——黃河壺口瀑布風景區禹王廟西側高邊坡冶理

田建強

陜西省第四建筑工程公司

 

    1.1建筑工程概況

    黃河壺口瀑布風景名勝區禹王廟建筑群位于陜西省宜川縣黃河瀑布風景區上游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。它是黃河航運鼎盛的清明時代的繁華碼頭，它始于明代，盛于清代，衰于日軍侵華時期。

  

    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，框架結構，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，宏觀的河谷斷面在這一帶呈“U”型狀態，谷寬約為500余米，由于黃河強烈的下切作用，在河谷兩側形成陡峻的陡坡，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象。在河流兩側，分布有寬度不等的一階階地，分布不連續。本次建筑場地為禹王廟便屬于黃河右岸一級階地，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

    邊坡巖層為鈣質砂巖和紫色泥質粉砂巖互層構成，產狀平緩，傾向西北，傾角5°。邊坡下段主要為紫色泥質粉砂巖，薄~中厚層，層狀結構，節理發育，為較軟巖巖類，屬軟化巖石，易風化剝蝕；邊坡中段陡立地段為灰色鈣質膠結砂巖，厚~巨厚層，節理較發育，巖石質地較堅硬，抗風化剝蝕能力較強，為較硬巖類；坡體上部為紫紅色泥質粉砂巖與灰白色鈣質砂巖互層體，坡頂上覆薄層黃土狀土或松散堆積物。

  

    邊坡區構造簡單。該區屬于鄂爾多斯構造盆地的一部分，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；邊坡區巖體節理發育，侵蝕切割作用發育，在平面上常組成棋盤格式構造，其中一組走向和瀑布區的跌水斷面走向近于平行，一組走平行于黃河河床。各組地層中邊坡巖體結構特征有如下特點：

 

    1）銅川組泥質粉砂巖：薄~中厚層狀結構，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，差異風化現象明顯，屬剪性節理，節理面呈閉合狀，無充填，地表淺部呈張性裂開，該組節理屬優勢結構面，對崩塌、危巖體等的形成起控制作用。

    2）銅川組鈣質粉砂巖：塊狀結構，層厚一般大于100cm，巖性堅硬，膠結程度較好，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，該組節理屬張性節理，節理面呈閉合狀，無充填。為典型優勢結構面，對崩塌、危巖體等的形成起控制作用。

    3）紙坊組泥質粉砂巖與泥巖互層體：薄~中層狀結構，層厚一般2~25cm，巖性軟硬相間，泥質膠結，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，該組節理屬剪性節理，節理面呈閉合狀，無充填。由于該組巖層處于坡腳，屬應力集中區，其主應力方向為水平方向，巖層軟硬相間，臨空面大，地層沿相對軟弱層發生滑移-----壓致----拉裂破壞，導致部分層位在淺表部位卸荷裂隙發育。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，導致該處沿體線表部位住物理風化作用下強烈風化裂隙發育。

 

    根據勘察報告和踏勘現場，結合上述邊坡病害成因分析該邊坡主要地質病害表現為：

    2.1邊坡下段為紫色泥質粉砂巖風化剝蝕強烈，與上部鈣質砂巖接觸部位邊坡形成水平向凹槽，導致上伏鈣質砂巖產生臨空面，形成懸挑巖體，極可發生墜石和重力崩塌。墜石和崩塌破壞景區景觀，并危及景區人身生命和建筑物的安全。

    2.2鈣質砂巖受節理切斷，巖體局部存在游離孤石，這些孤石可在震動下墜落。

    2.3鈣質砂巖存在張性裂縫，巖層易沿裂縫風化破壞。

    2.4邊坡破體下部分布的紫紅線泥質粉砂巖軟化巖石，抗風化能力差，整個破體差異風化現象明顯，若長期暴露風化剝落，會形成危害，崩塌體等，對坡體穩定不利。

 

    3.1防止紫色泥質砂巖風化剝蝕，維持現邊坡穩定；

    3.2防止紫色泥質砂巖與鈣質砂巖間剝蝕凹槽進一步發展，導致上伏巖層重力崩塌破壞。

    3.3防止鈣質砂巖裂縫發展和墜石災害發生。

    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。

 

    采用錨索墻柱內側現澆混凝土擋土板，自然坡度大于45度的坡段，采取厚層基材綠化和系統錨桿防護，裂縫灌漿固結方法，鈣質砂巖和紫色泥質砂巖接觸形成的風化剝蝕凹槽，采用布置錨桿，回填C15素砼加固。 鈣質砂巖陡巖區域，人工清理活石，并用短錨桿固定危巖，裂縫灌漿固結方法加固。增設排水設施等綜合治理措施。

 

    4.1預應力錨索墻柱

    4.1.1一級坡面上設置了預應力錨索墻柱。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 ，每孔錨索設計拉力為700KN，錨索墻柱168根，每根墻柱設2個錨孔，每孔6根無粘結鋼絞線，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。墻柱內側現澆混凝土擋木板，板厚15cm，配雙層￠200mm鋼板網，板內填碎石土。

  

    二級坡面設置了預應力錨索墻柱，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2個錨孔，每孔6根無粘結鋼絞線，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。墻柱內側現澆混凝土擋木板，板厚15cm，配雙層￠200mm鋼板網。擋土板與邊坡體之間的縫隙填碎石土。兩級擋墻頂設置2米的碎石槽，可防墜石危害，同時平臺上可植樹種草，美化環境。

 

    4.1.2錨索墻柱工作原理

    預應力錨索加固巖體邊坡設計常用的一種方法 ,就是基于可能出現的巖體失穩形式 ,采用剛體極限平衡法對加固前的巖體進行分析 ,再根據下面的公式計算保持邊坡穩定所需施加的預錨力 .

