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.新披露的滑坡防治技术指南!.前沿的“修复加固”技术装备

作者:admin 发布日期: 2020-07-15 二维码分享

滑坡是一种典型的地质灾害,常常给工农业生产以及人民生命财产造成巨大损失,有的甚至是毁灭性的灾难。滑坡对乡村.主要的危害是摧毁农田、房舍、伤害人畜、毁坏森林、道路以及农业机械设施和水利水电设施等,有时甚至给乡村造成毁灭性灾害。位于城镇的滑坡常常砸埋房屋,伤亡人畜,毁坏田地,摧毁工厂、学校、机关单位等,并毁坏各种设施,造成停电、停水、停工,有时甚至毁灭整个城镇。发生在工矿区的滑坡,可摧毁矿山设施,伤亡职工,毁坏厂房,使矿山停工停产,常常造成重大损失。

我国多年来也一直在致力于滑坡灾害防治方面的研究,吸收借鉴国外.新发展的防治技术方法,建立了一套核心的滑坡防治技术体系,确定了由预防技术、抑制技术、改造技术、加固技术等四类技术构成的体系骨架,形成了一批经实践检验有效的常用措施方法和.新技术,目前已经构成了适合我国国情的完整的滑坡灾害防治技术体系。

湖北秭归千将坪滑坡

1什么是滑坡?怎么分类?

滑坡是指地质体在重力作用下,沿地质软弱面向下向外滑动。滑坡通常具有双重含义,指重力滑动过程,或重力滑动的地质体和所形成的堆积体。滑坡是一种自然现象,是地球表层岩土体物质、能量均衡的结果,一旦这种作用结果对人类生命财产造成危害或潜在威胁时,滑坡现象则演变成为一种灾害。

按照国家标准《滑坡防治工程勘查规范》(GB/T 32864-2016)中的滑坡分类方案,可将滑坡按移动型式、物质种类等标准,分为岩质和土质滑坡两大类,每类又有崩落、倾倒、旋转型滑动、平移型滑动、侧向扩展、流动、复合运动等型式。

2、如何识别滑坡?

(1)滑坡的识别依据

①滑坡的发育条件

导致滑坡发生的因素很多,但可归纳为形成条件(缓变因素)和诱发因素(急变因素)两类。形成条件主要包括岩土类型(松散或软岩地层通常易滑)、结构面(切割斜坡岩土体、促进雨水入渗)、地形地貌(发育有高陡的临空面)、地下水(软化岩土、降低岩土体强度、产生水压力等);诱发因素则主要是降雨(尤其是集中强降雨)、地震、开挖与爆破等人类工程活动及流水冲刷等其他特殊地质环境因素。

②滑坡的空间特征

滑坡常具有独特的地貌形态,滑坡形态既是滑坡特征的一部分,又是滑坡力学性质在地表的反映。不同的滑坡及滑坡的不同发育阶段有不同的形态特征,识别滑坡形态特征是认识滑坡的极其重要的方面。

(2)滑坡的识别方法

滑坡支护结构常用监测布置示意图(治理工程实施后)

滑坡的识别主要通过遥感解译、地面地质调查和勘探试验三种途径。前两种方法判识的滑坡还有可能只是变形体,因此,只有通过勘探找到确切的滑面,方可.后确认滑坡的存在。三种方法体现了由宏观到微观、由粗到精的识别过程,具有相辅相成、优势互补的作用。

①遥感解译方法是一种高效、直观的识别手段,适用于区域滑坡灾害调查,尤其是交通不便地区的滑坡灾害调查。其实质是识别滑坡的形态要素,然后结合搜集研究地区的地质资料进行综合分析,从而确认滑坡的存在。需要提出的是,滑坡是一种复杂的工程动力地质现象,通过遥感手段识别的滑坡,必须通过地面地质测绘及勘探试验等手段加以验证。

②实地地质调查主要通过滑坡的形成条件和空间特征去综合识别滑坡。主要的识别标志有:

  1. 地物地貌标志:圈椅状或马蹄状地形、两侧双沟同源、斜坡有异常台坎、鼻状鼓丘、多级错落平台、地面开裂、发育有醉林、马刀树、建筑物倾斜或开裂、管线或道路变形等。
  2. 岩土结构标志:岩土体较周围破碎,结构较松散,岩层产状与周围岩石不一致,尤其是滑坡剪出口处的岩层破碎,在滑体上还可产生小褶皱和断裂。
  3. 滑坡边界标志:在滑坡后缘,即不动体一侧常呈陡壁,陡壁上有顺坡向擦痕;滑体两侧多以沟谷或裂缝为界,当沟谷深切时,在侧沟壁上常可见到挤压剪切作用明显的滑面(带),其物质组成以不透水泥质或碎裂体为主;前缘多见舌状凸起、岩土堆或小型坍塌。
  4. 水文地质标志:滑体与不动体之间原有的水力联系破坏,造成地下水在滑体前缘成片状或股状溢出,正在滑动的滑坡,其溢出的地下水多为混浊状;已停止滑动的滑坡,其溢出地下水多为清水,但溢流点下游多有泥砂沉积,有时还有湿地或沼泽。

③滑面的勘探手段:主要包括钻探和坑、槽探。采用坑、槽探揭露地层后,对于滑面的识别主要利用揭露面的地质特征加以综合判断。采用钻探时,则通过提取滑带岩心和观察钻进过程情况来定性判断。


典型抗滑桩揭露照片(兰州市徐家湾滑坡)

3、滑坡可以监测与预警预报吗?

滑坡监测技术是为研究滑动岩土体及防治工程结构的稳定性与安全性,采用一定的技术手段安装或埋设仪器设备,对岩土体或工程结构物的稳定性状态及变化规律进行动态化测试和评估的应用技术。其目的和任务为监测滑坡时空域演变信息、诱发因素等,.大程度获取连续的空间变形数据。应用于地质灾害的稳定性评价、预测预报和防治工程效果评估。目前主要的滑坡监测方法按照监测的内容大致可以分为:地表变形监测、环境因素监测、内部变形监测、支护结构监测、巡视监测。

由自然资源部中国地质调查局探矿工艺研究所设计制造的GS型光纤光栅地质灾害监测系统,是一款高精度、高分辨率、多功能、多通道的监测设备系统,主要用于滑坡地质灾害及其他岩土工程的多参数(推力、位移、温度、应力、应变等)的监测,为地质灾害监测预警提供可靠依据。该监测系统利用光纤光栅的反射中心波长随光纤光栅所受的应变或温度的改变产生移动,其波长移动量的多少直接反映应变或温度大小的工作原理。利用光纤光栅封装结构的变化,实现应变、应力、推力、温度、位移等多种参量的测试;对多个光纤光栅的中心波长进行排布上的设计,则实现多点的准分布式测量。

滑坡的预警预报是根据滑坡发展的四个阶段,即匀速变形阶段、初加速阶段、中加速阶段、临滑阶段分别设置不同的阈值来进行的。从滑坡预报发展阶段来讲,已经历了从现象预报、经验预报到统计预报、灰色预报再到非线性预报的历程,目前已进入了根据检测反馈信息进行实时跟踪动态预报,以及将定性预报、定量预报以及现代数值预报技术有机结合的综合预报阶段。从技术方法角度,已从手工、经验预报,到开发基于理论预报模型的滑坡预报系统,发展到基于GIS平台,借助于..系统的思路和方法,开发滑坡综合预测预报系统的阶段。

4、滑坡防治技术体系骨架是什么?

