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梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 摘要 梧州市是广西典型的山城，是地质灾害的易发地区。本文在对梧州市 滑坡形成的因素综合分析的基础上，对支挡、加固、排水等方法在梧州市 滑坡治理中的综合运用进行了研究，同时讨论了抗滑桩锚索设计优化问题。 抗滑桩锚索支护目前广泛应用于滑坡治理工程。采用该支护手段能够 减少桩身截面，减少桩的长度，从而降低工程造价、提高施工速度。本文 结合梧州市的地层特性( 市区内分成花岗岩地区和砂岩地区) ，建立了理想 岩土模型，通过分析边坡稳定性和计算滑坡推力，使用计算机软件进行了 抗滑桩锚索的结构设计并估算了工程造价，在保证安全和施工方便的前提 下确定特定理想地质剖面运用抗滑桩锚索最优造价，为优化设计提供理论 依据。 本文的结论是：在用m 法计算桩身内力和配筋计算时，m 值的选择是优 化的关键；在桩身是设置预应力锚索能避免纵筋超筋；在滑坡推力较大的 情况下，应设置多锚点抗滑桩或者布置双排抗滑桩。 关键词：滑坡抗滑桩锚索优化设计 i i r e s e a r c h o no p t i m u md e s i g no ft h ea n c h o r n t i s l i d i n gp l i ef o rl a n d s l i d et r e a t m e n t i nw u z h o uc i t y a b s t r a c t w u z h o uc i t yi sat y p i c a lm o u n t a i nc i t i e so fg u a n g x iz h u a n ga u t o n o m o u s r e g i o n ，w h i c hi sag e o l o g i c a l h a z a r d p r o n ea r e a i nt h i sp a p e r , t h ef o r m a t i o no f l a n d s l i d ew u z h o uac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ef a c t o r sb a s e do nr e t a i n i n g ， s t r e n g t h e n i n g ，d r a i n a g ea n ds oo nl a n d s l i d ec o n t r o li nw u z h o uc i t yi nt h e i n t e g r a t e du s eo fr e s e a r c hc a r r i e do u ta tt h es a m et i m e t od i s c u s st h ed e s i g no f a n t i - s l i d ep i l ea n c h o ro p t i m i z a t i o np r o b l e m t h ea n c h o ra n t i s l i d i n g p i l e a r ew i d e l yu s e di nt h ec u r r e n tl a n d s l i d e c o n t r o lw o r k s b yc o n t r a s tw i t ht h ec o m m o nc a n t i l e v e ra n t i - s l i d i n gp i l e ，t h e a n c h o ra n t i s l i d i n gp i l ec a nr e d u c et h ec r o s ss e c t i o no ft h ep i l e ，s h o r t e ni t s l e n g t h ，s o i ti sc a ne c o n m ya n dq u i c k l yw a y i nt h i s p a p e r , b a s e do nt h e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fg e o l o g i c a l l a y e r o fw u z h o uc i t y ( u r b a na r e ai s d i v i d e di n t oa r e a so fg r a n i t ea n ds a n d s t o n e ) ，a ni d e a lg e o t e c h n i c a lm o d e lc a nb e e s t a b l i s h m e n t e d t h r o u g ht h ea n a l y s i so fs l o p es t a b i l i t ya n dl a n d s l i d et h r u s t c a l c u l a t i o n ，t h es t r u c t u r a ld e s i g no ft h ea n c h o ra n t i - s l i d i n gp i l ec a r r i e do u tb yt h e s o f t w a