巖土工程施工中地質災害處理方案研究

陳貴庭

（中鹽勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

1 預應力錨索技術

1.1 特殊巖土體的基本特征

特殊巖土體在巖土工程施工過程中會產生較大的塑性變形，從而導致強度降低，根據巖土體的固有特性，隨著時間的積累，開始會在中間形成各種裂縫，最終會出現裂縫和膨脹。

1.2 預應力錨索技術在特殊巖土體地段的應用優勢

預應力錨索，它包括錨索束體、外錨頭和錨孔三個基本部件。在巖土工程邊坡處理中，預應力錨索技術具有獨特的優勢，錨索束在預應力錨索中起著關鍵作用。采用后張拉預應力可以減少和消除自然力場對工程地質體或結構的危害，同時后張拉預應力可以根據現場需要調整錨索的布置、深度，對加固干擾小，在不破壞巖土穩定性的情況下達到加固的目的，有利于項目的進展；在預應力錨索中使用的預應力筋，只要使用較小的材料截面，就能產生較高的預應力，同時施工周期相對較短[1-3]。

在巖土工程邊坡的處理中，預應力錨索技術可以在很多方面保持邊坡的穩定，通過鉆孔將錨索固定在巖土表面上，相對于巖土工程具有一定的穩定性，減少了邊坡坍塌的不穩定因素。在施工過程中，預應力錨索施工材料簡單，造價低廉，因此，預應力錨索技術已成為現階段巖土工程中處理邊坡的常用技術。在地基穩定性較強的巖土機理上采用預應力錨索技術，可以保證巖土工程邊坡的穩定性和巖土結構的密實度。同時，預應力錨索技術能有效地保證土體和土體的承載力，并能有效地調整支護強度，減輕支護重量。

1.3 預應力錨索技術的主要應用原理及應用價值

預應力錨索技術是基于加固原理實施的。通過對地質體相應部位的加固，可以在巖土工程施工過程中有效地對相應部位進行加固，該施工方法可以利用錨索提高邊坡巖體整體強度，也可以減少工程項目投入使用后的坡度下降，保證整體的高坡穩定。

此外，在巖土工程施工中實施預應力錨索技術，能有效防止相應部位地表水滲漏，在一定程度上防止巖土風化剝落，從而有效改善地質體。結合施工項目的要求，施工需要和因地制宜原則，一般采用自上而下的預應力群錨，可有效地降低高邊坡對錨索整體強度的影響，它有助于確保錨索的充分功能，并有助于減少路面上的土壤抬升問題。

預應力錨索技術是巖土工程施工中常用的技術之一，其復雜程度高于一般技術。在工程施工中，要充分考慮當地實際情況，科學施工，結合具體施工標準和要求，在充分調查當地實際情況的基礎上，科學應用預應力錨索技術，可以有效地促進巖土工程施工的順利進行。

2 特殊巖土體開挖邊坡的變形破壞類型

受巖土礦物組成和結構特征的控制，邊坡的破壞主要有淺層蠕變、深層結構面控制滑動破壞和崩塌破壞三種類型，本文主要介紹前兩者。

2.1 淺層蠕變變形破壞

對巖土體開挖后暴露在大氣中后，會發生脫水、干裂、水脹等變化，造成巖土結構破壞。在暴雨時會不斷變化，表現出地質災害的基本特征。這種變形破壞的形成速度與巖土微裂縫的密度和氣候條件有關。特殊巖土體遇水后會形成非常細小的顆粒，這些顆粒物易受坡面水侵蝕，不易截留，從而形成淺層蠕變變形破壞。

2.2 滑動破壞受結構面控制

該類型滑坡受土壤中緩傾斜的結構面控制，根據成因可分為兩種類型：①低傾裂縫滑坡。在當前大氣環境中形成的低傾裂縫，埋深3m～12m，發育最多的為5m～10m；②泥質巨型滑坡。該類型滑坡的斷面形態不再是傳統的圓弧，而是折線，尾緣斷裂面傾角通常大于60度，底部滑動面適應或跟蹤現有的構造面。

構造面控制滑坡的內在原因是邊坡上存在低傾構造面，這是滑坡發生的必要條件。對有關公路段的詳細地質研究發現，當緩傾斜裂縫的接通率大于50%至60%時，可能會發生地質災害。

3 工程設計難點及解決方案

3.1 設計的困難

巖土工程施工區域的地形東西傾斜，前緣約890m長，坡軸28m～75m長，面積約39000m2，潛在滑動體約39000m2，變形體主要滑動方向275。邊坡上存在許多大而平行的水平張拉裂縫。邊坡表面大部分格構結構被剪切破壞，使邊坡局部表層巖土發生滑移。

設計難點包括：

（1）邊坡巖體應保持一定的含水量，避免不斷的干濕循環，同時對巖體中的裂隙水進行排水。防止地表水滲漏。

（2）在高烈度地震條件下。泥巖邊坡最大高度為20m，整體穩定性和變形控制困難。

（3）雨季多，巖土體遇水易軟化崩解。因此，對路基防水排水的設計要求非常高。

在自然狀態下，土體中存在高水平應力。測得的水平應力可達到自重應力。隨著河道的開挖，土體的卸荷能力增強。在膨脹機制下，微斜裂縫有滲透的傾向，沿構造面剪切位移引起礦物定向和強度衰減。同時，緩傾斜的構造面和頂板坡被拉長，地下水活動趨于活躍。