广义的滑坡防治包括“预防”与“治理”两个层面的工作,基本原则是预防为主、预防与治理结合。滑坡的预防包括绕避、监测预警、搬迁避让等,滑坡的治理是采用各种工程手段提高滑坡的稳定性。狭义的滑坡防治,是指滑坡防治工程,是除绕避及搬迁避让之外的滑坡预防与治理工作,包括治理工程与监测预警工程。通常所说的滑坡防治技术则更进一步局限在滑坡的治理工程技术,滑坡监测预警技术与之并列。

滑坡防治的总体原则是“安全可靠,经济合理”。为确保安全,首先要求防治方案符合成熟的工程地质理论,每一个技术环节也都应经过实践的检验。经济合理性则要从防治工程的工程量、工艺难易、设备和材料的价格与消耗量,工期长短等通过成本与效益对比来确定。对于经济效益,有短期与长期之分,小范围和大范围(如小流域综合效益)之别,因而需从多方面进行权衡。

(1)滑坡防治的思路与方法

根据滑坡的成因机制与风险特性,滑坡防治工作可从以下几个方面入手:

  1. 预防滑坡危害。从滑坡灾害风险控制的角度讲,能够提前预防和规避滑坡风险是.有效的,经济上往往也是.合理的。
  2. 消除或减小外部致灾因素影响,抑制滑坡发生发展。滑坡的发生发展受多种外部因素影响,如降雨、水体侵蚀、人类工程活动,以及风化剥蚀、地震等。滑坡防治工程首先要针对外部因素入手,采取措施消除或减小其影响,从而稳定滑坡。
  3. 改造滑坡,提高自身稳定性。根据滑坡的成因,除了外部致灾因素,内部因素主要是自身抗滑能力不足、自稳能力差。在条件具备时,可通过改变滑坡自身形态或滑动面(带)物理力学特性,减小下滑力提高抗滑力,从而提高滑坡稳定性。
  4. 施加外力加固,阻止滑坡滑动。在以上措施无法实施或不能有效解决滑坡的稳定问题时,.后就要借助外力平衡下滑力,来阻止滑坡变形发展,.终保证滑坡的稳定。提供外力平衡的工程措施总体分为支挡和锚固两种。

(2)滑坡防治技术体系构成及主要技术方法

根据上述滑坡防治思路与方法,滑坡防治技术可分为预防技术、抑制技术、改造技术、加固技术四大类,这四类技术构成了滑坡灾害防治的技术体系骨架。

预防技术是预防滑坡危害,主要防治方法包括绕避、监测预警、搬迁避让;抑制技术是消除或减小外部致灾因素影响,抑制滑坡发生发展,主要方法包括地表截排水、地下排水、坡面防护、涉水滑坡坡脚防冲;改造技术是改变滑坡形态或物理力学特性,提高自身稳定性,主要方法包括滑体改造、滑带改造;加固技术是施加外力加固,阻止滑坡滑动,主要方法包括支挡、锚固。

(3)锚固技术

滑坡灾害防治工程中的锚固技术,是通过造孔将钢绞线或钢筋(束)等受拉杆件穿过不稳定地层安放到稳定地层中,利用注浆等方式固定杆体,并将孔口段杆体与格构梁等工程结构物相联结,采取主动加载平衡地层压力的方法,或被动承受地层压力的方法来维持岩土体的稳定。

当滑坡表面岩土体易风化、剥落且有浅层崩滑、蠕滑等现象,以及需要对坡面进行绿化美化时,宜采用格构锚固进行综合治理。当滑体较厚时,应采用钢筋混凝土格构+预应力锚索进行滑坡治理。当滑体厚度不大时,可采用钢筋混凝土格构+锚杆进行滑坡治理。

(4)抗滑桩技术

抗滑桩是在滑坡体及滑床中开挖岩土浇筑钢筋混凝土形成的构件,具有抵抗滑坡变形的功能。抗滑桩是被动承载的支挡构件,在滑体变形挤压桩身时被动承受滑坡推力。

抗滑桩一般成排布置,除单桩自身承载外,在完整性较低、较软弱的岩土体中,通过合理的桩间距在桩间所产生的“土拱效应”,实现桩与桩间岩土体共同作用,从而利用“疏桩”达到承担桩排方向连续滑坡推力的作用。成排布置的抗滑桩桩间可根据需要设置挡墙或挡土板进行临空面支挡。桩顶可通过钢筋混凝土联系梁(冠梁)联结,提高各桩协同承载能力。