r e ，t h ep r o je c tc o s te s t i m a t e do nt h es a m et i m e f i r s to f ，t h es a f t ya n d s i m p l ea n dc o n v e n i e n to fc o n s t r u c t i o nm u s tb eg u a r a n t e e d ，a n dt h e naa n c h o r a n t i - s l i d i n g p i l e w h i c hc o s ti sl o w e s tc a nb ed i s g ni nas p e c i f i ci d e a l g e o t e c h n i c a lm o d e l d e s i g na c c o r d i n gt ot h et h e o r yo ff o u n d a t i o nb e a m - t h e “m ”m e t h o d ，t h e v a l u eo fmh a ss i g n i f i c a n ti m p a c to nt h er e s u l to fd e s i g n t h ep r e s t e s s e da n c h o r a n dm u l i t p l a t o o n sa n c h o re f f e c t i v er e d u c e st h eq u a n t i t yo fs t e e lw h i c ha a n t i - s l i d i n gp i l ec o s t s k e yw o r d s ：l a n d s l i d e a n c h o ra n t i s l i d i n gp i l e o p t i m u md e s i g n 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所望交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所耳义得的成果和4 、h 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已绛发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究j ：作提供过重婴帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：迄室 学位论文使用授权说明 2 0 0 9 年多月乡d 闩 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证 i 以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电孑版本； 学校有卡义保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录榆索与阅览服务； 学校，以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在小以赢利为臼的的6 ，j - 提下，学校可以公仰沦文的部分或令部内容。 请选择发们时叫1 1 ： 翻即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：灸宝 导师签名：兹劫况2 0 0 9 年多月；p 门 广西大掌硕士掌位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 1 1 课题背景 第一章绪论 本文是广西大学承担的广西国土资源厅“梧州市地质灾害治理研究科研项目的后 续研究内容，旨在探讨在梧州地区滑坡治理工程中抗滑桩与锚索支护组合设计与施工优 化问题，为优化设计提供理论依据。根据广西自治区国土资源厅下达的关于下达国土 资源部、财政部2 0 0 6 年特大型地质灾害治理项目梧州市傍山东侧滑坡、八中滑坡灾害 治理等项目任务书的通知，受梧州市国土资源局的委托，广西大学和广西地质环境监 测总站共同承担了项目的研究工作，研究成果收录在梧州市地质灾害治理研究中。 2 0 0 6 年6 月8 日起，梧州市范围内突发大规模的崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害， 据调查统计资料，本次梧州市共发生地质灾害2 0 0 0 多起，共造成1 3 人死亡，2 8 人受伤， 直接经济损失约6 5 亿元。发生如此重大地质灾害的起因是2 0 0 6 年6 月8 日开始的强降 雨。据气象部门统计，在2 0 0 6 年6 月8 日凌晨至6 月8 日1 0 时，在短短的几个小时内， 降雨量达3 0 0 m m 。其中，大部分降雨集中于凌晨零点左右时段，该时段降雨强度超过 每小时1 0 0 m m ，如此的强烈降雨量，在梧州历史上比较罕见。在特大暴雨、山洪的影 响下，进一步引发了规模大、分布面广、危害性极大的崩塌、滑坡、坡面泥石流地质灾 害，遭受灾害影响的有居民区、学校、厂房和各个企业单位，导致房屋倒塌、街道路面 开裂下陷、学校停课、企业停产，严重影响了梧州市人民正常的生活生产秩序，造成人 员伤亡及重大经济损失。 