1 滑坡治理工程設計安全標準的討論
??????? 1.1 滑坡治理工程設計安全標準的概念
??????? 治理滑坡時必須對滑坡的穩定性進行評價。如何判定滑坡體是否穩定,還要借助一個“限值”或稱“法值”作為評價滑坡體穩定性是否可靠的一個判據,工程中將這個判據定義為安全標準。安全系數是定量表達安全標準的最成熟、使用最普遍的一種形式。滑坡體防治工程的設計安全標準,代表滑坡體所應該具有的安全度,是一項極其重要的工程數據。制定安全標準,需要考慮很多方面的因素,有自然的因素,也有人為的因素。安全標準的取值高或低,關系到滑坡治理工程的方案制定和投資的大小,也直接涉及到設計者自身的工程責任。所以,安全標準的制定是滑坡治理工程設計的一項重要的工作,是需要依靠專家參預進行的一項高難度、高風險的決策。
??????? 滑坡穩定性分析及工程治理中主要應用以下兩種不同定義的安全系數。
??????? 第1種定義的安全系數:是將荷載(即滑動力)乘以一個數K,并將K值逐漸增大,直到取得某個臨界值,使滑坡體達到臨界平衡狀態,這個臨界值就是安全系數。這樣求出的安全系數具有“超載系數”的性質。
??????? 第2種定義的安全系數:是將滑坡體土質的抗剪強度除以K,并將K值逐漸增大,直到取得某個臨界值,使滑坡體達到臨界平衡狀態。這樣求出的安全系數具有“強度儲備系數”的性質。
??????? 1.2 安全標準是多因素共同作用下的一個函數
??????? 安全系數(K)實際上是許多復雜因素共同作用下的一個函數,亦即:
??????? K=f(xi=x1,x2,x3,…,xn)
??????? 式中xi (i=1,2,3,…,n)是影響安全系數K的各個因素。
??????? 既然安全系數是受許多復雜因素共同影響的,那么在制定滑坡治理工程安全標準時,如果不考慮這些因素及其不確定性,籠統地采用強制性的安全標準,是不合理的。
??????? 對滑坡體的安全系數產生影響的許多復雜因素中,主要的因素可以歸納為以下5個方面:
??????? (1)地質因素。指對滑坡體的規模大小和現狀穩定性、滑動面的形狀、巖土性質、環境邊界、地下水分布等揭示認識的準確性與深刻程度。
??????? (2)巖土物理力學參數。主要指滑體和滑帶土的抗剪強度。進行穩定分析時,對滑坡體材料的抗剪強度應作出符合實際的評判,注意滑坡治理安全標準的取值要與抗剪強度取值的方法與偏向(偏于保守還是危險)相適宜。
??????? (3)作用荷載及其組合。影響安全系數的作用荷載主要有:自重及上覆外載、地下水孔隙壓力、震動、滑坡前緣坡外江(河)靜水壓力和水位驟降等。
??????? (4)穩定分析所采用的理論及方法。用于滑坡穩定分析的理論及方法很多,應根據滑坡類型和滑移機制,合理選擇計算方法,關注不同的分析理論與方法所得到計算成果的差異性,避免產生矛盾和偏差。
??????? (5)工程的重要性。亦即風險性,意指滑坡失穩可能造成的災害影響與可承受的程度。重要性所包含的內容寬泛,往往需要考慮經濟損失、社會影響和政治因素等。滑坡治理工程的重要性越強,滑坡治理的安全標準相對高一些。
??????? 1.3 制定安全標準的方法及安全標準取值的討論
??????? 1.3.1 滑坡體穩定現狀與安全標準
??????? 當某一滑坡體需要進行工程防治時,其天然現狀下的穩定性處于以下兩種情況:
??????? 第1種情況是滑坡穩定性已經達到了臨界狀態,甚至已經失穩,這時滑坡體的天然現狀安全系數等于或者小于1.0。
??????? 第2種情況是滑坡體處于穩定或者基本穩定,這時滑坡體的天然現狀安全系數到底多少很難估計。
??????? 對處于第1種穩定狀況的滑坡體,其天然現狀安全系數等于或者略小于1.0(通常在0.95~1.0之間取值),這時可參考表1確定該滑坡體的安全標準。
??????? 對處于第2種穩定狀況的滑坡體,因無法知道現狀安全系數,再研究該滑體的安全標準已經沒有必要。較好的做法是:
??????? (1)“維持現狀法”。如果該滑體的現狀穩定性是可持續的,不必進一步提高安全系數,可采取“補償還原”法,即采取加固措施將某些條件的惡化導致安全系數下降的部分補回來(水布埡樞紐大巖淌和馬巖灣滑坡體就是采取了這種方法),或采取種種保護措施,阻止安全系數下降(水布埡臺子上滑坡體就是采取了這種方法)。
