2 mm的7絲鋼絞線組成，錨索長度16 m～22 m，錨索中心間距2.8 m×2.8 m，設計錨固力185 kN～241 kN，預留張拉段長度1.5 m，錨索傾角設計為15°，錨索采用QM15-3錨具，鉆孔孔徑130 mm，水泥砂漿膠結，水泥標號525號,水灰比0.4～0.5，灰砂比3∶1。并加入一定量的早強劑和膨脹劑(占水泥重量的0.3‰～0.5‰)，且要求7 d抗壓強度R7≥25 MPa～30 MPa。另外在施工錨索前應對4種不同長度的錨索，每種2根(共8根)進行抗拔試驗。

錨索錨固段的防腐利用水泥注漿體防腐，并用波紋管隔離，從而阻止外部腐蝕性物質與錨索接觸；自由段鋼絞線采用三層防腐體系進行防腐，首先用PVC管將自由段套住，并在套管內注入黃油，套管外側用水泥砂漿防護；錨頭防腐：錨頭防腐主要是對墊板上下兩部分進行處理。墊板下部由于注漿體收縮而形成空洞，防腐措施主要是孔口補注漿后對墊板下部注入油脂，要求油脂充滿空間，當錨索張拉完成后，使用混凝土進行封頭處理，混凝土覆蓋層厚度不小于25 cm。錨索張拉必須等孔內漿體強度達到設計強度的80%后才開始進行，鎖定錨固力應為設計錨固力的50%，初始預應力為鎖定張拉力值的60%。

3)下部卵石層錨桿加固。錨桿加固土層為卵石層，由于卵石層成孔困難易塌孔，傳統的鉆進方式施工困難，因此在卵石層內采用自鉆式錨桿，自鉆式錨桿將鉆孔、安裝錨桿、注漿、錨固等工序在一個施工過程中完成，具有工藝簡單、施工效率高、經濟效益良好等優點(見圖4)。錨桿采用R32左旋中孔錨桿，設計抗拔力140 kN，錨固長度10 m，外徑32 mm，內徑20 mm，極限荷載220 kN，每節長度1 m，鉆頭為φ51 mm十字型合金鉆頭，連接套為φ41 mm型。自鉆式錨桿傾角設計為15°，錨桿中心間距3.3 m～3.8 m，鉆孔孔徑51 mm，采用全長粘結注漿，水泥砂漿膠結，注漿壓力0.4 MPa～1.0 MPa。共設置錨索3排29列87根。應在施工錨桿前選擇3根進行抗拔試驗。

4)混凝土格構。由于黃土邊坡土質疏松、整體性較差，為了將錨索(桿)錨固力均勻施加在坡面上，采用現澆格構與錨索結合加固邊坡，澆筑格構前，應開挖溝槽使格構梁嵌入土內不小于10 cm，鋼混格構梁橫向中心間距2.8 m～3.3 m，縱向中心間距2.8 m～3.0 m，格構梁斷面尺寸高×寬為300 mm×300 mm，C30混凝土澆筑，水泥標號425號，主筋采用HRB335級φ22@100 mm熱軋鋼筋，箍筋采用φ10@200 mm鋼筋，框架梁每隔20 m留置一道變形縫，在鋼筋混凝土格構每一個節點上施工錨索(桿)。

5)漿砌石護面墻。在格構梁的底部修建漿砌石護面墻，一方面可以對坡面進行防護，防止河水沖刷，另一方面可以支撐上部的格構框架。漿砌石護面墻采用變截面實體漿砌石護面墻，墻高5 m～6.7 m，其中基礎埋深1.5 m，墻頂寬0.8 m，底寬1.5 m，內邊坡坡率1∶0.6～1∶1，外邊坡坡率1∶0.75～1∶1.2，基底反傾坡率0.2∶1。每隔15 m設置一道伸縮縫，墻外露面用M15水泥砂漿進行勾縫。墻身豎向設兩道φ100 PVC排水管，墻背設置300 mm厚的砂礫石反濾層。

6)截、排水工程。黃土遇水易發生崩解，降水入滲和居民污水沖刷是誘發崩塌的主要因素，因此對邊坡施工排水措施是十分必要的。主要采取的措施為對坡頂硬化，將居民污水管改道至集中管道，避免沖刷坡面。

5 結語

山西省呂梁黃土丘陵地區，易成高陡的黃土邊坡，黃土坮塬上多為人口聚集區，黃土崩塌嚴重威脅居民的生命財產安全，本文通過分析黃土崩塌特征及成因，提出采用錨索(桿)與格構相結合的方法進行治理，可以減少土地占用，不受邊坡高度的限制，解決了在卵石層中成孔困難易塌孔的問題，應用范圍較廣，為今后在黃土地區邊坡加固、地質災害治理工作中積累經驗。

[1] 王 卉.山西省呂梁市石樓縣武裝部崩塌地質災害治理項目勘查報告[R].晉中：山西省第三地質工程勘察院，2015.

[2] 王 卉.山西省呂梁市石樓縣武裝部崩塌地質災害治理項目初步設計[R].晉中：山西省第三地質工程勘察院，2015.

[3] 李海光.新型支檔結構設計與工程實例[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

[4] GB 50086—2001，錨桿噴射混凝土支護技術規范[S].

[5] CECS 22：90，土層錨桿設計與施工規范[S].

Loose collapse geology disaster developing characteristics and prevention of People’s Armed Forces Departments(PAFD) in Shilou county

Wang Hui

(Shanxi3rdGeologyEngineeringSurveyInstitute,Jinzhong030620,China)

Briefly describes loose collapse geology disaster developing characteristics and causes of PAFD in Shilou county, carries out semi-quantity and quantitative stability analysis and computation, and adopts masonry facing wall, anchor cable(rod) lattice and drainage intercepting and other engineering measures in light of loose collapse features, which has provided certain technical basis for treatment engineering construction.

loose collapse, anchor cable, anchor rod, facing wall

1009-6825(2016)18-0082-02

2016-04-10

王 卉(1987- )，男，助理工程師

P694

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