3.2 解決方案

針對以上困難，遇到特殊巖土體，要加強坡腳和合適的斜率，分析巖土體失穩變形機理。借鑒國內外成熟的保護治理經驗，充分利用巖石力學的理論基礎，經過反復論證和優化，因地制宜綜合運用了分段防護、半封閉式保濕防滲、加固支護、截水等多種措施。解決“保濕”與“防滲”的矛盾，制定了先進的技術和合理的經濟。

（1）對邊坡的半封閉式防護發揮“保濕防滲”作用，減輕坡腳壓力。預防不同深度的巖土體邊坡病害。錨固段埋在完整的基巖中，保護邊坡，減小膨脹收縮壓力，支護加固邊坡，防止深度塌陷。此外，還可以提高坡腳和下臺階應力集中引起的滑面抗滑能力，穩定坡腳。采用十字形錨桿框架保護上坡，減小巖石在表面的強度衰減，防止邊坡剝落滑動，進一步有效防止深層塌陷。

（2）加強防水排水，防止地表水滲漏。采用側溝、排水溝、坡臺、樁板墻頂平臺截流溝截流地表水，并采取措施封堵溝底，結合半封閉式護坡，形成完整的防水排水體系。當所有的排水管穿過裂縫時，巖土表面首先需要平整和加固，對裂縫進行開挖回填，從而防止積水在坑內堆積，沿裂縫滲漏，以及地表水沖刷邊坡，還可以減少地表裂縫中地表水的灌溉，達到維護邊坡平整度和養護的目的。

4 巖土工程施工中遇到特殊巖土體地段發生地質災害的處理方法

特殊巖土體地段失穩的內在原因是土體的膨脹收縮和低角度結構面坡的分布。誘發因素有河道卸載、大氣環境影響、降水入滲或地表水入滲。因此，對特殊巖土體地段的處理主要從三個方面著手。

4.1 更換坡面

更換厚度大于0.6m土層可以減少80%的含水率變化。但考慮到現場施工條件、大型施工質量因素和坡頂抗滲性，建議對相同深度的不同類型的巖土體和渠道采用不同厚度處理。非過水斷面在經過網格結構等抗沖刷處理后不得更換。為保證替代層在渠道長期運行環境中的保護作用，替代材料應具有良好的水穩定性，滲透率應當較小。

4.2 結構面控制地質災害發生的相關措施

當渠道開挖較深且土體為低傾斜結構面時，應采取進一步的預防地質災害發生的措施，防止渠道在卸載、降雨或長期渠道滲流的影響下沿結構面發生滑動。對于特殊巖土體開挖，卸載對邊坡穩定性的影響不可忽視，包括引起裂縫張開、逐漸相交緩傾斜裂縫，結構面會逐漸滲軟，造成邊坡不可逆、緩慢、持續的變形。因此，預防地質災害發生設計應按照以下原則進行。

（1）開挖深度超過6m，邊坡為低角度結構面，容易發生滑動。當土壤中鈣質結節含量超過30%(或鈣質結節密度超過15/m2)時，往往難以形成長裂縫。因此，開挖深度大于6m，應利用現場地質記錄，進一步細化、澄清需要處理的部位。

（2）渠道開挖數值模擬及邊坡穩定性敏感性分析表明，深基坑開挖過程中，邊坡頂部和馬道為拉應力區，樁身位置應為各層邊坡高度的1/3。邊坡上存在多個可控結構面，且存在單段邊坡滑移，可結合緩坡結構面分布位置適當調整。

（3）坡腳為應力集中區域，對坡體整體穩定性有重要影響。通水段的坡腳齒壁應具有足夠的強度和尺寸，以達到抑制坡腳土壤軟化和為襯板提供支撐的目的。

4.3 防滲排水處理措施

（1）坡頂最易受雨水和地下水入滲，河道開挖深度為10m時，坡度比為1:2，無平緩坡角結構面分布，坡頂拉伸塑性區寬度為5m～7m；當邊坡為緩坡結構面時，邊坡頂部受拉塑性區寬度可達20m，即：渠道開挖會增加邊坡頂部土體的透水性。

（2）特殊巖土體的水文地質條件復雜多變。地下排水溝可布置成“X”形無地面排水溝和地下排水溝，當沒有自排水條件時，處理措施的選擇應特別謹慎。目前工程中常用的單向防滲體系實際應用與預期效果差距較大。主要問題包括當河流后退時，滯后的地下水下降，導致出現地質災害和其他問題。建議采用增加置換厚度方式。

5 結論

特殊巖土體一直是巖土工程中的一個難題。結合實際情況可以采用上坡和淺層保護，防止深部塌陷，采用下坡深層防護，提高邊坡抗滑力，穩定坡腳，在邊坡腳下設置防滑樁，防止發生地質災害。