巖土工程設計及治理分析

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摘要：勘察結束后施工之前進行的一項重要工作是巖土工程設計，也是保證施工順利進行和建設目標實現的關鍵。巖土工程設計的依據是結合甲方對施工的要求和地質的勘察情況，而對地質情況勘察是進行設計的基礎，其目的是為以后的施工提供地質參數。文章對巖石結構特點進行分析，得出了易產生崩塌的原因，并對其治理情況舉出實例進行分析。

關鍵詞：巖土工程；工程設計；土質勘察；地質參數；巖石結構

1巖石易產生崩塌的原因及巖石的結構特點

1.1巖石結構特點

巖石存在的形式是多種多樣的，有時長，有時窄，還會變稀疏，這就是巖石區別于別的裂隙性的特點，裂隙也以不同的形態存在，或粗糙或光滑、或彎曲或平直、或填充或空等。裂隙形成的原因也有很多，原生節理可能是巖漿凝固收縮形成，構造節理是有的構造應力形成的，層理是有的沉淀斷斷續續形成的，片理可能是變質作用形成的等，在巖石中形成了多樣復雜的裂隙系統。巖土工程勘測設計的關鍵就是搞清楚裂隙系統的產狀、分布和參數。1.2巖石易產生崩塌的原因巖土產生崩塌的原因有多方面的，比如地貌方面，在坡度不小于55°還有高度不小于28m以上的陡峭斜坡，這樣的坡面多不平整易發生崩塌；巖性條件方面，在巖體上出現節理裂隙發育就可能會發生崩塌；構造方面，當巖層發育有多組節理且有一組節理傾向山坡及傾角大于25°小于65°時，或節理面呈弧形彎曲的光滑面或上坡上方不遠有斷層破碎帶存在時，或兩組與山坡走向斜角的節理組成傾向坡腳的楔形體時，或變質巖中片理片麻構造發育的地段，風化后形成弱結構面等情況都易導致崩塌情況。還有就是晝夜溫差、季節變化，促使巖石風化；強烈地震及人類工程活動中的爆破、邊坡開挖過高過陡，破壞山體平衡都會導致崩塌發生。

2巖土工程設計治理的現狀

巖土勘察設計的發展是在基礎工程建設發展基礎上推進的，相應的在市場上巖土工程設計行業的競爭力就增大了。我國目前巖土工程設計后治理過程中，巖土土體的強度、沉淀和形變等會隨著不確定因素的出現而發生改變，從而影響設施的穩定性，具體施工中專門的設計人員回到現場監控并對出現的問題結合勘測數據和現場情況及時做出應對。對巖石崩塌情況一般采取的措施有消減水災和加強邊坡的修筑兩種。消減水災主要就是降低孔隙水壓力和動水壓力，防止巖體的溶蝕分解，減少或者消除水的沖刷，防止滑坡引起的崩塌。排除地下水要根據邊坡地質結構和水文地質條件來進行，常用的方法有垂直孔排水、水平鉆孔疏干、豎井抽水等。加強邊坡修筑的方法是針對巖石山體崩塌的應對措施，是使用一定工程技術通過改變邊坡巖體的力學強度來提高巖體抗滑能力。常用的方式有削坡減載、邊坡人工加固及預應力錨桿和錨索。削坡減載法是通過降低坡的高度或者放緩坡的角度來改變邊坡穩定性，其中削坡盡量削減的是不穩定巖體的高度，留住防滑巖體。根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-94），山體平面破壞多發生于巖體邊坡的主要結構面逐漸趨向平行于坡面，結構面傾角位于坡角和其內摩擦角之間時，穩定系數可按如下公式計算：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∞——為水的重度，kN/m3γ——為巖體的重度，kN/m3α——為坡角，（°）β——為結構面傾角，（°）φ——為結構面摩擦角，（°）W——為滑體所受的重力，kN預應力錨桿和錨索法主要適用于對有裂隙或者軟弱結構面的巖質邊坡進行加固。根據GB50086-2012規定，錨桿的軸向拉力標準值計算和對其設計值計算可按以下公式計算：Nak=Htk/cosα（6）式中：Nak——為錨桿軸向拉力標準值，kNNa——為錨桿軸向拉力設計值，kNHtk——為錨桿水平拉力標準值，kNα——為錨桿傾角，取15°根據GB50086-2001規定，錨桿錨固段長度按以下兩式計算：La≥kNak/(πdNqSS)（7）La≥kNak/(πDNqSR)（8）式中：Nak——為錨桿軸向拉力標準值，kNLa——錨桿錨固段長度d——錨桿桿體直徑D——錨桿錨固體直徑Nak——錨固體與地層粘結強度標準值，kPak——安全系數，取2.0qSs——為鋼筋與漿體之間的粘結強度標準值，MPaqSR——為漿體與巖體間的粘結強度標準值，MPa邊坡人工加固法是利用修筑護墻、擋土墻、鋼筋樁等來預防巖體的崩塌。

