第四章滑坡防治技术 课件

1 第四章滑坡防治工程 2 第一节滑坡防治技术体系及方案比选 3 一 滑坡防治原则1 预防与治早 治小相结合滑坡失稳致灾是一个能量缓慢积聚突然释放的动力学过程 通过监测及早预测滑坡所处阶段 防患与未然 可以在滑坡发育初期 滑动面尚未完全贯通 施以相对经济可行的方法实现滑坡的有效治理 例如 牵引式滑坡前一级滑动后 后级会失去前部滑坡体的支撑而随之滑动 滑坡范围不断扩大 及时稳定前一级滑坡 治理工程量相对较小 4 2 综合防治滑坡是一个多因子耦合异变的灾害地质过程 其治理工程应根据保护对象及滑坡体特征 从排水 削方卸载 抗滑支挡等方面综合考虑 提出优化治理方案 实现滑坡综合治理 5 3 根治与分期治理相结合根据保护对象的重要性及保护时限 区别对待滑坡治理工程使用寿命 设计使用年限应为50年 属于根治范畴 滑坡体规模巨大 超过1000万m3 目前稳定性较好 治理经费有限时 可进行分期治理 稳定性差 危险性大的滑坡区域予以优先治理 尚不能实施有效治理的滑坡区域必须进行地表位移 深部位移及应力监测 6 分期治理的滑坡应根据监测结果时刻掌握滑坡的稳定性态 据此调整滑坡后期治理思路及方案 4 治理工程与土地资源开发利用相结合我国国土资源十分匮乏 尤其在交通干线部位 江河港口码头及水库岸坡城镇集中区域 滑坡治理应充分考虑土地资源的有效保护和合理开发利用 7 5 工程治理与景观相结合公路 城市边坡及风景名胜区内的滑坡治理 防治工程方案拟定及结构工程设计应充分考虑景观效应 治理工程在色彩 饰面 外露部分的结构造型等方面与环境相协调 8 二 滑坡防治安全等级根据滑坡失稳后的破坏结果 将滑坡防治工程的设计安全等级划分为三级 一级 危及县和县级以上城市 大型工矿企业 交通枢纽及重要公共设施 破坏后果严重 二级 危及一般城镇 居民集中区 重要交通干线 一般工矿企业等 破坏后果严重 三级 除一级 二级以外的地区 9 三 滑坡防治技术体系可从绕避 排水 力学平衡和滑带土改良等方面进行滑坡防治技术分类 排水技术 地表排水地下排水力学平衡 削方减载坡脚回填反压抗滑支挡 抗滑挡墙挖孔抗滑桩锚索抗滑桩锚索框架 地梁 抗滑键 排架桩 钢架桩 钢架锚索桩 微型群桩 支撑盲沟 10 11 滑坡防治工程 预防措施 整治措施 减滑工程 抗滑工程 化学加固 刷方减重 河流建筑物 地下水排水工程 地表水工程 抗滑桩 挡土墙 竖井桩 12 1 排水工程治化先治水 采用截水沟截断从滑坡体周围进入滑坡体的地表水 通过地下排水方式排泄滑坡体周围进入滑坡体的地下水及滑坡体区域内的大气降水入渗滑坡体的地下水 13 边坡排水沟 14 泄水盲洞 15 洞孔联合排水 16 平孔排水孔钻进 福厦高速路宏路滑坡 17 坡脚平孔排水 福厦高速路宏路滑坡 18 滑坡集水井中正钻水平孔 长野清水山 19 滑坡上部减重 2 削方减载条件适宜时尽可能采用削方减载 削坡减载的条件 滑坡属于推移式滑坡 滑坡体中后部地表无道路 市政管网 居民聚集区等 滑坡体附近有足够的弃渣堆积场 20 箭丰滑坡减重后全貌 福建205国道 21 减载与反压 致滑段 阻滑段 削坡减重 坡面线 滑动面 22 3 坡脚回填反压运用岩土体反压滑坡中前部 增大滑坡抗滑力 载滑坡中前部无房屋 道路及市政管网等基础设施 地势平坦 岩土填料易于获取等条件下 优先选用用坡脚回填反压治理滑坡 