滑坡治理工程设计

第四部分：滑坡治理工程设计设计步骤•（一）滑坡认识•1、勘察成果消化•2、外业勘察核实•3、综合滑坡分析•（二）滑坡治理工程设计（以抗滑桩为例）•1、滑坡设计原则及应重点考虑的问题•2、滑坡稳定性分析•3、指标反算•4、推力计算•5、内力计算•6、配筋设计•7、割筋设计•8、设计图纸•9、工程预算滑坡防治工程设计的技术规定•1.防治工程设计的前期阶段工作和设计的概念•滑坡防治工程设计前期阶段工作设计文件是沿用铁路工程设计的习惯分数和称谓.•滑坡防治工程设计应经过项目建议书、防治工程可行性研究、防治工程初步设计、防治工程施工图设计等多个不同过程的研究和设计，必要时还有补充施工图设计。它们对应的前期勘察阶段分别是：可行性研究勘察、初(步)勘(察)阶段、详(细)勘(察)阶段和施工勘察阶段。•而设计阶段则又是一回事，它一般分为一阶段设计和二阶段设计，除非特殊要求才有三阶段设计；毕竟滑坡防治工程相对于铁路、公路和其他如桥梁、隧道等大中型工程而言规模要小一些，在设计阶段的选择上很少有技术设计的过程，反而常有补充施工图设计的过程。一阶段设计只做施工图设计初步和施工图设计，三阶段设计包括初步设计、技术设计和施工图设计。如一阶段初步设计、一阶段施工图设计；二阶段初步设计、二阶段施工图设计。这个阶段就不同于的阶段，如这个阶段只规定初步设计、技术设计和施工图设计为阶段，而不讲可行性研究等作为阶段，如不经过初步设计直接进行施工图设计的就叫一阶段施工图设计，既作初步设计又做施工图设计的设计文件。如果是初步设计就叫二阶段初步设计，是施工图设计的就叫二阶段施工图设计。防治工程设计依据•防治工程设计的主要依据有三种。第一是合同协议意向书等法律性文件，这是进行防治工程设计和使防治工程文件有效的首要条件，至于合同鉴定后的设计变更，则是另一回事，它只需会议纪要等即可；第二是前期提供的有关设计项目的前期调查报告、勘察文件、收集的资料等技术性文件资料；第三是相关规范与标准。•目前，主要引用和参考的规范有•《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）•《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）•《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）•《铁路路基支档结构设计规范》（TB10025-2001）•《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）•《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）•《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）•《堤防工程设计规范》（GB50286-98）•《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）•《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）•《水电水利工程边坡设计规范》（DL5353-2006）•《地质灾害防治工程设计规范》（GB50029-2004）•《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ50029-2006）•《三峡库区三期地质灾害防治工程设计要求》（2004.12）•《公路设计手册—路基》等其它国家现有规范。防治工程设计依据防治工程分级•同样是一个滑坡，其危害对象可能是城镇居民、工矿企业、道路桥梁，不同的危害对象可能造成不同的经济损失，则对该滑坡的防治力度的要求就不同。因此可通过分级予以定位，最后体现在不同的安全系数，或不通过分级直接在安全系数的取值来反映。•对于公路滑坡，其防治工程力度一般随着倍防护工程的安全级别确定而通过安全系数自然确定，这样通过综合判断，直接定安全系数而无需分级。