3巖土工程設計及治理的具體實例分析

文章以安徽省蕪湖市的大官山為例對巖土工程設計及治理進行詳細的分析。大官山位于市中心居民密集地帶，掩體崩塌主要是雨季時發生。山體因各種因素形成近似直立的峭壁，東側坡高27～30m，巖體邊坡值1∶0.11，綜合考慮大官山的實際地形、地層巖性、巖土結構等，治理方案決定采用削坡減載、錨桿錨索、噴射混凝土支護、山頂排水體系優化、攔石墻攔截等方案進行綜合性的治理措施。

3.1削坡減載

參照《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2002）并結合地方特點與地質情況，對巖體及結構面具有代表性的災害體的物理力學參數進行計算，見表1：為了避免雨季來臨大官山發生崩塌情況造成人員傷亡等情況，對大官山坡體坡面進行修整處理。大官山東側的兩組裂隙走向、陡坡走向以及傾角近似一致，如圖1。通過式（1）～（5）計算出大官山穩定系數Fs＜1.0，而規范建議是Fs＝1.0～1.15，所以削坡減載是必要的。

3.2錨固注漿

錨桿設計的主要目的就是對大官山山體進行削載后形成的坡面節理裂隙進行加固。本工程要求鋼筋與漿體之間的粘結強度值為2.0MPa，漿體與巖體之間的粘結強度標準值取0.3MPa。通過式（6）～（8）計算得出錨桿各項參數值，見表2：錨桿長8m，錨孔直徑100mm，M30水泥砂漿灌漿，水灰比為0.4，灌漿直徑應小于2.5mm，錨桿對中支架設立為每隔2.0m，注漿時的壓力應控制在0.6MPa左右。

3.3噴射混凝土支護

噴射混凝土的厚度在50cm左右，由于巖體邊坡平整性不好，將噴射厚度調整為8cm，噴射使用的水泥比例1∶2∶2，采用干式噴射工藝，噴頭水壓應大于0.15MPa，可以加入適當速凝劑加速凝結，噴射由下至上進行，噴射距離保持在0.8m左右即可。

3.4山頂排水優化

根據歷年降雨量情況，對山頂排水系統進行優化。在距離山頂1.0m處砌筑30m×30m斷面的明溝，排水管采用長1m傾角5°的進行排水。

3.5攔石墻攔截

根據當地地質情況勘察以及山體巖石風化情況，攔石墻設計為高0.8m，寬24m。在山體與住戶之間形成屏障，防止掉落險石發生事故。

4結語

巖土工程設計是建設中最基礎性的環節，工作開展要有規范性和科學性。巖土工程設計方案的好壞直接關系著治理效果，結合區域的地質情況對周圍的山體進行勘察，通過削坡減載、邊坡人工加固、預錨桿注漿、噴射支護等方面對山體的危害進行治理，不僅能夠保護人民的生命財產安全，對經濟建設也有十分重要的意義。

作者:何輝 單位:中國有色桂林礦產地質研究院有限公司

參考文獻

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