石楼县武装部黄土崩塌地质灾害发育特征及防治

王 卉

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620)



石楼县武装部黄土崩塌地质灾害发育特征及防治

王 卉

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620)

简要阐述了吕梁市石楼县武装部黄土崩塌地质灾害发育特征及成因，对崩塌体进行了半定量、定量稳定性分析计算，针对黄土崩塌的特征，采取了浆砌石护面墙、锚索(杆)格构、截排水等工程措施，为治理工程施工提供技术依据。

黄土崩塌，锚索，锚杆，护面墙

石楼县地处吕梁地区黄土丘陵沟壑区，高陡黄土边坡随处可见，是地质灾害最为严重的地区之一，石楼县武装部崩塌位于石楼县旧城的北部，屈产河的左岸，属黄土台塬地貌，塬面高出河床40 m～50 m。自1995年以来，相继发生过多次崩塌，造成40多间居民房屋被毁，目前威胁武装部家属区、城关小学、环保局、广电局宿舍、财政局宿舍和旧法院宿舍等，共400多户居民。

1 地质灾害发育特征

崩塌体为屈产河的岸坡，由于河水在此处弯曲为“S”形，受河水的侧向掏蚀，形成高40 m～45 m，坡度60°～80°，局部近直立的高陡边坡(见图1)，规模为10×104m3，规模属“大型”，崩塌体岩性为第四系上更新统马兰黄土(Q3m)，上部为粉土，厚度约26 m，含水量10.68%；密度1.69 g/cm3；粘聚力41.9 kPa,内摩擦角29.5°，自重湿陷系数0.027 1，为中等自重湿陷性黄土，质地较疏松、均匀，具大孔隙，垂直节理发育，遇水强度显著降低，崩塌主要发生在此地层中。下部为卵石层，厚约10 m，分布连续稳定。坡脚底部堆积全新统崩积物。

2 崩塌成因分析

从上更新世以来，该地区一直处于地质运动上升期，因此形成河流深切、两岸近直立的地貌形态，使坡体处于临空状态；坡顶建筑物密集，紧靠边缘，建筑物的加载作用，使土体承载的压力增大；居民生活用水直接排向坡体，对坡体侵蚀和冲刷，坡体岩性为马兰黄土，垂直节理裂隙发育，遇水抗剪强度显著降低；当遇到强降雨或春季冰雪消融时，土体结构强度降低，极易发生崩塌，综合分析，地貌形态、工程地质性质是崩塌发生的内在因素，地表水和污水入渗侵蚀、建筑物加载是崩塌发生的重要诱发条件。因此，石楼县崩塌灾害必须综合治理，才能取得较好的治理效果。

3 边坡稳定性分析

3.1 半定量分析

崩塌的破坏形式为错断式崩塌，可按图2进行分析，土体在自重W作用下，与垂直方向成45°的EC方向上将产生最大剪应力。若CD高为h，AD宽为a，土体重度为γ,则岩体ABCD重量为a(h-a/2)γ；在土体截面EC面上的最大剪应力τ最大=(h-a/2)γ/2。故土体的稳定系数FS可用土体的允许抗剪强度[τ]与最大剪应力τ最大比值来计算。

[τ]=c+σtanφ。

经计算，当垂直节理裂隙发育深度大于5.5m时，稳定系数小于1.0，即处于不稳定状态。根据调查，裂隙发育深度一般2m～5.5m，崩塌目前处于欠稳定状态；在受降雨及冻融等外部因素影响下极易发生崩塌。

3.2 定量计算

采用理正岩土软件5.5中的边坡稳定分析模块，圆弧滑动法计算边坡的稳定性，计算参数取值见表1，选取崩塌中部断面，对边坡体在工况一(自重)、工况二(自重+暴雨)、工况三(自重+地震)三种工况下分别进行稳定性计算，边坡稳定性计算成果见表2。根据计算结果可知目前边坡处于欠稳定状态，在强降雨和地震作用下处于不稳定状态。

表1 边坡稳定性计算土体参数取值表

表2 边坡稳定性计算成果表

4 防治工程

根据调查，崩塌体顶部房屋密集且紧靠边缘，无法削坡减载，坡脚紧靠屈产河河道，回填反压将造成河道堵塞，综合考虑对坡面进行清理、平整，针对坡体上部的粉土层采用锚索+格构进行加固；对坡体下部的卵石层采用自钻式锚杆+格构的方法进行加固防护，坡脚布置浆砌石护面墙，并施工排水工程。

1)坡面清理、平整。首先对坡面表层的垃圾和杂草、树木进行清理，对局部呈反坡的坡段进行适当削方；对垂直节理发育的部位进行挖除；为了保证后期格构框架与坡面紧贴，对凸出部位适当削方。

2)上部粉土层预应力锚索加固防护。锚索采用拉力分散型结构(见图3)，锚索由3束15.2 mm的7丝钢绞线组成，锚索长度16 m～22 m，锚索中心间距2.8 m×2.8 m，设计锚固力185 kN～241 kN，预留张拉段长度1.5 m，锚索倾角设计为15°，锚索采用QM15-3锚具，钻孔孔径130 mm，水泥砂浆胶结，水泥标号525号,水灰比0.4～0.5，灰砂比3∶1。并加入一定量的早强剂和膨胀剂(占水泥重量的0.3‰～0.5‰)，且要求7 d抗压强度R7≥25 MPa～30 MPa。另外在施工锚索前应对4种不同长度的锚索，每种2根(共8根)进行抗拔试验。

