——黃河壺口瀑布風(fēng)景區(qū)禹王廟西側(cè)高邊坡冶理

田建強(qiáng)

陜西省第四建筑工程公司

 

    1.1建筑工程概況

    黃河壺口瀑布風(fēng)景名勝區(qū)禹王廟建筑群位于陜西省宜川縣黃河瀑布風(fēng)景區(qū)上游1.5公里，黃河右岸龍王辿河段。它西依大山，東瞰黃河，十里坪至壺口公路在它面前彎曲穿行而過。它是黃河航運(yùn)鼎盛的清明時(shí)代的繁華碼頭，它始于明代，盛于清代，衰于日軍侵華時(shí)期。

  

    新建禹王廟是在原古渡口舊址上修建的一座集賓館、商店、游覽、觀光的現(xiàn)代建筑群，它由三段建筑物組成，其中，一段1218平米、二段2892平米、三段1191平米，框架結(jié)構(gòu)，建筑總面積5302平米。建筑物總高度23.9平米。

 

    1.2場地巖土工程條件

    1.2.1地形地貌   

    該邊坡位于黃河壺口瀑布上游1.5公里，龍王辿河段河流右岸，屬于黃河晉陜峽谷的南部地段。黃河在此為山西省和陜西省的天然分界線，瀑布區(qū)西臨陜西省宜川縣，東靠山西省吉縣。壺口瀑布所處的黃河河道坡降大，河流下切作用強(qiáng)，宏觀的河谷斷面在這一帶呈“U”型狀態(tài)，谷寬約為500余米，由于黃河強(qiáng)烈的下切作用，在河谷兩側(cè)形成陡峻的陡坡，坡度近于直立，高度30~50余米。在這開闊寬展的谷地之中，河水以瀑布形式再次在河床中央下切形成了谷中谷這一奇特的地貌現(xiàn)象。在河流兩側(cè)，分布有寬度不等的一階階地，分布不連續(xù)。本次建筑場地為禹王廟便屬于黃河右岸一級(jí)階地，為典型的侵蝕基座階地。治理的邊坡高度均40~60米巖質(zhì)邊坡，邊坡下緩上陡，南北長向500米。

 

    1.2.2巖土工程條件

    邊坡巖層為鈣質(zhì)砂巖和紫色泥質(zhì)粉砂巖互層構(gòu)成，產(chǎn)狀平緩，傾向西北，傾角5°。邊坡下段主要為紫色泥質(zhì)粉砂巖，薄~中厚層，層狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理發(fā)育，為較軟巖巖類，屬軟化巖石，易風(fēng)化剝蝕；邊坡中段陡立地段為灰色鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，厚~巨厚層，節(jié)理較發(fā)育，巖石質(zhì)地較堅(jiān)硬，抗風(fēng)化剝蝕能力較強(qiáng)，為較硬巖類；坡體上部為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖與灰白色鈣質(zhì)砂巖互層體，坡頂上覆薄層黃土狀土或松散堆積物。

  

    邊坡區(qū)構(gòu)造簡單。該區(qū)屬于鄂爾多斯構(gòu)造盆地的一部分，地層總體呈單斜狀向西北傾斜，傾角3°~5°，局部有起伏不大的撓曲存在。由于；邊坡區(qū)巖體節(jié)理發(fā)育，侵蝕切割作用發(fā)育，在平面上常組成棋盤格式構(gòu)造，其中一組走向和瀑布區(qū)的跌水?dāng)嗝孀呦蚪�于平行，一組走平行于黃河河床。各組地層中邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征有如下特點(diǎn)：

 

    1）銅川組泥質(zhì)粉砂巖：薄~中厚層狀結(jié)構(gòu)，層厚一般5~35cm，局部夾薄層泥巖，單斜分布，巖層近于水平，略向西北傾斜，傾角一般小于3°，巖層軟硬相間，差異風(fēng)化現(xiàn)象明顯，屬剪性節(jié)理，節(jié)理面呈閉合狀，無充填，地表淺部呈張性裂開，該組節(jié)理屬優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，對崩塌、危巖體等的形成起控制作用。

    2）銅川組鈣質(zhì)粉砂巖：塊狀結(jié)構(gòu)，層厚一般大于100cm，巖性堅(jiān)硬，膠結(jié)程度較好，單斜分布，巖層近于水平，略向向西北傾斜，傾角一般小于3，組成邊坡陡坎，該組節(jié)理屬張性節(jié)理，節(jié)理面呈閉合狀，無充填。為典型優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面，對崩塌、危巖體等的形成起控制作用。