 

    Ｑ1 +Ｑ2 ｔａｎ=ＫＴ

    式中：Ｔ—加固前巖體的下滑力；—動面的內摩擦角;Ｑ1 ,Ｑ2 ——由預應力錨索提供的切向抗滑力和法向正壓力；Ｋ—安全系數。然后由經驗和一些近似計算公式來確定其余的布錨參數，包括錨索的布設范圍、間距、方向、長度、錨固方式、錨固段長度等。

 

    預應力錨索墻柱是通過錨固在坡體深部穩定巖體上的錨索將力傳給墻柱，再經墻柱對不穩定坡體施加一個預應力，將不穩定松散巖體擠壓，使巖體間的正壓力和摩阻力大大提高，增大抗滑力，限制不穩定坡體的發育，從而起到了加固邊坡穩定坡體的作用。錨索孔內高壓注漿，使漿液填充了錨孔周圍坡體內裂隙，提高了坡體的整體穩定性。

4.1.3錨索墻柱施工流程

 

 

    4.1.4 預應力錨索墻柱主要參數的選取

    （1）預應力鋼絞線：選用直徑15.24mm,強度1860MPa的高強度低松弛無粘結鋼絞線，延伸率≥3.5%。

    （2）設計拉力：錨索設計拉力700kN，每孔6Ф15.24預應力鋼絞線。

    （3）安全系數：錨索安全系數取2.0～2.2。

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

    （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個單元，根據設計荷載和錨索長度計算確定差異荷載，錨索的預應力在補足差異荷載后分5級按設計荷載700kN的25%、50%、75%、100%和110%進行施拉，每次持荷時間2～5min，最后一級持荷穩定觀測10min 以后按設計要求鎖定，鎖定后48h內沒有出現明顯的應力松弛現象，即可進行封錨。

 

    壓力分散型錨索加荷等級與測讀位移應遵守下列規定：

    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為錨索承載力標準值），使錨索拉直，然后松開；隨后再采取循環加荷，每級加荷增量宜取初始荷載0.1A×fptk+差異荷載。

    ② 在每級加荷等級觀測時間內，測讀錨頭位移不應小于3次。

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

   

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

    （7）錨索擠壓套擠壓設備：ZB4-500型電動油泵，柳州產GYJA擠壓器。

    （8）錨固長度及膠結：錨固段嵌入坡體的長度為14m,錨固段采用強度為M40純水泥漿膠結，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現澆鋼筋混凝土"1"字型墻柱設計，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度的鈣質砂巖坡段，采取厚層基材綠化和系統錨桿防護。系統錨桿間距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：錨桿呈梅花型交錯布置，掛φ2mm的鍍鋅鐵絲網。系統錨桿為全長粘結式錨桿，錨桿抗拔力不低于50KN，注漿強度不小于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砂巖巖石坡面，形成綠化層，基材的噴射厚度為8cm.

 

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

 

    5.3鈣質砂巖陡巖區域，人工清理活石，并用短錨桿固定危巖，裂縫灌漿固結方法加固。

 

    5.4施工工序

    木邊坡應按以下工序進行施工：

    清除活石─2.錨桿危巖加固、裂縫灌漿─3.一級錨索墻柱施工─4.二級錨索墻柱施工─5.墻內填土─6.巖石凹槽回填─7.厚層基材綠化和系統錨桿防護─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處設置漿砌片石截水溝，在坡頂匯水處設邊坡急流槽兼做檢查梯。急流槽每100m設1道。每集平臺設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級混凝土護面墻上設φ75PVC泄水孔，間距2m×2m交錯布置，每級設3排水平間距為4m，垂距為3m的排水孔�？咨�1~3m,孔內布φ46有孔塑料管及過濾網。

    （2）排水水平孔：在邊坡地下水密集的坡面處，布設平孔排水，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設置滲水孔，管的端頭及管體采用濾網或土工布做反濾層，在第一級第二級設排水平溝。施工時可根據地下水的實際情況酌情加密設平孔排水，補償排水。

 

    （１）邊坡坡面高陡，泥質粉砂巖風化剝蝕強烈，根據邊坡病害的特征和規律，采用錨索墻柱結構綜合治理措施進行工程整治，達到安全可靠和經濟合理的目的，并為治理此類邊坡病害探索一種新的防護加固模式和治理思路。

    （２）對于復雜邊坡防護加固工程，由于地質條件復雜，應做好坡體監測與預報工作，結合現場實際地層信息及坡體結構條件進行必要的調整與完善，即進行動態設計和信息化施工，使其經濟、安全可靠。

    （３）隨著近年錨索技術的發展和進步，預應力錨固工程技術得到了良好的應用和發展。

　　

1、《宜川縣黃河壺口瀑布風影名勝龍王辿廟宇群西側邊坡巖土工程勘察報告》西北綜合勘察設計研究院。

2、《禹王廟總平面圖》中國建筑西北設計研究院有限公司。

3、《錨桿噴射混凝土支護技術規程》（GB50086-2001）；

4、《土層錨桿設計與施工規范》（CECS22：90）；

5、《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2002.

６、《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2000.

７、《地質災害防治工程設計規范》DB50/5029-2004.

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)