条件适宜时回填反压应与滑坡削坡减载方案同时使用 治理工程设计时 应确保回填反压土体的自重稳定 23 坡脚回填反压 24 京广铁路坪石车站反压稳定滑坡 25 4 抗滑挡墙 26 4 悬臂抗滑桩对于中小型滑坡 滑坡推力较小 设计治理工程方案可采用悬臂桩 悬臂段承受滑坡推力 并通过嵌固段传递到稳定地基内 嵌固段长度为1 3 1 2桩长 为嵌入中风化岩层内的长度 滑坡体 悬臂抗滑桩 中风化带 嵌固深度 27 抗滑桩排 兰青公路享堂滑坡 28 5 锚索抗滑桩对于大型 特大型尤其是岩体滑坡 滑坡推力较大 拟定治理工程方案时可采用锚索抗滑桩 锚索抗滑桩有钢筋混凝土抗滑桩和锚索组成 锚索布设在桩顶以下1 0 1 5m 滑坡推力较大时可布设多排锚索 锚索倾角不大于30 29 高边坡锚索地梁加固 京珠高速公路粤北段 30 预应力锚索 南昆铁路八渡车站滑坡 31 拉力分散型锚索 32 拉力分散型锚索 返回 33 地梁浇注砼 34 6 锚索框架对于大型及特大型滑坡 可采用锚索框架予以防治 锚索框架又称为 锚索格架 由锚索和钢筋混凝土格构组成 格构由C25及其以上标号的钢筋混凝土现场浇注 形成不大于3 3m 3 5m的框架 格构梁采用矩形断面 长边垂直于坡面 35 抗滑桩施工 36 锚索抗滑桩钢筋 川藏公路二郎山滑坡 37 预应力锚索框架治理滑坡 太原 古交公路K13 800 38 锚索地梁和坡脚抗滑桩 39 锚索地梁和锚索框架 京珠高速公路粤北段K155 40 锚索抗滑桩和锚索地梁 京珠高速公路粤北段K98滑坡 41 7 钉 锚复合抗滑桩滑坡规模较大且滑坡体物质松散时 可采用钉 锚合抗滑结进行滑坡治理 钉 锚复合抗滑结构由锚杆 锚索和格构三部分组成 锚杆作用在于增强表层滑坡体的整体性 锚索则将滑坡推力传递到滑坡体下部稳定岩体内 格构的作用主要是将锚杆 锚索组成空间整体受力体系 42 四 滑坡防治方案选择1 绕避滑坡的方案贯彻 地质选线 的原则和指导思想 在可行性研究 初测和定测阶段都应加强地质工作 详细查明所遇到的滑坡的规模 性质 稳定状态 发展趋势和危害情况 尽量避开大型滑坡连续分布地段 大型厚层堆积层分布地段和大型断裂破碎带 绕避方案可以用桥梁跨河绕避 也可以用隧道绕避 43 2 通过滑坡的治理方案对于稳定性较高且满足设计要求的滑坡 如崩塌性滑坡 滑坡距离长 重心降低多 抗滑段长 又无河 沟 水继续冲刷 主要是人为作用因素 如填 挖工程位置和数量 灌溉水及生产和生活用水防渗等 完善地表排水系统后 一般可不做支挡工程 当滑坡前缘有河 沟 水冲刷时 应做防冲刷工程 44 稳定性不满足设计要求的滑坡 如当滑坡尚处于稳定状态但在人类工程活动或自然因素作用下可能局部或整体失稳的古老滑坡 已经变形的新滑坡等 可采用以下治理方案 45 局部改移线路平面位置纵坡当线路位于滑坡前缘且采用抗滑段以路堑挖方方式通过时 常因挖方消弱了滑坡抗滑力而引起老滑坡复活或新生滑坡 有条件时可局部调整线路向滑坡前缘移动 变挖方为填方 以增加滑坡的稳定性 46 有条件调整线路纵坡时 可减少滑坡抗滑段的挖方深度 保持或恢复滑坡的抗滑力 不在滑坡的主滑段和牵引段填方 不在抗滑段挖方 稳定性不足时需设排水和支挡工程 不合理施工 47 桥梁通过滑坡的治理方案桥梁是重要建筑物 一旦被破坏 后果严重 山区高速公路建设受地形限制 填方对滑坡稳定性的影响巨大 