长江三峡工程库区滑坡防治工程设计讲座

长江三峡工程库区滑坡防治工程设计讲座苏爱军水利部长江勘测技术研究所第一部分：设计要点第二部分：几个设计应注意的问题第一部分：设计要点一、滑坡防治目标与原则二、滑坡治理工程设计时应考虑的基本因素三、治理方法要点四、滑坡防治工程设计阶段划分第二部分：几个设计应注意的问题一、设计的安全系数工程安全等级分级二、滑带剪切强度参数的确定三、滑体及滑带中的地下水位及孔隙水压力四、滑坡稳定性及推力计算五、孔隙水压力计算滑坡的勘察与防治是工程地质学界一个古老而现实的课题，前人做过大量开拓性的研究工作，取得了十分丰富的成果，但仍有不少尚未完全解决的问题。众多迷底或疑问的存在为滑坡勘察与防治的研究及实践提供了强大的动力，给学科的发展赋予了强大的生命力。本次讲座结合长江三峡工程库区多年来滑坡勘察与防治的一些经验，就滑坡识别、滑带剪切强度参数的确定、滑坡堆积体内地下水的贮存与运移规律、滑坡稳定性与推动计算、滑坡防治原则与对策方面进行了探讨。一、滑坡防治目标与原则滑坡防治工程设计的指导思想是：“立足我国国情，防患于未然，推动社会进步”。要明确避免或减少重复性“开拓”或模仿式的“创新”，保证集中有限财力建立适合我国地质灾害形势和国民经济实际情况的科学技术体系。滑坡防治的目标是通过避让、监测预报以及工程治理等手段减少甚至避免因滑坡复活、新产生滑坡或潜在滑移体而导致的直接或间接经济损失以及对环境的不利影响，并尽可能变害为利，为人类造福，滑坡防治的基本原则是以防为主，防治结合，以最少的投资，最短的工期，达到设计基准期内安全运行，并满足所有预定功能要求、安全性和耐久性要求及投资和工期的经济性要求。具体体现在以下四个方面：1、对于性质简单、规模较小的滑坡应一次根除不留后患。2、对于性质复杂、规模巨大、短期内不易查清或工程建设进度不允许完全查清后再治理的滑坡，应在保证建设工程安全的前提下，作出防治全面规划，采用分期治理的办法，使后期工程能获得必须的资料，又能争取到必须的建设时间，保证整个工程的安全和效益。3、对建设工程随时可能产生危害的滑坡，应先采用立即生效的工程措施，然后再做其它工程。4、一般情况下，滑坡治理的时间宜在旱季，施工方法和程序应以避免造成滑坡产生新的滑动。地质灾害防治工程设计应遵循目标优先，安全第一，经济合理，美化环境的原则，具体体现在以下几个方面：1.工程设计所有方案必须从属于地质灾害防治工程要达到的目的；2.防治工程应与主体工程建设相协调，与周边环境相融洽，防治工程的有效性与主体工程使用寿命一致；3.工程措施应因地制宜、对症下药、简单易行，力求安全可靠；4.充分利用当地劳动力、材料、施工技术方面的资源优势，在做到技术上可行的原则下，尽量节省工程投资。5.按先后顺序考虑绕避、排水、减载压脚，支挡防护措施，同时体现综合治理的原则。二、滑坡治理工程设计时应考虑的基本因素1、注意场地条件，防治灾害；2、合理使用岩土参数；3、因地制宜，综合治理1、注意场地条件，防治灾害应充分搜集场地的地形、地质、水文、水文地质等资料，作为设计的依据。场地可能的自然灾害，如暴雨、洪水、地震、滑坡、泥石流等，由于工程建设引起的灾害，如采空塌陷、抽水塌陷、管涌、突水等，同时还应搜集当地有关地质灾害防治工程经验。在勘察、预测和评价的基础上，采取因地制宜的有效防治措施。2、合理使用岩土参数选用岩土参数时，应注意岩土体的非均质性、各向异性、参数测定方法、测定条件与工程原型之间的差异、参数随时间和环境改变，以及工程建设而可能的变化等。由于岩土参数是随机变量，故在划分工程地质单元的基础上，应进行统计分析，算出各项参数的平均值、标准差、变异系数。确定其标准值和设计值。在选定测试方法时，应注意其适用性。3、注意与结构设计的配合滑坡防治工程的基本理论体现为两个观点的最佳结合，一是地质观点，二是工程观点。前者保证对灾害特征、成因和发展趋势的分析正确无误，后者保证优化比选出能够达到防治工程目标，而工程投资又最低的最佳方案。