灾害发生后，自治区政府、梧州市政府立即全面开展了全市的地质灾害治理工作， 以保障城市安全，消除灾害隐患，恢复重建为目标，将国家和人民财产损失降到最低。 按照梧州市地质灾害治理规划，近几年梧州市政府将投资数亿元用于地质灾害治理工 程。 针对这样大规模的治理工程，梧州市各级部门做了大量的工作。区内外多家单位进 驻梧州市，完成了1 0 0 多个地段( 点) 的地质灾害勘查和设计工作并取得了明显的进展。 勘查工作以钻探、探井和探槽等勘查方法为基础，加上现场的重度试验、剪切试验和锚 杆( 索) 拉拔试验，各单位共完成地质灾害勘查、设计、治理资料超过1 0 0 多份，内容 梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 丰富详实。 通过对这些资料的总结发现，在地质灾害治理工程的勘查、设计、施工、监理及监 测等技术方面还存在着一些问题及不足，主要表现在以下几个方面： 首先，梧州市地质灾害治理工程的灾害点多，时间紧、任务重，治理工程的勘查、 设计等工作由区内外多家单位承担。目前国内地质灾害治理工程的相关规范不完善、不 统一，而承担单位各有优势设计理念不尽相同，再加上市场竞争的原因，执行的技术标 准不统一，地层划分不统一，针对类似地层的岩土体设计和计算参数不尽相同，设计计 算模式不统一。 其次，梧州市的地质及环境条件非常复杂，特别是在如此罕见的强降雨条件下，如 果对崩塌、滑坡及泥石流等地质灾害的形成机理认识不充分、定性不够准确，将导致选 择的计算模式及治理方案不尽合理。 再次，对于某个地质灾害点治理方案的选择，比较多的是依据承担单位的特长来选 择，同时也与设计人员的专业水平有关，方案选择的随意性大，缺少科学且系统的优化 思路及选择依据，容易给工程投资带来很大的盲目性。 最后，治理工程验收标准不够统一，检测方法不够明确。 由于上述问题的存在，将有可能造成勘查结论不合理，设计计算不够正确，治理方 案选择不合适，进一步导致两方面后果：一方面可能是工程偏于不安全，给工程的安全 运行带来隐患；另一方面可能使工程偏于保守，给政府投资造成浪费。因此，必须在大 规模地质灾害治理工程开始的前期，针对梧州市特定的地质条件，对地质灾害治理工程 中的关键性技术问题进行系统而深入的研究。 本文结合梧州市地质灾害治理研究，通过对抗滑桩锚索的结构优化进行深入研 究，为梧州市滑坡治理提出设计思路，从而达到从整体上控制工程造价、节省投资的目 的。这项工作具有较重要的理论指导意义和实际应用价值。 1 2 现有边坡治理技术 1 2 1 削坡 削坡的优点是施工简单、经济、安全可靠。采用削坡，削掉一部分边坡不稳定岩土 2 j - - 西大学硕士掌位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 体，解决边坡过高、坡度太陡等问题，使边坡坡度放缓，稳定性提高。它是常用的应急 措施，可延缓地质灾害发生时间，及时采取有针对性的防治设计和施工，同时作为永久 治理措施也可收到明显效果。削坡在公路路堑边坡、填方路堤边坡中广泛使用， 滑坡产生后，削坡只能减小滑体的下滑力或增大阻滑力，不能非常有效地改变其下 滑趋势，因此必须要与其他整治措施配合使用。 由于梧州地区多山多丘陵，为了城市发展的需要，梧州市的大部分建筑都依山而建， 因此完成了大量的削坡工程。然而，这些削坡工程缺乏规划和科学指导，反而造成了很 多不稳定的边坡，为发生地质灾害留下隐患。 1 2 2 挡土墙 挡土墙能够抵抗侧向土压力，支撑天然边坡或人工边坡，保持土体稳定，并使挡土 墙两侧土体保持一定高差。挡土墙应用广泛，可以在道路工程中稳定路堤和路颦边坡， 也可以用于整治坍方、滑坡等地质灾害。 1 重力挡土墙适用于居民区、工业和厂矿区以及航运、道路建设涉及的规模小、 厚度薄的滑坡阻滑治理工程。它依靠自身重力支撑侧向土压力来维持其稳定。重力挡土 墙构造比较简单，断面尺寸大，墙身重，因此对地基承载力要求较高。优点是可以就地 取材，施工方便，造价相对低廉；缺点是耗费材料和人工较多，而材料的强度性能又不 能充分发挥，占地面积大。土方开挖后边坡稳定性较差时不应采用。挡土墙墙高通常不 宜超过8 m ，否则应采用其它特殊形式挡土墙。对变形有严格要求的边坡、开挖土石方 危及边坡稳定的边坡和开挖土石方危及相邻建筑物安全的边坡不应采用重力式挡土墙。 2 悬臂式和扶壁式挡土墙属于轻型挡土墙，通常采用钢筋混凝土构件组成。由于 它们的结构性是依靠墙身自重力和踵板上方填土的重力来保证，墙趾显著提高抗倾覆稳 定性，进而减小基底应力。优点是构造简单，施工方便，自身质量轻，能较好发挥材料 的强度性能，降低对地基承载力的要求。缺点是耗费钢材和水泥数量大，经济性能有所 欠缺。土层较差，对挡墙变形要求较高时不宜采用。 1 2 3 加固 1 预应力锚索加固 预应力锚索是对滑坡体主动抗滑的一种技术。通过预应力的施加，将拉力传递到稳 3 梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 定岩土层，主动控制岩土体的变形，调整岩土体的应力状态，在滑坡治理中，可以在增 强滑带的法向应力的同时又减少滑体的下滑力，有效增强滑坡体的稳定性。这种技术大 大减轻结构物的自重、节约工程材料并确保工程的安全和稳定，具有显著的经济效益和 社会效益，预应力锚索加固技术几乎涉及土木建筑工程的各个领域，广泛应用于边坡、 基坑、地下工程、码头、船坞、海岸和坝基等的支挡、加固和抗浮抗倾。在岩土锚固设 计中通常将锚杆和锚索统称为锚杆。 