此时可采用桥梁通过古老滑坡的方案 桥梁对滑坡移动比路基更敏感 可在桥墩山侧或河侧设一排抗滑桩或在每个桥墩前作抗滑桩保护桥梁安全 48 有条件时 也可在滑坡前缘填方反压保滑坡稳定 应先治理滑坡后做桥墩台 滑坡的滑动可能危害桥梁 故需在桥梁山侧或河侧均设支挡工程 采用填土的方案 一般不可行 不合理施工 49 隧道通过滑坡的治理方案隧道穿越滑坡体或距离滑坡面太近时 易出现安全隐患 例如 成昆铁路东容河1号隧道通车20年后 因河流古滑坡复活使隧道错断 不得不在滑坡上部减重 在隧道两侧作两排抗滑桩 保证隧道安全 隧道进 出口及主体均应布置在滑坡体后侧稳定岩体内 50 减重和反压方案在滑坡的主滑段和牵引段挖方减重 在抗滑段及前缘反压是最经济有效的治理方案 尤其对已经有变形迹象的滑坡能取得快速稳定滑坡的效果 减重或反压与支挡工程结合 能减小滑坡推力 减少支挡工程量 节约投资 在有条件时应尽量采用 51 支挡工程方案的选择支挡工程包括 抗滑挡墙 抗滑桩 锚索抗滑桩 锚索框架 地梁 微型桩群 反压土石堤等 其稳定滑坡见效快 是大多数滑坡治理采用的措施 也是造价最昂贵的工程 他的合理选择非常重要 52 支挡工程位置的选择 抗滑支挡工程一般设在滑坡的抗滑段滑体较薄处 充分利用滑坡自身的抗滑力而减少支挡工程量 但当被保护的对象如路基 桥梁 建筑物等位于滑坡的中部 上部时 只能根据保护对象的需要选择支挡工程位置 高速公路沿线的抗滑桩工程为保护环境和视角及施工中的安全 将桩埋入一级或二级边坡平台 53 对于多级牵引式滑坡 当只有前级滑动时 及时设一排支挡工程稳定前级 后级即可稳定 但当两级或三级均已滑动时 因滑坡推力大 常需设置多排支挡工程 结构式的选择 结构式的选择取决于滑坡推力的大小 滑面埋深和施工条件 54 当滑坡推力小于300kn m 滑动面埋深小于3m时 可用抗滑挡土墙 当滑体含水量较高时 可与墙后支撑盲沟一起使用 墙高应保证滑坡不会 越顶 滑出 当滑坡推力为300 1000kn m时 采用悬臂抗滑桩或锚索抗滑桩 滑坡推力为1000 2000kn m时 可采用锚索抗滑桩 更大的滑坡推力则需设两排桩 或桩与锚索框架共同抗滑 或分级支挡 55 当有多级滑面时 应分层计算滑坡推力 支挡工程应保证各层滑坡的稳定 对于多层滑面的滑坡 各层的活动状态和复活的可能性不相同 可采用不同的安全系数计算滑坡的推力 当深层滑面在排水后无滑动时 抗滑桩不一定要锚入深层滑面以下 56 57 58 59 60 三 滑坡稳定性分析1 滑坡防治工程安全等级根据滑坡失稳后的破坏后果 将滑坡防治工程安全等级划分为三级 一级 危及县城和县城以上的城市 大型工矿企业 交通枢纽及重要公共设施 破坏后果特别严重 二级 危及一般城镇 居民集中区 重要交通干线 一般工矿企业等 破坏后果严重 三级 除一级 二级以外的地区 61 2 滑坡推力安全系数滑坡推力安全系数 治理目标 Fst按照最不利工矿下的稳定系数Fs确定 62 2 滑坡稳定系数计算方法滑坡稳定性分析主要属于滑坡勘察范畴内容 但在进行滑坡治理工程设计时需进行滑坡稳定性复核 并精确获取设计工矿条件下的滑坡推力值 滑坡稳定性分析中的计算工矿 工矿一 滑坡体重 建筑荷载 暴雨 63 工矿二 滑坡体重 建筑荷载 地震 水平地震力 位于河库岸坡的滑坡治理工程 考虑河库水位及水位变动的影响 