而对于非公路边坡可另作规定，如三峡库区三期工程将地质灾害防治工程分为三级；而工程等级的确定则是通过危害对象，危害人数和可能造成的经济损失三项指标中的两项地质灾害防治工程分级级别ⅠⅡⅢ危害对象县级和县级以上迁建城市主要迁建集镇、省道和国道、桥梁移民迁建居民点、一般工矿企业受灾对象与损失危害人数（人）﹥20002000~300﹤300可能经济损失（万元）﹥1000010000~2000﹤2000水电水利工程边坡分类和级别划分类别级别A类枢纽工程区边坡B类水岸边坡Ⅰ级影响1级水工建筑物安全的边坡滑坡产生危害性涌浪或滑坡灾害可能危及1级建筑物安全的边坡Ⅱ级影响2级、3级水工建筑物安全的边坡可能发生滑坡并危及2级、3级建筑物安全的边坡Ⅲ级影响4级、5级水工建筑物安全的边坡要求整体稳定而允许部分失稳或缓慢滑落的边坡设计工况•设计工况将滑坡所处位置的发育条件、诱发因素尤其水的影响作用而定，一般情况下有以下几种。•工况1（持久工况）：自重+地表荷载+正常地下水•工况2（短暂工况）：自重+地表荷载+N年一遇暴雨•工况3（偶然工况）：自重+地表荷载+正常地下水+地震•工况4（偶然工况）：自重+地表荷载+N年一遇暴雨+地震•而三峡库区三期共有5个工况即：•工况1：自重+地表荷载+水库特征水位+N年一遇暴雨（q枯）•工况2：自重+地表荷载+水库特征水位+N年一遇暴雨（q全）•工况3：自重+地表荷载+水库水位从175.0m降至145.0m+N年一遇暴雨（q枯）•工况4：自重+地表荷载+水库水位从162.0m降至145.0m+N年一遇暴雨（q全）•工况5：自重+地表荷载+N年一遇暴雨（q全）•其中，N对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级滑坡工程分别为50年、20年、10年一遇期。安全系数•安全系数一般是根据滑坡保护工程的重要性，滑坡防治工程分级，对于滑坡规模，性质和成因的了解程度而定。如对公路而言一般工程可取K=1.10~1.25，对重要工程可取K=1.25~1.30，若在地震作用下K=1.05~1.10•对三峡三期防治工程，不同工况下的安全系数规定如下涉水或非涉水工程水库运行水位工况编号荷载组合最小安全系数ⅠⅡⅢ涉水工程静止水位1自重+地表荷载+水库特征水位+N年一遇暴雨（q枯）1.251.201.152自重+地表荷载+水库特征水位+N年一遇暴雨（q全）1.251.201.15水位降落3自重+地表荷载+水库水位从175.0m降至145.0m+N年一遇暴雨（q枯）1.201.151.104自重+地表荷载+水库水位从162.0m降至145.0m+N年一遇暴雨（q全）1.201.151.10非涉水工程5自重+地表荷载+N年一遇暴雨（q全）1.201.151.10滑坡设计中应考虑的问题•1对包括勘察资料在内的一切与滑坡有关的背景资料、历史资料、监测数据图纸等资料进行分析总结，既要尽可能利用到前期成果又不可轻信。以上偏失的数据和分析意见，要有通过自己的深入分析，总结出更深刻的属于自己的认识。•2工程的可行性•3工程的先进性•4工程与工程间的协调性•5工程与环境的完美结合•6工程的可实施性•7工程的耐久性和长期安全性•8设计中慎重注意的问题：桩长问题、质量问题、应急预案和事先预测。滑坡设计中应考虑的问题滑坡推力计算滑坡推力计算是防滑工程设计所必须的工作内容，初涉滑坡防治工作的技术人员往往觉得难以把握。滑坡推力计算主要涉及以下内容：1、滑坡推力的计算范围；2、计算公式的选择；3、滑带各段强度指标（c、φ）值的选取；4、附加力的考虑与确定；5、安全系数的确定；6、计算推力的校核。•滑坡推力计算范围的确定•1、首先从地质分析上划分各滑动条块，各条分别计算。•2、同一条滑坡是否分级及前后级之间的关系。一般只计算到贯通裂缝的一级，若前面稳定后面自然会稳定。•3、多层滑面应分层计算其滑坡推力。•计算公式的选择•计算方法很多，应根据不同滑面情况选择，一般多用分块推力传递系数法。第i块的剩余下滑力为：Ei=KWisinαi-Wicosαitgφi–CiLi+Ei-1Φi式中：K—安全系数，一般取K=1.10~1.25；Wi—第i块滑体的重量，KN；αi—第i块滑体滑面倾角，度；Ci—第i块滑体滑带土的黏聚力，Kpa；φi—第i块滑体滑带土的内摩擦角，度；Li—第i块滑体滑面的长度，m；Ei-1—第I-1块滑体滑面传给第i块滑体的剩余下滑力；Φi—传递系数。