当边坡较高、坡体可能的潜在破裂面位置较深时，预应力锚索属于比较有效的深层 加固手段。在高边坡加固工程中，预应力锚索具有的优点为： 受力可靠，预应力锚索用于加固岩土体时能与岩土体共同作用，同时发挥两者的 能力。 作用力可均匀分布于被加固的坡体，对地形、地质条件适应力强，施工条件易满 足；根据工程的需要，加固深度可到数十米。 无需放炮开挖，对坡体不产生扰动和破坏，能维持坡体本身的力学性能不变； 预应力锚索加固采用机械化作业，具有工艺灵巧、施工速度快、工期短、施工安 全等特点，用于应急抢险更具有独特优势。 预应力锚索不适于在地下水较大或含有化学腐蚀物的土层或在松散、软弱的土层内 使用。 在滑坡治理工程中，只采用削坡或挡土墙往往是不经济或者是难以实现的，这时采 用预应力锚索加固可以达到良好效果。预应力锚索和其他治理手段相结合，形成如抗滑 桩锚索支护、锚索墙、锚索地梁、格构梁及锚索桩板墙等新型的支挡结构，大大丰富了 支挡结构的型式。 2 格构加固 格构加固技术将格构量护坡与锚固工程相结合，属于新型的抗滑支挡结构。它能兼 顾深层加固和浅层护坡。格构使用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行 边坡防护，同时采用锚杆( 索) 加固。格构技术通常与工程环境美化相结合，利用框格 护坡，同时在框格之内种植花草以形成景观。根据格构的特点和作用，格构加固技术特 别适用于坡度较陡、坡体均匀且较坚硬的边坡或滑坡。目前，格构加固技术在山区高速 公路的高陡边坡加固中被广泛采用，其护坡达到既美观又安全的良好效果。格构的主要 作用是将边坡坡体下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆( 索) ，然后通 过锚杆( 索) 传递给基岩或稳定地层，从而使边坡坡体在由锚( 索) 提供的锚固力的作 4 广西大掌硕士掌位沦文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 用下处于稳定状态。格构不但起到传力作用，而且由于其与坡面接触面积大，可减小坡 面反力，同时格构整体刚度较大，使坡面的受力、变形更均匀，而加固的抗滑力主要有 格构结点处的锚( 索) 提供。 1 2 4 植物防护 梧州市植被覆盖高，由于地质灾害的发生以及后来的灾害治理工程，对梧州市的部 分自然风貌和人文景观造成了破坏。目前，在边坡设计和滑坡治理中，结合生态工程， 对环境进行绿化、美化和保护，越来越受到重视。植物防护是在坡面上栽种适当的树木、 植被、草皮等植物，通过植物根系发育，起到固土、防止水土流失增加坡面稳定性的一 种防护措施。一般的坡面防护措施有用灰浆、三合土等抹面防护；浆砌片石防护；喷浆、 喷混泥土、喷混凝土加锚杆( 索) 防护等。这些防护手段的缺点是无法恢复因开挖破坏 了的植被，生态效果不佳。植物防护能在达到上述工程防护效果的同时还具有以下功能： 1 护坡，利用植被的力学效应深根的锚固作用和浅根的加筋作用。植物的垂直 根系穿过坡体浅层的松散风化层，锚固在深处稳定的岩土层上，有预应力锚索的作用； 植草的根系在土中盘结，使土体成为土和草根的复合材料，草根可起到带预应力的加筋 材料的作用，提高土体强度。 2 植被的水文效应。降低坡体孔隙水压力，降雨是滑坡产生的诱因之一，边坡的失 稳与坡体水压力的大小有密切关系。植物可以吸收坡体内的水分，降低土体的空隙水压 力，提高土体的抗剪强度的同时也提高了边坡稳定性。植被还可以截留降雨，使坡面接 受的水量降低，同时控制地表径流，减少土颗粒的流失。 3 有效改善环境。植被防护能恢复受到破坏的生态环境，为形成完整的生物链提供 基础；在交通工程中应用植被防护，能降低噪音和光污染，保证行车安全；促进有机污 染物的降解，净化大气，调节小气候。 4 有良好的景观功能。 1 2 5 排水工程 强降雨是梧州市地质灾害发生的直接原因，而地下水的存在往往是地质灾害形成 的重要条件。梧州市长期面临水土流失和洪涝等问题。造成水土流失的因素是多方面的， 但作为人为的毁林、不合理开挖及破坏植被等，应予重视和杜绝。水土流失形成的危害， 主要表现为淤塞河道、毁坏耕地，使水源贫竭、土壤贫瘠等。据调查从1 9 5 0 年至现在， 5 广西大掌硕士学位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设- i t 优化研究 下小河上游河床己抬高了3 5 m 中游也抬高了2 7 m ，有的地段河床比两岸农田还高；1 9 8 1 年5 月一场暴雨毁了小河流域的农田6 0 0 0 多亩，隆兴小河流域3 6 0 0 亩，水田中常有1 2 0 0 亩受泥水侵袭，据测试，因水土流失使下小河流域沿岸农田每亩减产1 0 0 斤。市区地处 浔江、桂江交汇之处，因两江源远流长，集雨面积大，每年多雨或大雨时节，使市区沿 江较低地段均受不同程度的洪水淹没。如洪水位达至! l j 2 1 m 时，市河西工业区、下小河两 侧、罗滩村、大禁冲、玫瑰等地受淹。据梧州水文站多年规模观测资料统计，洪水位达 至l j 2 1 m 以上的，平均2 - - - 3 年遇一次，水位达1 8 m 以上的几乎每年均有一次，特别严重的是 1 9 8 8 年，洪水位高达2 3 8 8 m ，受淹工厂1 8 2 家，商店门市部5 2 0 个。洪淹结果不但给建筑 物带来威胁，亦使土层结构发生变化，造成地基力学强度降低，导致边坡滑动，岸边再 造，堤围崩塌，河道淤积等不良工程地质现象。