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岩土工程设计及治理分析

摘要:勘察结束后施工之前进行的一项重要工作是岩土工程设计,也是保证施工顺利进行和建设目标实现的关键。岩土工程设计的依据是结合甲方对施工的要求和地质的勘察情况,而对地质情况勘察是进行设计的基础,其目的是为以后的施工提供地质参数。文章对岩石结构特点进行分析,得出了易产生崩塌的原因,并对其治理情况举出实例进行分析。

关键词:岩土工程;工程设计;土质勘察;地质参数;岩石结构

1岩石易产生崩塌的原因及岩石的结构特点

1.1岩石结构特点

岩石存在的形式是多种多样的,有时长,有时窄,还会变稀疏,这就是岩石区别于别的裂隙性的特点,裂隙也以不同的形态存在,或粗糙或光滑、或弯曲或平直、或填充或空等。裂隙形成的原因也有很多,原生节理可能是岩浆凝固收缩形成,构造节理是有的构造应力形成的,层理是有的沉淀断断续续形成的,片理可能是变质作用形成的等,在岩石中形成了多样复杂的裂隙系统。岩土工程勘测设计的关键就是搞清楚裂隙系统的产状、分布和参数。1.2岩石易产生崩塌的原因岩土产生崩塌的原因有多方面的,比如地貌方面,在坡度不小于55°还有高度不小于28m以上的陡峭斜坡,这样的坡面多不平整易发生崩塌;岩性条件方面,在岩体上出现节理裂隙发育就可能会发生崩塌;构造方面,当岩层发育有多组节理且有一组节理倾向山坡及倾角大于25°小于65°时,或节理面呈弧形弯曲的光滑面或上坡上方不远有断层破碎带存在时,或两组与山坡走向斜角的节理组成倾向坡脚的楔形体时,或变质岩中片理片麻构造发育的地段,风化后形成弱结构面等情况都易导致崩塌情况。还有就是昼夜温差、季节变化,促使岩石风化;强烈地震及人类工程活动中的爆破、边坡开挖过高过陡,破坏山体平衡都会导致崩塌发生。

2岩土工程设计治理的现状

岩土勘察设计的发展是在基础工程建设发展基础上推进的,相应的在市场上岩土工程设计行业的竞争力就增大了。我国目前岩土工程设计后治理过程中,岩土土体的强度、沉淀和形变等会随着不确定因素的出现而发生改变,从而影响设施的稳定性,具体施工中专门的设计人员回到现场监控并对出现的问题结合勘测数据和现场情况及时做出应对。对岩石崩塌情况一般采取的措施有消减水灾和加强边坡的修筑两种。消减水灾主要就是降低孔隙水压力和动水压力,防止岩体的溶蚀分解,减少或者消除水的冲刷,防止滑坡引起的崩塌。排除地下水要根据边坡地质结构和水文地质条件来进行,常用的方法有垂直孔排水、水平钻孔疏干、竖井抽水等。加强边坡修筑的方法是针对岩石山体崩塌的应对措施,是使用一定工程技术通过改变边坡岩体的力学强度来提高岩体抗滑能力。常用的方式有削坡减载、边坡人工加固及预应力锚杆和锚索。削坡减载法是通过降低坡的高度或者放缓坡的角度来改变边坡稳定性,其中削坡尽量削减的是不稳定岩体的高度,留住防滑岩体。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-94),山体平面破坏多发生于岩体边坡的主要结构面逐渐趋向平行于坡面,结构面倾角位于坡角和其内摩擦角之间时,稳定系数可按如下公式计算:Fs=[CA+(Wcosβ-μ-Vsinβ)tanφ]/(Wsinβ+Vcosβ)(1)A=(H-Z)CSCβ(2)μ=γ∞ZW(H-Z)CSCβ/2(3)V=γ∞Z∞2(4)W=γH2{[1-(Z/H)2]cotβ-cotα}/2(5)式中:γ∞——为水的重度,kN/m3γ——为岩体的重度,kN/m3α——为坡角,(°)β——为结构面倾角,(°)φ——为结构面摩擦角,(°)W——为滑体所受的重力,kN预应力锚杆和锚索法主要适用于对有裂隙或者软弱结构面的岩质边坡进行加固。根据GB50086-2012规定,锚杆的轴向拉力标准值计算和对其设计值计算可按以下公式计算:Nak=Htk/cosα(6)式中:Nak——为锚杆轴向拉力标准值,kNNa——为锚杆轴向拉力设计值,kNHtk——为锚杆水平拉力标准值,kNα——为锚杆倾角,取15°根据GB50086-2001规定,锚杆锚固段长度按以下两式计算:La≥kNak/(πdNqSS)(7)La≥kNak/(πDNqSR)(8)式中:Nak——为锚杆轴向拉力标准值,kNLa——锚杆锚固段长度d——锚杆杆体直径D——锚杆锚固体直径Nak——锚固体与地层粘结强度标准值,kPak——安全系数,取2.0qSs——为钢筋与浆体之间的粘结强度标准值,MPaqSR——为浆体与岩体间的粘结强度标准值,MPa边坡人工加固法是利用修筑护墙、挡土墙、钢筋桩等来预防岩体的崩塌。