稳定性分析时尚应增加三个工矿 工矿三 滑坡体重 建筑荷载 暴雨 高 如三峡水库175m水位 工矿四 滑坡体重 建筑荷载 水位降落 如三峡水库从175m水位降落至145m水位 64 工矿五 滑坡体重 建筑荷载 水位降落 地震 水平地震力 滑坡稳定性分析中 建立在莫尔 库伦强度准则基础上极限平衡法属于经典方法 在世界范围内得到广泛应用 滑坡稳定性分析大多数十静不定问题 通过引人一些简化假定来使问题变得静定可解 65 其计算过程一般先假定边坡是岩土体沿某一确定的滑裂面滑动破坏 再根据滑裂岩土体的静力平衡条件和莫尔 库伦破坏准则计算沿该滑动面滑动的可能性 即稳定系数的大小或破坏概率的高低 然后系统地选取多个可能的滑动面 用同样的办法计算稳定系数或破坏概率 稳定系数最小或破坏最高的破坏面即最可能的滑动面 66 极限平衡法通常采用条分法能够适应复杂的坡体几何形状 各种土质以及孔隙水压力等条件 目前以提出的多种基于极限平衡理论的条分法基本思路相同 均假定岩土体沿着滑动面作刚性体 根据静力平衡条件和极限平衡条件求得滑动面上力的分布 从而计算获得滑坡稳定系数 67 方法之间的区别在于条块间作用力假设与所需满足的平衡条件 如表3 2所示 68 1 圆弧法对于均质土坡及没有破坏面的岩质高边坡 以圆弧形破坏面方式失稳破坏是公路高边坡常见的整体失稳模式 在一定条件下可视为平面问题 用圆滑法进行稳定性分析 先假定滑动面为一圆弧 把滑动岩体视为刚体 求滑动面上的滑动力及抗滑力 再求这两力对滑动圆心 69 70 71 72 二 滑坡防治滑坡防治的目的是 保证人们生命财产安全 保证工程设施安全稳定 保障工程建设顺利实施 滑坡防治的总体原则是 预防为主 治理为辅 防治结合 及时治理 分期实施 73 滑坡治理措施必须通过详细工程地质勘查 查明工程地质条件和影响其稳定性的各项因素 查明滑坡变形破坏的边界条件 规模及处演化阶段等 因地制宜采取不同的治理措施 74 一 滑坡防治方法分类根据治理目的分类 应急治理 灾害正在发生时 为防治滑坡灾害进一步加大 而进行的临时治理 滑坡永久治理 采取治理措施 使斜坡稳定 不再继续向破坏的方向发展 75 根据防治措施分类 避让措施 人居区 工程设施搬离滑坡危险区 拟建工程避开滑坡危险区 条件是 搬迁 避让费用小于滑坡工程治理费用 并且有适宜的搬迁场地 监测预警 进行监测预报 避免人员伤亡 减轻财产损失 条件是 形成条件复杂 无法确定治理方案的滑坡 滑坡规模大 搬迁避让难度大 治理困难 76 正在活动 无法实施治理工程的滑坡 工程治理 治理费用小于搬迁费用 工程重要搬迁 土地资源紧缺 无搬迁场地 滑坡可能造成较大的社会经济影响 滑坡工程治理措施可归纳为 排 拦 稳 固 进行滑坡防治时 优先考虑避让措施 77 二 滑坡的应急治理灾害正在发生时 为防治滑坡灾害进一步加大 而进行的临时治理 往往待气候 人员撤离等条件允许后 将进行根本治理 应急治理措施主要有 1 开挖截 排水沟 将地表水引出危险区 防止地表水渗入加剧滑坡变形 78 2 及时封堵裂缝 防止地表水沿裂缝直接注入滑坡体 3 利用重物反压坡脚 如砂袋 块石等压脚 4 后缘实施简易的减荷工程 如拆除危房 清除部土石 坡体其它重物等 以减少下滑力 79 应急抢险处置措施 A 开挖排水和截水沟将地表水引出危险区 B 及时封堵裂隙防止地表水的直接渗入 C 利用重