总之，历史形成的不合理城市布局和排 水设旋不完善等原因，对地质灾害的发生影响很大。 排水工程包括地表排水工程和地下排水工程。尽量做到排泄地表水和疏导地下水。 滑坡处治中，对于滑坡体内的水应以“截、排和引导 为原则来进行排水工程的设计。 地表排水的目的是最大限度的把雨水从地表排走，防止其渗入边坡内。地表排水包 括布置于边坡和边坡周边多种形式的截水沟、排水沟、急流槽来拦截和排引；地下排水 的目的是最大限度的降低已在边坡内形成的地下水位的高度。对地下水则用截水渗沟、 盲沟、纵向或横向渗沟支撑渗水沟、汇水隧洞、立井、渗井、砂井平孔、平孔排水、 垂直钻孔群等排水措施来进行疏干和排引。在一些规模大的边坡和滑坡治理工程中，排 水是一项战略性的工程措施。 1 3 抗滑桩设计理论现状“ 早期的抗滑桩按单纯抗剪计算设计的，这种方法比较适合于切滑面位置明确、固定 的岩层滑坡。 后来出现了静力平衡法和布鲁姆( b l u m ) 法，这两种方法的假设基本一致，桩前和 桩后同时达到主动或被动土压力状态，土压力的分布有所不同。桩入土的最小深度可根 据对桩底取矩的弯矩平衡方程求得，再求出各点的弯矩和剪力。 弹性地基梁法是目前抗滑桩设计中比较常用方法。其基本假定为桩身任一点处岩土 的抗力与该点的位移成正比。使用地基系数法设计还需要在几个方面深入研究，如地基 系数变化的比例系数、滑面处地基抗力如何确定，锚固段以及最大剪力位置的确定等。 其他方法还有链杆法混合法等。 6 广西大学硕士学位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 2 0 世纪8 0 年代，随着锚索技术的发展，出现了一种新型的支挡结构抗滑桩锚索 结构。由于抗滑桩锚索结构特点显著，目前得到了广泛的应用。在设计时，通常对锚索 施加预应力然后把它当成外力加在抗滑桩上，这样的方法设计的结果存在很大缺陷；比 较常用的方法是利用抗滑桩和锚索的协调变形来计算锚索的拉力。 1 4 梧州市滑坡治理工程措施的选择 梧州市地质灾害治理研究对治理工程中治理方案的选择给出如下建议：一般情 况下，削坡是治理方案首选。作为第二层次的选择，在滑体体积和剩余下滑力都较小， 滑坡坡脚位置较低时，首先选择挡土墙；当滑坡坡脚位置较高时，首先选择短锚杆支护。 作为第三层次的选择，在滑体体积较大，剩余下滑力较大时，首先选择长锚杆( 索) ， 其次选择抗滑桩锚索支护，最后选择单一抗滑桩措施。 1 5 本文的研究工作 根据梧州市地质灾害治理工程中各单位提供的1 0 0 多份勘查设计资料，结合梧 州市地质灾害治理研究报告，对梧州市的地质环境进行深入分析，选择能够代表梧州 市岩土特性的设计参数，建立理性的岩土模型。使用理正软件对模型进行稳定性分析及 滑坡推力计算。再根据计算结果，针对某一理想地质剖面设计出多组抗滑桩。通过对设 计结构的分析，探讨如何在梧州市特定的地质条件下选择最优的抗滑桩设计。 广西大学硕士掌位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 2 1 自然条件 第二章灾害区自然条件及地质环境条件 2 1 1 地理位置 梧州市位于南岭山系的南侧，东邻广东省封开县，西距广西壮族自治区首府南宁4 0 0 公里，是广西通向广东和港澳地区的主要商贸城市。北邻桂林荔浦县、昭平县和贺州市， 南接平南县、容县、金秀瑶族自治县以及广东省罗定市。同时梧州也是桂江和浔江的交 汇点。全市市域面积1 2 5 8 8 】( n 1 2 ，市区布局座落在丘陵之中、山坡之上，城中有山，山 中有城，因此，梧州也被称为“山城水都”。 2 1 2 气象与水文 北回归线从梧州市穿过，该地区属于亚热带季风气候区。气候温湿多雨，区内多年 平均气温2 1 1 ，最高温度为3 9 7 ，最低温度也曾达到3 o ；根据气象资料统计， 梧州市最大年降雨量1 9 2 5 9 m m ，最小年降雨量1 0 0 2 9 m m 。降雨量在年内分配不均，4 月到9 月是梧州市的雨季，降雨量占全年的7 7 4 ，特大暴雨多发生在5 到8 月，期间 也是梧州地区地质灾害多发时段。其余月份降雨量只占全年降雨量2 2 6 ，雨季期间对 工程施工有一定影响。日降雨量大于5 0 m m 的暴雨天数多年平均在4 到6 天之间，最多 年份为8 到1 2 天之间；降雨量大于l o o m m 的大暴雨天数多年平均为半天到一天，雨量 最多的年份也曾持续2 到3 天；最大r 降雨量可达3 3 4 5 m m ，2 0 年一遇暴雨强度达到 8 0 m m d , 时，2 0 0 6 年6 月8 日的最大雨强达1 0 0m m d , 时。 丰沛的降雨和高强度的暴雨是引起边坡体变形破坏形成崩塌、滑坡和坡面泥石流等 地质灾害重要的外动力因素之一。 梧州市地表河流发育，水资源丰富，流经梧州市的河流属珠江流域西江水系，西江 主干流有浔江、桂江。浔江支流有安平河、上小河、下小河；桂江支流有龙江河、思良 江等。历史上，梧州市是广西壮族自治区发生洪水灾害最严重的地区，每年的雨季都会 广西大学硕士掌位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 遭受洪水的危害。近年，梧州市政府根据规划完成了防洪堤的建设，按设计要求，预期 可抵御五十年、百年一遇的特大洪水。即便如此，2 0 0 5 年6 月，由于上游普降特大暴雨， 暴涨的洪水还是淹过了防洪堤而对市区造成了影响。