自然资源部中国地质调查局探矿工艺研究所还研发出了小口径组合抗滑桩技术,亦称微型组合抗滑桩、小口径桩群、微型桩群,是利用小口径桩、桩顶联系梁及桩间岩土体构成共同承载体,以充分调动和利用岩土体自身承载能力,通过桩土复合结构承载而进行滑坡防治的一种组合抗滑结构。其主要特点是桩位布置灵活,可采用轻型施工机具,施工简便,可以快速施工快速承载,常用于中、浅层滑坡的应急处治。

(5)抗滑挡墙技术

抗滑挡墙是设置在滑坡或变形体前缘的条带状支挡构筑物,利用自身重力结构或锚固构件、嵌固构件承载,以阻挡滑坡滑动。其与一般挡土墙的根本区别在于承受的荷载中包含了滑坡推力。抗滑挡墙一般是被动承载结构,在滑体变形挤压墙背时被动承受滑坡推力或主动土压力,常用于浅层中、小型滑坡的防治。

按结构型式,挡墙可分为单一结构与组合结构。其中单一结构是指挡墙各断面形态及物质组成一致,依靠墙体自身来承载,受力状态与破坏形式简单,可简化为平面应变状态进行计算分析,如重力式挡墙、悬臂式挡墙、扶壁式挡墙等。

同时,还可采用由两种或以上的构件组成组合结构,如桩板式挡墙、锚杆式挡墙、锚定板式挡墙、加筋土挡墙等。

滑坡防治常用抗滑挡墙结构示意图

(a)重力式抗滑挡墙(b)石笼式抗滑挡墙(c)桩板式抗滑挡墙(d)扶壁式抗滑挡墙

(6)坡面防护技术

坡面防护包括坡面工程防护和坡面植物防护,前者有喷混凝土防护、挂网防护、圬工防护等,后者有植草防护、植灌木防护等。坡面防护能够消除或减小降雨等外部致灾因素的影响,抑制滑坡发生发展,是滑坡主体治理工程有效的辅助手段,有时也是不可缺少的手段。

5、.新研发的地灾防治工程“修复加固”技术和装备

近年来,随着地质灾害的增多,国内外地质灾害防治工程也大量涌现。技术人员慢慢发现,现有地质灾害防治工程受到材料、施工、受力变化及地质环境等因素的影响,有些工程产生缺陷甚至破坏失效。如果针对局部变形受损的情况,通过修复加固技术恢复到防治工程设计要求,而不是拆除后重建,将大大节省地质灾害抢险治理的时间和建设成本,同时延长工程使用寿命。基于此,中国地质调查局探矿工艺研究所研发了抗滑挡墙、抗滑桩、格构工程、预应力锚索工程和泥石流拦砂坝修复技术,保障治理工程的长治久安,为人民生命财产保驾护航。

1、抗滑支挡工程修复技术

抗滑桩和抗滑挡墙作为.常见的两类支挡抗滑结构物,广泛应用于滑坡治理及稳定边坡的工程中。针对抗滑挡墙倾覆变形破坏缺陷,通过在抗滑挡墙外侧施加预应力框格梁+锚索的复合措施修复;针对悬臂式抗滑桩倾倒变形破坏缺陷,通过在桩体上部施加预应力锚索限制桩体位移。

