中石化贵州盘县成品油管道QP076段滑坡及管道保护方案设计毕业论文
2021-03-01 02:03
摘 要
本文广泛搜集了中石化贵州盘县成品油管道QP076段滑坡段的工程地质资料，结合相关规范手册，在此基础上认真详细地分析了边坡岩土体的工程性质以及物理参数，再通过迈达斯/GTS软件建模确定出潜在滑移面，并通过传递系数法计算出滑坡的剩余下滑力。根据计算出的剩余下滑力对该滑坡选取合理的支护结构，最终采用了预应力锚索和重力式挡土墙联合支护形式。对预应力锚索和重力式挡土墙的相关设计严格按照规范设计要求，使原来处于欠稳定的边坡达到了工程要求的安全等级，从而有效地保障了边坡稳定性和管道的安全。在完成边坡一系列支护设计后，采用迈达斯/GTS软件对施加支挡措施的边坡进行了稳定性验算，结果表明加固后的边坡满足结构稳定性要求。最后对该边坡支护设计中的各类支挡结构物的施工过程和工艺进行了简要的介绍。
关键词：管道；滑坡；边坡；支护；锚索；重力式挡土墙
Abstract
the engineering geological data of the QP076 section landslide section of Sinopec Guizhou Panxian Oil Pipeline was extensively collected in this article.Based on the relevant specification manual, the engineering properties and physical parameters of slope rock mass are analyzed in detail. And then through the Midas / GTS software modeling to determine the potential slip surface, and through the transfer coefficient method to calculate the remaining slip of the landslide. According to the calculated residual slip force, a reasonable supporting structure is selected for the landslide. Finally, the 
anchor and the gravity retaining wall are supported. The design of theanchor and the gravity retaining wall is in strict accordance with the standard design requirements, so that the original in the unstable slope to achieve the engineering requirements of the safety level, thus effectively protecting the slope stability and pipeline safety. After the completion of a series of support design of the slope, the reliability of the slope is imposed by the Midas / GTS software. The results show that the reinforced slope meets the structural stability requirements. Finally, the construction process and process of all kinds of retaining structures in the slope support design are briefly introduced.
Key Word: Pipe; landslide; slope; support; anchor; gravity retaining wall
目录
1 绪论 1
1.1 边坡工程概述 1
1.2支挡结构的发展和展望 2
1.3 常用支挡结构 2
1.3.1重力式挡墙 2
1.3.2土钉墙 3
1.3.3抗滑桩 3
1.3.4预应力锚索 4
1.4 支挡结构设置原则 5
1.5支挡结构设计要求及注意事项 5
1.5.1 支挡结构设计要求 5
1.5.2 支挡结构设计注意事项 5
2 边坡稳定性分析与计算 7
2.1工程简介 7
2.2边坡的类型及破坏形式 7
2.2.1 边坡分类 7
2.2.2边坡的破坏形式的分类 8
2.3边坡稳定性分析 8
2.4边坡稳定性计算 8
2.4.1确定滑移面 8
2.4.2滑坡推力计算 10
3土压力计算 12
3.1土压力基本概念 12
3.2经典土压力理论 12
3.2.1朗肯土压力 12
3.2.2库伦土压力 12
3.3 附加荷载下土中附加竖向应力的标准值计算 13
3.4 计算土压力 14
3.4.1.土中竖向附加应力 14
3.4.2土中的竖向应力 14
3.4.3土中竖向应力合力 15
3.4.4土中主动土压力计算 15
4 支挡结构设计 16
4.1支挡结构的选择 16
4.2 挡土墙设计 16