浔江为梧州市最大河流，年平均流 量6 9 6 0 m 3 s ，是本区地表水、地下水主要排泄通道，迳流充沛，年水位变化大，水流急。 2 2 地质环境 2 2 1 地形地貌 梧州属桂东粤西丘陵峡谷山区，山多水宽平地少，四面环山中间洼为其地形特点。 大部分地区地貌类型主要为垄状低丘，成分多为中、新生代碎屑岩和燕山期岩浆岩。丘顶 标高9 0 1 2 0 m ，相对高差4 0 1 0 0 m ，山体走向以北东、北西向和南北向为主，地形坡度一 般较为平缓，山坡自然坡度多为2 0 - - 4 5 。，个别地方形成5 0 。左右的陡坡或陡壁。地形较 缓的地区为苍梧县到梧州市区一带，为河谷阶地。梧州地区生长了大量的松树，植被普遍 发育较好，覆盖率为4 0 ，- - - 8 0 。沟谷多为“u ”字形，底部平坦，植被中等发育。 由于平地少，梧州的建筑大多依山而建，大量的工程活动对该地区的地形产生巨大影 响。在山坡上修建民用建筑需要削坡和填方，使得区内局部地段人工边坡坡角约5 0 。 6 0 。，最陡达6 5 。7 0 。加上多数建筑因历史问题没有经过规划，排水系统也不完善， 绝大多数地段没采取有效的保护措施，给地质灾害的产生留下隐患。 2 2 2 地层构造 梧州地区的地层主要为寒武系黄洞口组上段( h 3 ) 和第四系坡残积层( q d ) 。 寒武系黄洞口组上段( h 3 ) 分布在市区内大部分地区，岩性以灰绿、黄绿色轻变 质粉砂岩夹页岩为主，其次为黑色碳质页岩和轻变质细砂岩夹页岩，部分为砂、页岩互 层，底部粗砂岩，层厚l 3 m 。薄厚层状，岩层产状( 2 9 0 - - 3 5 0 。) ( 2 0 - - - 4 8 。) 。 第四系残坡积层( q e l + d 1 ) 岩性主要为粘土、粉质粘土和夹碎石，分布在各山体浅部， 厚度变化大，为o - - - - 3 m 不等，砖红色，粘性较强，呈可塑状，结构松散，坡面受冲刷时 易被水流带走。 侵入岩主要分布于市区中部及西部，主要出露于边坡的下部，下伏于第四系残积 层之下，整个山体均有分布，岩性为花岗岩，呈岩基产出，岩石具中粒花岗结构，呈块 9 广西大学硕士学位论文 梧州市滑坡治理中桩锚支护设 i t 优化研究 状构造，岩石成份主要有石英、长石、云母等，根据钻探深度内揭露岩石，按风化程度 均为全风化花岗岩。 2 2 3 构造运动与地震 梧州地区经历的构造运动有加里东运动、华力西运动、印支运动、燕山运动以及喜 马拉雅运动，其中影响较大的构造运动是加里东运动，其使的梧州地区古生代地层发生 全型褶皱，并隆起成陆，；燕山运动产生的结果则以断裂为主，其次才是褶皱。 根据史料记载，从1 5 1 0 年到1 8 5 9 年3 4 9 年间，在梧州共发生过3 , - - , 3 5 级地震4 次；从1 6 8 6 年到1 9 8 5 年，震中在玉林、信宜和阳江等地而波及影响梧州的地震累计达 7 次。从中国地质科学院、国家地震局鉴定及中国地震烈度区划图( 1 9 9 0 ) 和广西 壮族自治区地震烈度区划图等资料可知，梧州市属桂东南低震构造区。地震基本烈度 小于度，但按建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 11 - 2 0 0 1 ) 要求，将梧州抗震设防烈度定为 6 度，设计基本加速度值定为0 0 5 9 。 2 2 4 水文地质 区内主要有基岩裂隙水、松散岩类孔隙水和碎屑岩裂隙孔隙水等三种地下水类型。 基岩裂隙水包括构造裂隙水和风化裂隙水，基岩裂隙水补给来源主要是大气降水渗入。 其中松散岩类孔隙水主要分布于高旺、长州岛周围的边缘地带和浔江、桂江及各支流的 河流阶地；碎屑岩裂隙孔隙水布于西南部三垌、西部木伦等地；风化裂隙水分布于梧州 城区、龙圩镇等地。地下水补给来源主要是大气降雨，由于岩石裂隙较为发育，部分大 气降雨直接从基岩裂隙或经坡残积层入渗补给地下水，这种情况下地下水一般作隙流运 动，并以分散的形式就近排泄于溪沟中。梧州地区地下水最终排泄基面主要为浔江、桂 江。 2 2 5 岩土体工程地质特征 梧州市工程地质岩组主要有块状较坚硬砾岩、砂岩夹薄层状软弱泥岩岩组( ) 、 中薄层状较坚硬粉砂岩与软质泥页岩岩组( i i i ) 、中厚层状坚硬较坚硬砂岩夹薄层软 质泥页岩岩组( i i ) ，上覆单层含砾粘性土；散体状侵入岩强风化花岗岩岩组( i ) 和 在河流阶地中的粘性土、砾石双层土体仅在分布在梧州城区及龙圩镇等地。经过对岩石 1 0 广西大掌硕士掌位论文 梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 的岩性组合、强度特征以及岩体结构类型，土体的土性、土体的结构和土型分析，梧州 市地质灾害治理地段工程地质岩组可分成三类：一是厚层状坚硬、较坚硬的粉砂岩；二 是砂岩夹软质页岩岩组；三是花岗岩风化层。 参与梧州市地质灾害治理的各家设计单位，都把碎屑岩地区简称为砂岩地区。因为 本文参考了各家单位的设计资料，所以在后面的论述中，沿用砂岩地区这一简称。 在砂岩区，山坡岩石风化强烈，所形成的坡残积土层及其上部有大量人工削坡弃土 覆盖层，厚度一般1 3 m ，局部达至0 2 0 m ，厚度变化较大，均匀性差，松散状，结构松 散，主要由黄褐色、棕黄色碎石土、粉质粘土组成，碎石含量约2 0 4 0 ，透水性强， 在强降雨等的作用下，易发生崩塌、滑坡。凝聚力( c ) 2 5 5 1 5 3 k p a ，内摩擦角( ) 1 0 3 6 5 。