在滑坡防治设计中，岩土工程师与结构工程师应密切配合，使岩土工程设计与结构工程设计协调一致。4、因地制宜，综合治理充分利用地方人力、材料资源与现行施工技术手段，在遵循按清方、排水、反压与抗滑顺序考虑治理措施的同时，应立足以防为主，综合治理。做到设计方案经济合理技术可行。三、治理方法要点1、清方减载2、地表地下水3、反压4、抗滑工程1清方减载（1）上部减载：对推动式滑坡，在上部主滑地段减载，常起到根治滑坡的效果。对其它性质的滑坡，在主滑地段减重也能起到减小下滑力的作用。减载一般适用于滑坡床为上陡下缓、滑坡后壁及两侧有稳定的岩土体，不致因减重而引起滑坡向上和向两侧发展造成后患的情况。对于错落转变成的滑坡，采用减载使滑坡达到平衡，效果比较显著。对有些滑坡的滑带土或滑体，具有卸载膨胀的特点，减载后使滑带土松弛膨胀，尤其是地下水浸湿后，其抗滑力减小，引起滑坡下滑，具有这种特性的滑坡，不能采用减载法。另减载后将增大暴露面，有利于地面水渗入坡体和使坡体岩石风化，这些不利因素应充分考虑。（2）对无向上及两侧发展可能的小型滑坡，可考虑将整个滑坡体挖除。（3）用某些导滑工程，将滑坡的滑动方向改变，使其不危害建设工程。22020018016014012010080黄海高程(m)161.0143.23173.23沿江公路T22b库岸再造预测线老公路T22bT22bT32bQlpQdel10cm厚挂网喷混凝土采用φ6钢筋网5m长锚杆，φ25间距2.5×2.5m削方减载区Qdel浆砌石挡墙滑带22020018016014012010080黄海高程(m)某工程土质岸坡削方减载方案剖面图2、地表及地下排水加拿大哥仑比亚河雷夫尔斯托克（Revelstoke）水库，其右岸为方量达15亿m3的道尼（Downie）滑坡。假定现状稳定系数为1，计算蓄水后稳定系数为0.93。采用地下排水方案治理。滑坡治理包括勘察设计总费用，在1984年为2500万加元。水库蓄水始于1983年10月11日至20日。1984年8月12日达到满库水位。水库运行期间，水库水位在数米范围内变化，滑坡位移速率一直在2mm／a以下。仅在坡脚表层有活动迹象。根据监测到的地下水压力计算主剖面稳定系数，排水后比排水前增加了14.5％。对涉水的水库新生型滑坡，由于其体积巨大，治理原则是抵消蓄水效应并使失稳风险降低到可接受程度，治理措施以兼作勘探的排水洞为基础；对不涉水的移民建设“开发”型滑坡，其工程地质条件是较清楚的，治理原则是抵消不利建设的负效应并使失稳风险降低到可接受程度，治理措施以结构措施为主，非结构性措施为辅；对无危害滑坡仅做监测。（1）治理地表水①在滑坡体周围做截水沟，使地表水不能进入滑坡体范围以内。②在滑坡范围内修筑各种排水沟，使地表水排出滑坡体范围以外，但应注意沟渠的防渗，防止沟渠渗漏和溢流于沟外。③整平地表，填塞裂缝和夯实松动地面，筑隔渗层，减少地表水下渗并使其尽快汇入排水沟内，排出于滑坡体外。图2-1某治理工程中采用的地表排水地表排水措施对提高滑坡体稳定性有显著效果，但其作用只有在对滑坡气象、水文条件有相当研究工作的前提下，才可作为滑坡治理稳定系数设计值，一般情况下只作为其安全诸备。（2）治理地下水①治理滑坡体中的地下水：•加强滑坡范围以外的截水沟，切断其补给来源；•针对出露的泉水和湿地等，作排水沟或渗沟，将水引出滑坡体外；•在常因坡体内的地下水活动而松软、潮湿，引起坡体坍塌滑动的滑坡体前缘，作斜（边）坡渗沟疏干，或作支撑小盲沟，兼起支撑和疏干作用；•整个坡面植树，加大蒸发量，保证坡面干燥。①治理滑带附近的水：•拦截、疏干、排除：要求所设排水构筑物的走向垂直于地下水的流向。根据地下水的埋藏深度、部位和土的密实程度使用不同的排水构筑物，一般浅层地下水可以使用截水渗沟、盲沟；深层地下水则用盲洞、水平孔等。•一般在滑坡前缘附近作支撑盲沟疏导这部分滑动带的水，而在其它部位作排水构筑物排除滑动面上的地下水，后者通常多为盲洞(也叫泄水隧道)或平孔等。