锚索锚固段的防腐利用水泥注浆体防腐，并用波纹管隔离，从而阻止外部腐蚀性物质与锚索接触；自由段钢绞线采用三层防腐体系进行防腐，首先用PVC管将自由段套住，并在套管内注入黄油，套管外侧用水泥砂浆防护；锚头防腐：锚头防腐主要是对垫板上下两部分进行处理。垫板下部由于注浆体收缩而形成空洞，防腐措施主要是孔口补注浆后对垫板下部注入油脂，要求油脂充满空间，当锚索张拉完成后，使用混凝土进行封头处理，混凝土覆盖层厚度不小于25 cm。锚索张拉必须等孔内浆体强度达到设计强度的80%后才开始进行，锁定锚固力应为设计锚固力的50%，初始预应力为锁定张拉力值的60%。

3)下部卵石层锚杆加固。锚杆加固土层为卵石层，由于卵石层成孔困难易塌孔，传统的钻进方式施工困难，因此在卵石层内采用自钻式锚杆，自钻式锚杆将钻孔、安装锚杆、注浆、锚固等工序在一个施工过程中完成，具有工艺简单、施工效率高、经济效益良好等优点(见图4)。锚杆采用R32左旋中孔锚杆，设计抗拔力140 kN，锚固长度10 m，外径32 mm，内径20 mm，极限荷载220 kN，每节长度1 m，钻头为φ51 mm十字型合金钻头，连接套为φ41 mm型。自钻式锚杆倾角设计为15°，锚杆中心间距3.3 m～3.8 m，钻孔孔径51 mm，采用全长粘结注浆，水泥砂浆胶结，注浆压力0.4 MPa～1.0 MPa。共设置锚索3排29列87根。应在施工锚杆前选择3根进行抗拔试验。

4)混凝土格构。由于黄土边坡土质疏松、整体性较差，为了将锚索(杆)锚固力均匀施加在坡面上，采用现浇格构与锚索结合加固边坡，浇筑格构前，应开挖沟槽使格构梁嵌入土内不小于10 cm，钢混格构梁横向中心间距2.8 m～3.3 m，纵向中心间距2.8 m～3.0 m，格构梁断面尺寸高×宽为300 mm×300 mm，C30混凝土浇筑，水泥标号425号，主筋采用HRB335级φ22@100 mm热轧钢筋，箍筋采用φ10@200 mm钢筋，框架梁每隔20 m留置一道变形缝，在钢筋混凝土格构每一个节点上施工锚索(杆)。

5)浆砌石护面墙。在格构梁的底部修建浆砌石护面墙，一方面可以对坡面进行防护，防止河水冲刷，另一方面可以支撑上部的格构框架。浆砌石护面墙采用变截面实体浆砌石护面墙，墙高5 m～6.7 m，其中基础埋深1.5 m，墙顶宽0.8 m，底宽1.5 m，内边坡坡率1∶0.6～1∶1，外边坡坡率1∶0.75～1∶1.2，基底反倾坡率0.2∶1。每隔15 m设置一道伸缩缝，墙外露面用M15水泥砂浆进行勾缝。墙身竖向设两道φ100 PVC排水管，墙背设置300 mm厚的砂砾石反滤层。

6)截、排水工程。黄土遇水易发生崩解，降水入渗和居民污水冲刷是诱发崩塌的主要因素，因此对边坡施工排水措施是十分必要的。主要采取的措施为对坡顶硬化，将居民污水管改道至集中管道，避免冲刷坡面。

5 结语

山西省吕梁黄土丘陵地区，易成高陡的黄土边坡，黄土坮塬上多为人口聚集区，黄土崩塌严重威胁居民的生命财产安全，本文通过分析黄土崩塌特征及成因，提出采用锚索(杆)与格构相结合的方法进行治理，可以减少土地占用，不受边坡高度的限制，解决了在卵石层中成孔困难易塌孔的问题，应用范围较广，为今后在黄土地区边坡加固、地质灾害治理工作中积累经验。

[1] 王 卉.山西省吕梁市石楼县武装部崩塌地质灾害治理项目勘查报告[R].晋中：山西省第三地质工程勘察院，2015.

[2] 王 卉.山西省吕梁市石楼县武装部崩塌地质灾害治理项目初步设计[R].晋中：山西省第三地质工程勘察院，2015.

[3] 李海光.新型支档结构设计与工程实例[M].第2版.北京：人民交通出版社，2011.

[4] GB 50086—2001，锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].

[5] CECS 22：90，土层锚杆设计与施工规范[S].

Loose collapse geology disaster developing characteristics and prevention of People’s Armed Forces Departments(PAFD) in Shilou county

Wang Hui

(Shanxi3rdGeologyEngineeringSurveyInstitute,Jinzhong030620,China)

Briefly describes loose collapse geology disaster developing characteristics and causes of PAFD in Shilou county, carries out semi-quantity and quantitative stability analysis and computation, and adopts masonry facing wall, anchor cable(rod) lattice and drainage intercepting and other engineering measures in light of loose collapse features, which has provided certain technical basis for treatment engineering construction.

loose collapse, anchor cable, anchor rod, facing wall

1009-6825(2016)18-0082-02

2016-04-10

王 卉(1987- )，男，助理工程师

P694

A