    3）紙坊組泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層體：薄~中層狀結(jié)構(gòu)，層厚一般2~25cm，巖性軟硬相間，泥質(zhì)膠結(jié)，單體分布，巖層近于水平，略向西北傾斜，傾角一般小于3°，分布于坡腳，形成自然斜坡，該組節(jié)理屬剪性節(jié)理，節(jié)理面呈閉合狀，無充填。由于該組巖層處于坡腳，屬應(yīng)力集中區(qū)，其主應(yīng)力方向?yàn)樗�平方向，巖層軟硬相間，臨空面大，地層沿相對軟弱層發(fā)生滑移-----壓致----拉裂破壞，導(dǎo)致部分層位在淺表部位卸荷裂隙發(fā)育。另外，由于該處處于坡腳，局部分布有地下水，沿體的吸水性較弱，導(dǎo)致該處沿體線表部位住物理風(fēng)化作用下強(qiáng)烈風(fēng)化裂隙發(fā)育。

 

    根據(jù)勘察報(bào)告和踏勘現(xiàn)場，結(jié)合上述邊坡病害成因分析該邊坡主要地質(zhì)病害表現(xiàn)為：

    2.1邊坡下段為紫色泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈，與上部鈣質(zhì)砂巖接觸部位邊坡形成水平向凹槽，導(dǎo)致上伏鈣質(zhì)砂巖產(chǎn)生臨空面，形成懸挑巖體，極可發(fā)生墜石和重力崩塌。墜石和崩塌破壞景區(qū)景觀，并危及景區(qū)人身生命和建筑物的安全。

    2.2鈣質(zhì)砂巖受節(jié)理切斷，巖體局部存在游離孤石，這些孤石可在震動(dòng)下墜落。

    2.3鈣質(zhì)砂巖存在張性裂縫，巖層易沿裂縫風(fēng)化破壞。

    2.4邊坡破體下部分布的紫紅線泥質(zhì)粉砂巖軟化巖石，抗風(fēng)化能力差，整個(gè)破體差異風(fēng)化現(xiàn)象明顯，若長期暴露風(fēng)化剝落，會(huì)形成危害，崩塌體等，對坡體穩(wěn)定不利。

 

    3.1防止紫色泥質(zhì)砂巖風(fēng)化剝蝕，維持現(xiàn)邊坡穩(wěn)定；

    3.2防止紫色泥質(zhì)砂巖與鈣質(zhì)砂巖間剝蝕凹槽進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致上伏巖層重力崩塌破壞。

    3.3防止鈣質(zhì)砂巖裂縫發(fā)展和墜石災(zāi)害發(fā)生。

    3.4防止坡頂松散堆積物和坡體危巖墜落對建筑物的安全使用造成危害。

 

    采用錨索墻柱內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆混凝土擋土板，自然坡度大于45度的坡段，采取厚層基材綠化和系統(tǒng)錨桿防護(hù)，裂縫灌漿固結(jié)方法，鈣質(zhì)砂巖和紫色泥質(zhì)砂巖接觸形成的風(fēng)化剝蝕凹槽，采用布置錨桿，回填C15素砼加固。 鈣質(zhì)砂巖陡巖區(qū)域，人工清理活石，并用短錨桿固定危巖，裂縫灌漿固結(jié)方法加固。增設(shè)排水設(shè)施等綜合治理措施。

 

    4.1預(yù)應(yīng)力錨索墻柱

    4.1.1一級(jí)坡面上設(shè)置了預(yù)應(yīng)力錨索墻柱。從地面以下0.6米沿直立墻布置墻柱,水平間距30米，墻高9米，截面60*45cm，采用錨索固定，錨索分作二種形式，A型錨索要求入巖深度８m,Ｂ型錨索要求入巖深度６m ，每孔錨索設(shè)計(jì)拉力為700KN，錨索墻柱168根，每根墻柱設(shè)2個(gè)錨孔，每孔6根無粘結(jié)鋼絞線，其直徑15.24mm，每2根為一單元，采用壓力分散型錨索形式施工。墻柱內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆混凝土擋木板，板厚15cm，配雙層￠200mm鋼板網(wǎng)，板內(nèi)填碎石土。

  

    二級(jí)坡面設(shè)置了預(yù)應(yīng)力錨索墻柱，水平間距3.0米，墻高9米，截面60*45cm，采用錨索固定，錨索分作二種形式，C型錨索要求入巖深度10m，D型錨索要求入巖深度8 m ，錨索墻柱161根，每根墻柱設(shè)2個(gè)錨孔，每孔6根無粘結(jié)鋼絞線，其直徑15.24mm，每2根為一單元，采用壓力分散型錨索形式施工。墻柱內(nèi)側(cè)現(xiàn)澆混凝土擋木板，板厚15cm，配雙層￠200mm鋼板網(wǎng)。擋土板與邊坡體之間的縫隙填碎石土。兩級(jí)擋墻頂設(shè)置2米的碎石槽，可防墜石危害，同時(shí)平臺(tái)上可植樹種草，美化環(huán)境。

 

    4.1.2錨索墻柱工作原理

    預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體邊坡設(shè)計(jì)常用的一種方法 ,就是基于可能出現(xiàn)的巖體失穩(wěn)形式 ,采用剛體極限平衡法對加固前的巖體進(jìn)行分析 ,再根據(jù)下面的公式計(jì)算保持邊坡穩(wěn)定所需施加的預(yù)錨力 .