Φi=cos（αi–αi-1）–sin（αi–αi-1）tgφi•滑带各段抗剪强度指标（c、φ）值的选取•1、由于地质条件和土性的差别很大，不同滑坡c、φ值差别较大。取样试验因取样代表性、试验方法等问题导致数值分散，故至今国内外均是参考试验值并结合经验值，用反算法求主滑段c、φ值。•2、试验法。既要做原状土的，更要做重塑滑带的不同含水量下的（天然、塑限、软塑状态）峰值强度和残余强度。•3、经验数据对比是指同类地质条件下同类型滑坡滑带土指标的类比。牵引段和抗滑段岩性变化和c、φ值变化小，可据经验选取。•4、反算法，主要是反算主滑段c、φ值。•（1）首先判定滑坡当前的稳定度，如1.0、0.98、1.02等；•（2）一个平衡断面方程求一个指标，两个平衡断面方程联立求c、φ两个值，也可用图解法求。•（3）有条件恢复滑前极限平衡状态时，用极限平衡断面反求；若无法恢复原断面时（如古老滑坡），只能以现有稳定断面反求。附加力的考虑1、地震力的考虑（7度以上地震区考虑）；2、静、动水压力的考虑；3、滑体浸入水下浮力的考虑；4、其它附加力的考虑。安全系数的确定1、对滑坡性质等了解的程度，清楚者取小、不清楚者取大；2、保护对象的重要性，重要者取大值；3、滑坡的危害性，危害大者取大值；4、临时工程取大值，永久工程取大植。•计算推力的校核•1、从当地已被破坏建筑物的强度确定其下限值；•2、从当地滑坡剪出口和抗滑段滑体厚度界定滑坡推力下限值（如被动土压力）；•3、从类似滑坡性质和规模比拟滑坡推力值。滑坡治理工程分项设计冲刷防护•滑坡坡脚受到江、河水流、波浪的冲刷，是坡体稳定性恶化，产生灾害，因此，应根据滑坡重要性和工程的要求，进行必要的冲刷防护。冲刷防护工程一般分为：直接防护：间接防护：改变水流方向（改变冲刷部位），形成新的河轴线改河工程：改变河道冲刷防护工程常用类型及适用条件1、抛石防护此类防护应用很广，对经常浸水且水深较深地段的路基边坡防护及洪水季节防洪抢险时更为常用。材料石料（要求质地坚硬，耐冻且不宜风化崩解），缺少石料地区也可用预制混凝土块作为抛投材料。结构1）抛石的尺寸：保持石堆的稳定为前提－－抛石堆顶上石块的稳定计算实验表明，这种情况下石块的稳定受滑动控制。因此，可建立水流冲击力与石块摩擦力的平衡方程，得到：0022rrrgKfVDss2)抛石堆的坡度和顶宽：─水下边坡不宜陡于1:1.5，当水较深，水流较大时，不宜陡于1:2～1:3。─顶宽：不应小于所用最小石块尺寸的2倍（2D）。3)断面形式－岸坡和已有路基边坡（断面形式见下页）施工注意事项：－为了使抛石堆有一定的密度，宜用不小于计算D尺寸的大小不同的石块掺杂抛投。－除防洪抢险外，一般应于枯水季节施工。2、干砌片石护坡单层双层夯实整平边坡先作1—2层砂、砾石垫层，垫层厚10—15Cm。坡脚基础作法墁石铺砌（冲刷深度1.0m时）浆砌片石脚墙（冲刷深度1.0m时）3、浆砌片石护坡—材料：坚硬石块抗压强度应大于30MPa，耐冻，不易崩解，风化砂浆：一般75，严寒地区100。3—结构：—垫层：10-15cm（卵砾石垫层）—护坡厚度d：一般不小于30cm，V=6m/s时，采用d＝50~60cm，也可计算：如右图4、混凝土板护坡−材料：混凝土板：C15严寒地区：C20−结构：（见下页图）－混凝土板尺寸－混凝土中的孔眼－垫层为了铺设时受力均匀，设砂砾石、卵砾石垫层，厚度一般10~15cm石笼内充填：坚硬不易崩解的卵石、块石；块径应大于网孔尺寸。5、石笼防护2)石笼网：长方体和圆柱体排水工程•在边坡上设置地表和地下排水系统的目的在于减少地表水入渗、降低地下水位，增强边坡稳定性，实践证明：完善的排水系统对于边坡稳定具有重要作用，并作为一种重要的辅助工程措施，与抗滑结构一道成为边坡工程整治的重要手段。•排水系统的设计应结合边坡工程地质、水文地质条件以及降雨条件，制定地表排水、地下排水的设计方案。•地表排水系统的工程设计标准应根据防护对象等级所确定的防洪标准予以确定；•地下水排水工程应根据滑动面位置、含水层与隔水层水文地质结构及地下水位动态变化特征等因素采用排水隧道、仰斜排水孔等工程措施。