•降低地下水位：若滑动带上的水是由下向上承压补给时，多采用将补给水源排走的盲洞或水平孔，即将补给水源向下漏走的垂直排水等措施，使地下水位降低到滑动面以下。（3）排除深层地下水①长水平钻孔：土层和基岩均可采用，但当穿过滑动面时，由于滑坡运动，有可能塌孔，遇到坚硬的孤石或软硬悬殊的岩石，容易引起钻孔弯曲而不能达到预定位置。通常以最终孔径66mm钻进。如遇地下水脉(GroundwaterVeins)，可集中排水，排水量大者可达100l／min以上。根据水文地质条件，水平钻孔可以上倾5°～10°。据有关工程表明：地下排水工程对控制深层滑坡稳定性有相当好的作用。对于深层滑坡而言，当其它常用措施难以实施时，深层排水措施可由辅助措施变为主导措施。②集水井：最适于集中地汇集基岩面上及其附近的地下水。在滑坡区内外，地下水最集中的地段附近，设置直径达3.5m以上的坚井，并在井壁上打辐射状的短水平钻孔，使附近的地下水汇集于水井中，利用带有浮动开关的水泵抽出，或从竖井底部，设置长的水平钻孔，使集水自然流出滑坡下方地表。若只是为了汇集从井壁来的涌水，井的直径为0.3—1.5m左右。辐射水平钻孔可布设2—3层，它不仅可排深层地下水，亦可排浅层地下水。集水井深度一般为15～30m。在正在滑动的滑坡区内施工集水井时，应达到比滑动面浅的部位即行停止，并尽量缩短工期；在暂未滑动的滑坡区内或滑坡区外，集水井应深入基岩2～3m。如日本茶臼山滑坡设置的集水井深度21.5m，内径3.5m，外径5.0m；又如日本地附山滑坡，在滑坡中部布置20个集水井，深度17—35m。3、反压（1）下部反压：在滑坡的抗滑段和滑坡体外前缘堆填土石加重，如作成堤、坝等，能增大抗滑力而稳定滑坡。但必须注意只能在抗滑段加重反压，不能填于主滑地段。而且填方时，必须作好地下排水工程，不能因填土堵塞原有地下水出口，造成后患。（2）减重与反压相结合：对于某些滑坡可根据设计计算后，确定需减少的下滑力大小，同时在其上部进行部分减重和在下部反压。减重和反压后，应检算滑面从残存的滑体薄弱部位及反压体底面剪出的可能性。220200180160140120100806040黄海高程(m)115.0130.01:31:31:31:3143.23173.23145.0干砌石护坡厚30cm碎石垫层厚20cm人工回填160.0175.23原地面线沿江公路QdlQdlQaplQaplT32bT22b库岸再造预测线220200180160140120100806040黄海高程(m)图2-4某工程土质岸坡回填压脚方案剖面图4、抗滑工程（1）抗滑挡土墙（2）抗滑桩（1）抗滑挡土墙一般常用为重力式挡土墙。挡土墙的设置位置，一般设置于滑体的前缘；滑坡中、下部有稳定的岩土锁口者，设置于锁口处；如滑坡为多级滑动，当总推力太大，在坡脚一级支挡混凝土工程量太大时，可分级支挡。抗滑挡墙的设计计算步骤为：①确定设墙位置及范围；②确定墙高；③确定墙基埋置深度；④计算可能利用的被动土压；⒂挡土墙的抗滑、抗倾覆、基底压力和墙身截面强度验算。重力式抗滑挡墙常用断面型式（2）抗滑桩适用于深层滑坡和各类非塑性流滑坡，对缺乏石料的地区和处理正在活动的滑坡，更为适宜。抗滑桩具有以下主要优点：①设桩位置灵活，可集中设置在滑坡的前缘附近，也可设置在滑坡体其它部位；可单独使用，也可与其它构筑物联合使用。②每根桩的工程量不大，施工中对滑体稳定性影响小。对正在活动的滑坡，采用自两侧向主轴施工的方法，可以不加剧其活动性。③在已通车的线路或已投产的厂矿施工，可以不影响行车和正常生产。④桩孔本身是一个很好的深探井，通过它可以取得滑动面准确位置等其它参数，检验和修正设计，使其更符合实际。抗滑桩的平面位置、间距和排列等，取决于滑体的密实程度、含水情况、滑坡推力大小及施工条件等因素。通常需布置一排或数排，每排在平面上布置呈向上方的拱形，更有利于承受推力和让边桩多分担荷载。各排桩间的距离取决于前后桩排上的推力分配，通常是每一块滑体布设一排，设于滑体较薄的