 

    Ｑ1 +Ｑ2 ｔａｎ=ＫＴ

    式中：Ｔ—加固前巖體的下滑力；—?jiǎng)用娴膬?nèi)摩擦角;Ｑ1 ,Ｑ2 ——由預(yù)應(yīng)力錨索提供的切向抗滑力和法向正壓力；Ｋ—安全系數(shù)。然后由經(jīng)驗(yàn)和一些近似計(jì)算公式來確定其余的布錨參數(shù)，包括錨索的布設(shè)范圍、間距、方向、長度、錨固方式、錨固段長度等。

 

    預(yù)應(yīng)力錨索墻柱是通過錨固在坡體深部穩(wěn)定巖體上的錨索將力傳給墻柱，再經(jīng)墻柱對不穩(wěn)定坡體施加一個(gè)預(yù)應(yīng)力，將不穩(wěn)定松散巖體擠壓，使巖體間的正壓力和摩阻力大大提高，增大抗滑力，限制不穩(wěn)定坡體的發(fā)育，從而起到了加固邊坡穩(wěn)定坡體的作用。錨索孔內(nèi)高壓注漿，使?jié){液填充了錨孔周圍坡體內(nèi)裂隙，提高了坡體的整體穩(wěn)定性。

4.1.3錨索墻柱施工流程

 

 

    4.1.4 預(yù)應(yīng)力錨索墻柱主要參數(shù)的選取

    （1）預(yù)應(yīng)力鋼絞線：選用直徑15.24mm,強(qiáng)度1860MPa的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，延伸率≥3.5%。

    （2）設(shè)計(jì)拉力：錨索設(shè)計(jì)拉力700kN，每孔6Ф15.24預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

    （3）安全系數(shù)：錨索安全系數(shù)取2.0～2.2。

    （4）鉆孔直徑及設(shè)備：鉆孔直徑Ф130mm,設(shè)備采用YM160步履式土錨鉆機(jī)和無錫探礦機(jī)械廠、宣化英格索蘭工程機(jī)械有限公司、東北巖土工程公司等單位生產(chǎn)的巖錨鉆機(jī)。

    （5）錨索張拉力與錨固力：錨索采取差異分步張拉，每孔6根分為3個(gè)單元，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載和錨索長度計(jì)算確定差異荷載，錨索的預(yù)應(yīng)力在補(bǔ)足差異荷載后分5級(jí)按設(shè)計(jì)荷載700kN的25%、50%、75%、100%和110%進(jìn)行施拉，每次持荷時(shí)間2～5min，最后一級(jí)持荷穩(wěn)定觀測10min 以后按設(shè)計(jì)要求鎖定，鎖定后48h內(nèi)沒有出現(xiàn)明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，即可進(jìn)行封錨。

 

    壓力分散型錨索加荷等級(jí)與測讀位移應(yīng)遵守下列規(guī)定：

    ① 首先把所有的錨索一起拉到A×fptk的0.1倍（A為錨索的截面積，fptk為錨索承載力標(biāo)準(zhǔn)值），使錨索拉直，然后松開；隨后再采取循環(huán)加荷，每級(jí)加荷增量宜取初始荷載0.1A×fptk+差異荷載。

    ② 在每級(jí)加荷等級(jí)觀測時(shí)間內(nèi)，測讀錨頭位移不應(yīng)小于3次。

    ③ 在每級(jí)加荷等級(jí)觀測時(shí)間內(nèi)，錨頭位移不大于0.1mm時(shí)，可施加下一級(jí)荷載；否則需延長觀測時(shí)間，直至錨頭位移增量2h小于2mm時(shí)，方可施加下一級(jí)荷載。

   

    （6）張拉主要設(shè)備：YCW150B型千斤頂，OVMZ-500型油泵，HVM錨具。

    （7）錨索擠壓套擠壓設(shè)備：ZB4-500型電動(dòng)油泵，柳州產(chǎn)GYJA擠壓器。

    （8）錨固長度及膠結(jié)：錨固段嵌入坡體的長度為14m,錨固段采用強(qiáng)度為M40純水泥漿膠結(jié)，水灰比0.4～0.5,水泥為普通硅酸鹽P.O 42.5R。