2、格构工程修复技术

随着工程荷载的增加和时间的推移,格构工程中梁体变形开裂成为工程中较为普遍的现象和病害,影响到工程安全性能,传统技术很难保证工程修复后不继续破坏。针对格构梁体变形开裂的病害,碳纤维布和植筋增加截面技术是行之有效的手段。碳纤维布加固技术是采用配套粘结树脂,将碳纤维布粘贴于混凝土表面,形成一个新的复合体,使碳纤维布与原有钢筋混凝土共同受力,提高格构的抗弯或抗剪强度。植筋增大截面技术是指采用增大格构截面面积,植入较短的钢筋在其原有构件上,以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。两种方法均具有施工方便、重量轻、整体性强和快速修复等优点,减轻对原有结构构件的损伤,也减少了加固改造工程的工程量。

泥石流拦砂坝下防冲加固技术原理示意图

3、预应力锚索工程修复技术

预应力锚索施工完毕后,锚索体埋入岩(土)体中,出露部分仅为外锚头(外锚具及外露的钢绞线),根据岩土锚固工程预应力锚索施工规范要求,锚索施工完毕后,外锚具外露的钢绞线长度不小于10cm;目前我国已施工完毕的预应力锚索工程部分存在外锚具外露钢绞线长度小于10cm的情况,有些甚至小于5cm,而现有的补偿张拉工具难以实现较短锚索的预应力张拉。针对国内预应力锚索工程现状,自然资源部中国地质调查局探矿工艺研究所研制了五孔、七孔、十二孔规格的卡瓦型固定式预应力损失补偿张拉工具。该工具主要由卡瓦、卡瓦钵、卡瓦钵连接器、连接锚具、连接钢绞线、工具锚、测力传感器和撑足等组成,为一套楔形夹持装置,夹持外锚具,通过空心千斤顶与楔形夹持工具来对固定式外锚具进行张拉与调节,实现预应力损失的重新补偿张拉。

4、预应力损失补偿张拉工具部件

传统锚具施加预应力结束后,无法进行预应力的调节,而对于滑坡防治工程,在受到降雨、人工开挖、地震等因素影响,常造成预应力损失或超载现象。基于此问题,自然资源部中国地质调查局探矿工艺研究所研制了五孔、七孔、十二孔锚索预应力的单、双向调节锚具。该预应力调节锚具由可调式锚具、连接器、半合钢垫片、撑足组成,可实现锚索预应力的单、双向调节,单向调节位移可达到10cm;双向调节则既能进行预应力补偿,也可以在锚索超载时卸载,调节位移可达到20cm。

预应力损失补偿张拉工具、预应力调节锚具和抗滑桩预应力锚索修复加固技术,在国道318的二郎山1#滑坡恢复治理工程中进行了示范应用,保障了公路的正常安全运营,得到了地方政府主管部门的肯定,并取得了应用证明。

5、泥石流拦沙坝防冲修复技术

泥石流拦砂坝在巨砾冲撞和流体冲刷作用下,导致坝下防冲设施逐渐损毁失效,而沟道溯源对冲刷坑上游的侵蚀加剧了破坏进程,造成基础悬空而导致主坝失稳,传统泥石流坝下防冲技术通常是提高防冲设施的抗冲性能,但仍存在长期冲刷导致坝基掏蚀重演。基于此,通过在拦砂坝基础前缘部位布设小口径钢管桩(直径150mm~200mm),提高拦砂坝坝下岩土体耐冲刷强度,.大限度降低过坝泥石流对钢管桩桩顶的直接冲击破坏,防止坝基范围内的地基土被过坝泥石流冲刷或溯源侵蚀,实现坝下防冲刷的长久性修复。该技术在绵竹雍家沟泥石流拦砂坝修复工程中进行了应用示范,防止了泥石流的溯源侵蚀破坏,保障了拦砂坝的正常安全运行,得到了地方政府主管部门的肯定。

以上研究成果将为地方政府有关部门、地质灾害领域科研院所等单位,以及地质灾害防治等基础资料应用的地质机构提供理论及技术支撑,有效掌控与控制地质灾害带来的危害,减轻地质灾害对环境的破坏,也将推动地质灾害防治工程健康诊断技术方法和装备研发的发展。

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