下伏厚层状粉砂岩、砂岩夹软质页岩，坚硬软弱相间，结构不均，软弱 夹层易风化，新鲜岩石干抗压强度般为9 6 3 1 1 6 6 2 m p a ，软化系数0 8 o 9 ；中风 化岩石干抗压强度一般为1 1 1 2 3 6 4 7 m p a ，强风化砂岩饱和抗压强度一般为1 2 4 5 1 2 m p a 。根据滑坡区的勘察资料揭示，斜坡变形滑移带( 面) 位于第四系松散覆盖层 与基岩接触面，滑坡的滑带土层厚0 3 0 4 m ，为黄色粘土。据分析，降雨形成地表水 经填土层、坡残积层渗透后，在强风化层受到阻隔而在强风化层表面形成软弱带。由于 强风化层表面粗颗粒物较少，风化完全，饱和后物理力学性质明显降低，成为滑动及潜 在滑动带。 在花岗岩分布地带，体边坡区地层主要由第四系素填土层及残坡积粘性土 ( q 。“川) 和燕山早期侵入花岗岩( y5 2 ) 组成。残坡积粘性土结构松散，系花 岗岩风化残积而成，矿物成份以石英、高岭土、云母为主，含少量暗色矿 物，土质均匀性差，孔隙度大，局部含少量花岗岩风化碎块，碎块石直径 一般2 15 c m ，分布不均匀，大小混杂。属中压缩性土。该类土属特殊性土， 遇水易软化，强度降低。风化层厚度一般5 2 0 m ，局部达到6 0 m ；全风化层呈灰黄、 灰白色，大部分矿物质己风化变质，结构基本被破碎破坏，岩石呈坚硬致密土状，厚 度一般大于5 m ；强风化层呈灰白、灰黑色，矿物质已风化变质，结构大部分被破坏，岩 体破碎，裂隙发育，厚度一般大于1 2 m ；弱风化层、微风化层呈浅灰、灰黑色，细一中粒 结构，块状构造，岩体较完整，岩石裂隙较发育一微细发育，厚度一般大于7 m 。由于风 化层厚度大，斜坡稳定性差，在遇到降雨特别是暴雨时，雨水入渗到土体，土体 广西大掌硕士学位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优1 匕研究 饱和时易产生滑坡、崩塌等现象。 2 2 6 地质灾害分布特征及其成因 梧州市发生地质灾害主要有崩塌、泥石流和滑坡。总结这些地质灾害分布特征主要 有： 1 地质灾害分布面积较广，但地域分布不均匀。 2 地质灾害主要分布在高丘陵地区，高丘陵地区发生的滑坡灾害超过6 0 。 3 地质灾害主要分布在砂岩地区，砂岩地区发生滑坡灾害超过5 5 。 4 地质灾害主要发生在雨季，绝大部分是受降雨特别是暴雨的影响而引发的。 梧州市发生地质灾害形成和发展变化是多种因素控制和影响的结果，概括起来包括 内因、外因两个方面，内因可细分为物质组成、堆积体结构、地下水活动等因素，外因 则包括地形地貌、降雨、地表水冲刷、人类工程活动等。它们对崩塌、泥土流和滑坡的 形成和发展变化影响特征如下： l 、物质组成：边坡岩土经过长期的风化残积作用，形成厚度较大残坡积砂质粘性 土层，及大量居民建房开挖弃土堆积在斜坡上，形成了厚度十几米数十米不等的堆积 层，充足的物源是堆积体存在并产生土体崩塌、泥土流和滑坡的客观、先决条件，其分 布范围和厚度在很大程度决定了崩塌、泥土流和滑坡的规模。 2 、结构特征：坡体堆积物主要由耕土和残坡积砂质粘性土组成。如果花岗岩地区 堆积体物质成份为石英、高岭土、少量云母和黑色矿物，以硬塑状为主，在天然状态下， 力学强度较高，但在遇水时易软化、泥化，力学强度降低较大，在暴雨和重力等作用下， 在坡体中易形成了一层力学强度较低的软化层软弱面。 由于地表坡残积砂质粘性土在风化作用下产生较多风化裂隙，以及在干热气候环境 下，易产生龟裂，使得地表一定深度范围内土层透水性较好，在其深度以下砂质粘性土 因受风化作用和气候环境变化影响相对较小，所以其透水性相对较差。在暴雨季节，雨 水的入渗过程中，易在该残积砂质粘性土层透水性差异较大的界面汇集，在地下水的浸 泡作用下，使该土层力学强度大幅下降，并形成软化的软弱层，软弱层进一步软化并逐 渐贯通形成滑动面，这些可能存在的滑动面在外界因素( 主要是降雨或人工边坡御荷) 的 作用下，易产生崩塌、滑坡。崩塌、滑坡形成的松散土体，在雨水和坡面流的作用下易 形成泥土流。 1 2 梧州市滑坡治理中桩锚支护设 i t 优化研究 3 、地形条件：梧州市内多丘陵起伏，边坡原始斜坡的坡度达3 0 。4 5 。，部分人 工边坡坡度一般5 0 。 - - 6 0 。，局部达7 0 。在这么陡的斜坡上，堆积的遇水易软化土 体，在暴雨作用下其自重的下滑分力常会超过法向分力，使土体失稳。残坡积层中地表 下一定深度内吸水软化成为软弱结构面时，坡体上的表层土体饱水后重量增加，土体就 会沿这个软弱结构面发生整体滑移、崩塌，由此可见，地形条件是滑坡形成的重要条件。 4 、地下水作用：地下水储存和运动于土体孔隙和岩石裂隙中，在运动交替过程中， 孔隙、裂隙周围岩土体主要产生以下三方面作用：一是软化作用，无论是岩体还是土体， 饱和状态的力学强度都比天然状态的低，尤其是土体，力学指标一般降低2 0 - - 4 0 ；二 是潜蚀作用，它可把土体中的细小颗粒带走，引起土体结构松散，力学强度降低；三是 动水压力和浮托力抵消土体的部分正应力等作用，三者联合作用可使岩土体的抗滑应力 变小，促使崩塌、滑坡形成。 5 、降雨：梧州市地处南岭山脉南侧，是冷暖气流经常接触的区域，因此其降雨量 充沛，年均降雨量达1 5 0 3 6 m m ，最大年降雨量达2 0 0 0 m m 以上。在每年的汛期，经常有 大雨、暴雨甚至特大暴雨，而且常有连续强降雨的现象，同最大降雨量可达3 3 4 5 m m 。 