    （9）錨索鋼筋混凝土：采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土"1"字型墻柱設(shè)計(jì)，墻柱為0.6m×0.45m矩形截面，主筋為Ф22，箍筋為Ф12。

 

    ５.1.緩坡巖地段直接覆土，有土地段可不覆土保持有植被，自然坡度大于45度的鈣質(zhì)砂巖坡段，采取厚層基材綠化和系統(tǒng)錨桿防護(hù)。系統(tǒng)錨桿間距2.0×2.0m長度分別為1.5～６m，鉆孔孔徑不小于4.5cm，錨孔與坡面成90度，錨桿體短錨桿φ16螺紋鋼，長錨桿為φ25的螺紋鋼：錨桿呈梅花型交錯(cuò)布置，掛φ2mm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)。系統(tǒng)錨桿為全長粘結(jié)式錨桿，錨桿抗拔力不低于50KN，注漿強(qiáng)度不小于25Mpa，厚層基材植草，將TBS綠化基材，纖維，種植土，植被種子的混合物噴射到鈣質(zhì)砂巖巖石坡面，形成綠化層，基材的噴射厚度為8cm.

 

    ５.２鈣質(zhì)砂巖和紫色泥質(zhì)砂巖接觸形成的風(fēng)化剝蝕凹槽，采用布置錨桿回填C15素砼加固。錨桿@2.0m，入巖1.5m，外端距擬設(shè)板10cm，錨桿1φ20。

 

    5.3鈣質(zhì)砂巖陡巖區(qū)域，人工清理活石，并用短錨桿固定危巖，裂縫灌漿固結(jié)方法加固。

 

    5.4施工工序

    木邊坡應(yīng)按以下工序進(jìn)行施工：

    清除活石─2.錨桿危巖加固、裂縫灌漿─3.一級(jí)錨索墻柱施工─4.二級(jí)錨索墻柱施工─5.墻內(nèi)填土─6.巖石凹槽回填─7.厚層基材綠化和系統(tǒng)錨桿防護(hù)─8.錨索張拉鎖定─9.截水溝、急流槽和排水孔施工。

 

    5.5.截水溝、急流槽

    為了避免山體地表水，雨水浸刷松散巖體引起坡體滑坡，需在坡面上方5m處設(shè)置漿砌片石截水溝，在坡頂匯水處設(shè)邊坡急流槽兼做檢查梯。急流槽每100m設(shè)1道。每集平臺(tái)設(shè)排水溝匯集于急流槽或截水溝、邊溝。

 

    5.6排水孔

    （1）泄、排水孔：在1級(jí)混凝土護(hù)面墻上設(shè)φ75PVC泄水孔，間距2m×2m交錯(cuò)布置，每級(jí)設(shè)3排水平間距為4m，垂距為3m的排水孔。孔深1~3m,孔內(nèi)布φ46有孔塑料管及過濾網(wǎng)。

    （2）排水水平孔：在邊坡地下水密集的坡面處，布設(shè)平孔排水，孔口高出邊溝面0.5m，縱向間距5.0m孔的水平夾角5~10度，孔深5m，排水管采用φ100mm，廣式透水軟管（酌情套硬管），排水管長度5m，管身按一定的間距交錯(cuò)設(shè)置滲水孔，管的端頭及管體采用濾網(wǎng)或土工布做反濾層，在第一級(jí)第二級(jí)設(shè)排水平溝。施工時(shí)可根據(jù)地下水的實(shí)際情況酌情加密設(shè)平孔排水，補(bǔ)償排水。

 

    （１）邊坡坡面高陡，泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈，根據(jù)邊坡病害的特征和規(guī)律，采用錨索墻柱結(jié)構(gòu)綜合治理措施進(jìn)行工程整治，達(dá)到安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的目的，并為治理此類邊坡病害探索一種新的防護(hù)加固模式和治理思路。

    （２）對于復(fù)雜邊坡防護(hù)加固工程，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，應(yīng)做好坡體監(jiān)測與預(yù)報(bào)工作，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地層信息及坡體結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行必要的調(diào)整與完善，即進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，使其經(jīng)濟(jì)、安全可靠。

    （３）隨著近年錨索技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，預(yù)應(yīng)力錨固工程技術(shù)得到了良好的應(yīng)用和發(fā)展。

　　

1、《宜川縣黃河壺口瀑布風(fēng)影名勝龍王辿廟宇群西側(cè)邊坡巖土工程勘察報(bào)告》西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院。

2、《禹王廟總平面圖》中國建筑西北設(shè)計(jì)研究院有限公司。

3、《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（GB50086-2001）；

4、《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（CECS22：90）；

5、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2002.

６、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2000.

７、《地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》DB50/5029-2004.

 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)