??????? (2)“相對安全系數法”。如果對該滑體的長期穩定不放心,又無法準確知道滑坡體的現狀安全系數,可假定滑坡體的天然現狀安全系數不小于1.0(相對安全系數),采取加固措施將安全系數提高某一倍數(小型滑體提高10%左右,大型滑體提高5%左右)。
??????? 1.3.2 關于安全標準的下限值
??????? 安全標準的下限值,可按照“最不利組合法”來控制,即“保證滑坡體在各種荷載的最不利組合作用下不失穩”。例如,位于水布埡水利樞紐壩址下游右岸的馬巖灣滑坡體,其天然現狀穩定性比較脆弱,認為其處于臨界穩定狀態,穩定分析時,將各種可能的荷載按照“最不利組合”以后,該滑坡體的安全系數下降幅度達到10%,必須將其安全系數在現有狀態下提高10%,才能保證該滑體在各種不利因素及其組合的作用下,維持其現有的穩定狀態,因此在制定馬巖灣滑坡體的安全標準時,假定滑坡體的現狀安全系數等于1.0,安全標準定為K≥1.1。
??????? 1.3.3 不同工作階段取不同安全標準
??????? 滑坡體的地質條件復雜,即使是同一個滑坡體,在不同的工作階段,地質勘察和研究工作深度不同,尤其是在規劃階段或者預可行性研究階段,地質勘察工作不夠細致,如果采用統一安全 標準,存在一定的風險,也不嚴謹。因此,不同的工作階段,根據工程地質條件的揭示程度和研究工作深度,采取不同的安全標準,是比較科學的。如果不得不硬性地規定統一的安全標準,為了規避風險,對滑坡的地質勘察應提前達到詳勘深度。如果地質勘察達不到詳勘深度,則滑坡治理方案論證與工程量計算應留有充分余地,借鑒建筑物設計工程量計算的階段系數的做法,滑坡治理工程量的階段系數宜在1.15~1.30之間取值。
??????? 2 滑坡治理常用的工程措施
??????? 滑坡整治工程措施大致可分為“減滑”工程措施和“抗滑”工程措施兩大類。減滑工程措施主要包括削方減載、地表防滲及排水、地下排水、前緣護腳等。抗滑工程措施主要包括抗滑樁、擋土墻、錨固等。
??????? 2.1 削方減載與填土反壓
??????? 自重及上覆外載對于滑坡體的穩定性來說,其作用可利可弊。滑坡治理時采用的“削坡減載、反壓固腳”措施,就是合理利用自重及垂直外載的“利”而避其“弊”。
??????? 削方減載措施特別適用于上陡(重)下緩(輕)的推動式、且滑坡后緣及兩側有明顯的邊界、或者有巖體出露而不易受到牽引變形的滑坡治理,對改善滑坡的穩定性,提高安全系數有著非常明顯的效果。特別對于滑動土體厚度大于30m的厚重型滑坡,通過削方減載較容易實現安全系數的提高。
??????? 削方減載最大的缺點是,開挖擾動對環境有負面作用,應力釋放及地下水朝開挖面出溢產生的滲壓力等作用,容易引致周邊土體的牽動,產生新的變形體。
??????? 滑坡體后部削方減載的棄土,或者其他建筑物開挖的棄渣,如果土質較好,可利用其在滑坡前緣填土反壓。統計分析表明,如果將滑坡體上部(滑動區)的體積減重4%,同時等量反壓回填到坡腳(阻滑區),可使滑坡體的穩定安全系數增加10%。
??????? 2.2 地表防滲及地表排水
??????? 滑坡的發生和發展與地表水的危害有密切的關系。從滑坡體周邊匯集的地表水、降雨的滲透以及泉水、池沼及渠道的再滲透,容易誘發滑坡,或使滑坡活動激化。所以,凡滑坡地區的防治工程,地表防滲排水措施都是必要的。地表防滲及排水措施易于實施,投資少,收效快,雖然單獨使用并不一定能使滑坡穩定,但實踐證明,它有減緩滑坡運動的作用,尤其當地下水是滑坡運動的主控因素時,地表防滲及排水措施可以阻隔地下水的補充來源,控制滑坡的發展,為滑坡整治爭取寶貴的時間。
??????? 2.3 地下排水
??????? 地下水對滑坡穩定性產生負面作用主要表現在兩個方面:①地下水孔隙水壓力產生的荷載作用;②地下水對滑體和滑帶土的物理力學性質產生的理化作用。因此,排除滑坡體地下水的目的:①減小孔隙水壓力,提高滑坡體穩定安全系數;②降低滑體內、特別是滑動剪切帶附近土體的含水率,改善土體的物理力學性能。
??????? 一般情況下,排除地下水工程大體可分為排除淺層地下水和排除深層地下水兩類,如果需要截斷滑坡區外地下水的流入,還包括攔截滑坡區外地下水和排除來自滑動面下基巖中的地下水。
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