3岩土工程设计及治理的具体实例分析

文章以安徽省芜湖市的大官山为例对岩土工程设计及治理进行详细的分析。大官山位于市中心居民密集地带,掩体崩塌主要是雨季时发生。山体因各种因素形成近似直立的峭壁,东侧坡高27~30m,岩体边坡值1∶0.11,综合考虑大官山的实际地形、地层岩性、岩土结构等,治理方案决定采用削坡减载、锚杆锚索、喷射混凝土支护、山顶排水体系优化、拦石墙拦截等方案进行综合性的治理措施。

3.1削坡减载

参照《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)并结合地方特点与地质情况,对岩体及结构面具有代表性的灾害体的物理力学参数进行计算,见表1:为了避免雨季来临大官山发生崩塌情况造成人员伤亡等情况,对大官山坡体坡面进行修整处理。大官山东侧的两组裂隙走向、陡坡走向以及倾角近似一致,如图1。通过式(1)~(5)计算出大官山稳定系数Fs<1.0,而规范建议是Fs=1.0~1.15,所以削坡减载是必要的。

3.2锚固注浆

锚杆设计的主要目的就是对大官山山体进行削载后形成的坡面节理裂隙进行加固。本工程要求钢筋与浆体之间的粘结强度值为2.0MPa,浆体与岩体之间的粘结强度标准值取0.3MPa。通过式(6)~(8)计算得出锚杆各项参数值,见表2:锚杆长8m,锚孔直径100mm,M30水泥砂浆灌浆,水灰比为0.4,灌浆直径应小于2.5mm,锚杆对中支架设立为每隔2.0m,注浆时的压力应控制在0.6MPa左右。

3.3喷射混凝土支护

喷射混凝土的厚度在50cm左右,由于岩体边坡平整性不好,将喷射厚度调整为8cm,喷射使用的水泥比例1∶2∶2,采用干式喷射工艺,喷头水压应大于0.15MPa,可以加入适当速凝剂加速凝结,喷射由下至上进行,喷射距离保持在0.8m左右即可。

3.4山顶排水优化

根据历年降雨量情况,对山顶排水系统进行优化。在距离山顶1.0m处砌筑30m×30m断面的明沟,排水管采用长1m倾角5°的进行排水。

3.5拦石墙拦截

根据当地地质情况勘察以及山体岩石风化情况,拦石墙设计为高0.8m,宽24m。在山体与住户之间形成屏障,防止掉落险石发生事故。

4结语

岩土工程设计是建设中最基础性的环节,工作开展要有规范性和科学性。岩土工程设计方案的好坏直接关系着治理效果,结合区域的地质情况对周围的山体进行勘察,通过削坡减载、边坡人工加固、预锚杆注浆、喷射支护等方面对山体的危害进行治理,不仅能够保护人民的生命财产安全,对经济建设也有十分重要的意义。

作者:何辉 单位:中国有色桂林矿产地质研究院有限公司

参考文献

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