在持续的强降雨下，分布于山坡上的残坡积成因的砂质粘性土，极易达到饱和状态，体 积膨胀，自重增加，降低土体力学强度，在雨水渗透、表面坡面流汇水冲刷力及土体本 身自重力的共同作用下，斜坡体的下滑力大于其抗滑力时，将导致斜坡变形蠕动，从而 形成崩塌、滑坡、泥石流。 6 、人类工程活动的影响：梧州市由于地理条件等原因，当地居民的建筑物多建在 山坡上，加上梧州市早期城市规划不合理，造成乱挖乱建，弃土随处堆放，建筑削坡不 合理，破坏了天然斜坡的稳定性，并且增大了坡角和坡高，使土、岩接触面大量出露， 形成新的临空面，减少土体的下部支撑力；坡高及土体厚度增加是覆盖土体的重量增加、 下滑力增大；且多数边坡没有支护或简易支护，使得边坡处于潜在不稳定或临界稳定状 态；在暴雨或其它不利条件下易产生滑坡、崩塌或泥石流。人为因素还表现在居民生活 废水无组织排放，对斜坡长期冲刷和入渗软化斜坡上的土岩体，而造成斜坡体内覆盖土 体重量增加，岩土接触面的抗剪强度降低，从而引起斜坡失稳下滑。 地质灾害形成机制： 从上述崩塌、泥土流和滑坡特征和影响因素分析可知，梧州市发生的边坡崩塌、泥 广西大学硕士掌位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 土流和滑坡等地质灾害形成和演化过程是地形、地质、气象条件、地下水、地表水及人 类工程活动综合作用的结果，现对其形成、演化机制作如下分析： 在岩石风化和地表水流等外动力地质营力的作用下，边坡所处的山坡岩体被不断风 化，从母岩分离出来的岩石碎块、碎粒和少量大块石，在自重力或地表面水流的作用下， 顺着边坡滑落或被搬运到紧邻山脚的陡坡地带，形成残坡堆积体覆盖层，自由滑落 的堆积体表面也形成较陡的边坡，随着时间的延续，堆积体厚度也逐渐增加，大量堆放 于边坡上建筑的弃土，使土层厚度又快速增加，造就了梧州市技工学校周边山体边坡崩 塌、泥土流和滑坡的物质主体。 由于坡面地表一定深度内的砂质粘性土有一定的透水性，降雨易于渗入，而该深度 以下的砂质粘性土透水性相对较差，可视为不透水层，地下水很容易在这个接触带汇集， 使该层面砂质粘性土软化，从而形成一个力学强度相对较低的软弱结构面，该软弱结构 面就是崩塌、滑坡滑动面的主体。 处于斜坡上的堆积体，其自重应力可分解为下滑力和垂直滑面的法向应力，由法向 应力产生的抗剪应力和土体凝聚力一起构成抗滑阻力，当下滑力大于抗滑力时，即发生 堆积体沿软弱结构面( 滑动面) 整体向下滑移，在较陡边坡上形成崩塌，相对较缓边坡 易形成滑坡。综上所述可以看出，山体边坡崩塌、滑坡是斜坡堆积土体在不利的地形、 地质、地表水、地下水综合作用下，沿残积砂质粘性土透水性相差较大的接触带，在地 下水软化形成的软弱层向坡底临空面方向产生滑移变形长期发展的结果。 1 4 f - 西大掌硕士掌位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 第三章梧州市滑坡治理措施及工程实例 3 1 滑坡治理工程的目标 根据滑坡的工程地质条件、水文地质条件、成因、荷载特性、发展趋势和可能采取 的工程措施，选择最优方案，对滑坡区进行综合防治，使经过治理后的滑体保持稳定， 并保证在设计使用年限内，滑坡区不发生整体或较大规模局部失稳和比较严重的坡面泥 土流和水土流失，消除发生危及人民生命财产安全的地质灾害的隐患。 3 2 滑坡治理原则n 3 要坚持以人为本的原则，把维护人民的生命财产安全当作头等大事来看待。滑坡危 害严重，治理费用昂贵，滑坡一旦发生，损失将难以挽回。地质灾害防治工作首先考虑 的是预防，最大限度地减少灾害造成的人员伤亡和经济损失。要正确识别和防治滑坡， 必须通过地质勘查，查明滑坡的性质、规模以及形成的相关因素，对其稳定性及发展动 态作出j 下确评价。正确认识滑坡的性质、类型、范围、规模、机理、动态、稳定性以及 对滑坡发展趋势作出预测是防治滑坡的基础。 易发生滑坡的地段应该限制开发，原则上不允许在向该地段移民和迁建，交通干 线应绕避通过；如可能滑动的滑坡体上已建有城镇或集中居民点，而且该滑坡又不能或 不宜进行工程加固，则应搬迁避让。 城区人口聚集地段是地质灾害防治的重点。对已经存在危险的灾害隐患点，充分发 挥各级政府的主导作用，调动企业、社会组织和广大民众的积极性要建立专业监测与群 测群防相结合的监测预警系统。在可能发生滑坡的地段建立监测预警系统，通过预报以 避免或减小滑坡灾害。 针对不同情况，综合考虑不同地段地质灾害的特点和社会经济发展水平，进行全 面统一规划，选择重点地区和重点工程进行重点防治，分步实施。 对工程设施和人民生命财产危害较大的滑坡，必须查清性质，一次根治，不留后患。 任何一项工程都要求技术上可行，经济上合理，在保证治理工程安全合理的前提下应尽 量节约投资。 1 5 广西大学司e 士学位论文梧州市滑坡治理中桩锚支护设计优化研究 3 3 梧州市滑坡工程的防治措施 3 3 1 排水工程n 1 滑坡治理工程中排水工程分为： 1 地表排水工程，对于滑坡变形与降雨有密切关系的工程，宜采用地表排水工程。 地表排水技术简单易行且加固效果好，工程造价低，因而应用极广，几乎所有滑坡整治 工程都包含地表排水工程。在某些情况下，运用得当仅用地表排水即可稳定滑坡。 2 地下排水工程，当滑坡变形与久雨和地下水活动密切相关时，一般采用地下排水 工程。地下排水工程由于能大大降低孔隙水压力，增加有效正应力从而提高抗滑力，故 而加固效果极佳，工程造价也较低，所以应用也很广泛。尤其是地下水位大大高于滑面 的大型滑坡的治理，地下排水往往是首选措施