4.2.1作用于挡土墙上的力的计算 16
4.2.2挡土墙抗倾覆以及抗滑移稳定计算 16
4.2.3挡土墙其他部分设计 17
4.3预应力锚索设计 17
4.3.1确定锚索钢绞线 17
4.3.2锚索锚固位置以及锚固倾角的确定 18
4.3.3设计锚固力以及锚固间距的确定 18
4.3.4 锚固体设计计算 19
4.4锚索格构梁设计 20
4.5边坡支挡措施及坡面防护 23
4.6边坡稳定性验算 24
5施工简介 26
5.1 挡土墙施工简介 26
5.2 预应力锚索锚索施工 27
5.3格构梁施工 27
结论 29
参考文献 30
附录 32
致谢 33
1 绪论
1.1 边坡工程概述
边坡的失稳造成的各种灾害例如滑坡、崩塌、泥石流等灾害是十分严重的自然灾害，仅次于地震地质灾害。而这对于我国这样一个多山的国家来说是无法避免的，因此对边坡工程的研究与分析也就显得具有很强的社会与经济意义。
滑坡灾害主要涉及到以下几个方面，分别是：
（1）中断交通运输
不管是铁路还是公路，滑坡的危害都是十分巨大的，一旦铁路或者公路被划破损坏，交通运输就会被中断，造成严重的经济损失，甚者危及人民生命健康安全。
（2）破坏矿山开采
因为滑动造成的边坡失稳已成为影响各种矿山安全生产的重要问题之一，一般情况下随着边坡高度的增大，由此引起的相对应的问题更加突出，它不仅影响矿体不易采出，中断矿山运输，而且造成采场以外工厂、道路、管线、房屋等变形破坏。
（3）危害工厂安全生产
建在山区的一些工厂有很多遭到滑坡的危害，有的在建厂之初九出现滑坡，因而增加了工程投资；有的在运营之后出现，这严重威胁到厂与生命的安全，结果就是造成人员伤亡和经济严重损失。
（4）破坏水利水电建设
水电建设中的滑坡灾害在我国也是比较严重的，一旦水库蓄水初期就发生了的库岸顺层滑坡，导致涌浪翻过坝顶，洪水冲到下游，引起泥石流等严重自然灾害。这种灾害是巨大的而且破坏性很大。
（5）破坏城镇环境
山区城镇依山修路盖房，滑坡灾害愈来愈成为城市建设中一个突出问题，有的破坏房屋，有的破坏道路，有的破坏各种管线和供电、供水设施。
（6）摧毁村庄农田
除因水利灌溉引起的滑坡破坏农田和村庄外，更大量的是自然滑坡的破坏，这种现象在滑坡多发区比比皆是。
（7）滑坡造成的其他次生灾害
滑坡不仅会堵河成湖，而且当滑体坝溃决时造成下游洪水成灾甚者形成泥石流灾害。
并以此引发一系列的生态问题。
由此可见，边坡失稳问题已涉及到国民经济和人民生活的各个领域。对边坡的稳定性分析具有很大的现实意义。
1.2支挡结构的发展和展望
支挡结构随着这几年我国经济的高速发展，在我国得到了越来越广泛的应用，尤其是是在公路，铁路上的运用更是不胜枚举。支挡结构从最开始的简单的挡土墙发展到现在新型的支挡结构—预应力锚索、土钉墙以及各种联合新型挡结构，是质的飞跃，使得各种工程更加安全可靠，使用寿命也越来越长。并且针对各种不同的自然环境，还出现的与其对应的特殊的支挡结构—对拉式挡土墙、檐式挡土墙、竖向预应力挡土墙、加筋挡土墙以及锚定板挡墙等结构。而且随着对这些新型的支挡结构大量的使用与被支挡结构相互作用机理比较深入的研究，各种新的设计理念与规范被提出来，而且这几年随着我国环保意识的不断加强，环保型的支挡结构得研究也越来越受到研究者的青睐，各种环保型的支挡结构被设计出来，例如采用预应力加格构梁的结构，就可以实现在格构梁上种植草，实现支挡结构的绿色化。因此，未来随着我国经济的不断发展，国民生活素质不断提高，支挡结构的理念将更加实现与民相和，更加环保经济。
1.3 常用支挡结构
目前，在边坡支挡工程中常用的支挡结构有重力式挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支承和锚固结构，这些结构在目前国际与国内上的运用都比较广泛，适合很多特殊条件下的边坡整治，而且技术及理论也相当成熟。并且对他们的研究与分析也达到了一个较深的层次，技术与理论相比其他新型或者特殊的支挡结构相对成熟。下面将对几种支挡结构作简要介绍。
1.3.1重力式挡墙
重力式挡土墙在我国运用的已有相当长的时间，这与我国很多地区有着丰富来源的石料以及就地取材方便有着很大的关系，再加上重力式挡土墙本身施工方法简单，因此，石砌的重力式挡土墙在我国在过去的一段很长时间里得到了广泛的应用。在众多的支挡结构当中，重力式挡土墙这种结设计的结构形式相对比较简单，其设计理论一般采用伦土压力理论或者朗肯土压力对墙后的土体对墙体的作用力进行计算。
图1.1 重力式挡土墙
1.3.2土钉墙
土钉墙是在靠在需要加固的边坡设置钢筋土钉并依靠靠土钉拉力维持其稳定性的支挡结构。土钉墙来源于隧道新奥法，这种结构主要通过钢筋等高强度长条材料对原位岩体进行加固。该技术现在已经形成了与原来大不相同的复合材料，用来提高整个结构的稳定性。该技术是一项针对岩土进行原位进行加筋的技术，一般事先需要钻孔、插筋、注浆，再在相应的位置加入土钉，整个岩土的抗拉强度是由土钉与岩土界面抗剪强度提供的。最后在钢筋网喷射混凝土面板约束土钉之间沿岩土的变形。目前，该技术广泛应用于深基坑支护及边坡加固工程领域中。
图1.2 土钉墙
1.3.3抗滑桩
抗滑桩是一种依靠其锚固段侧向地基抗力来抵抗滑移段土压力或其侧向土压力的支挡结构，这种结构在最近十几年来运用受到了广泛的的运用，并且针对这种支挡结构，还产生了一种新的研究理论—滑坡体与抗滑桩相互作用机理，而且按照要求在土质和破碎软弱岩层地层中常设置锁扣和护壁。
图1.3 抗滑桩
1.3.4预应力锚索
预应力锚索是最近提出的一种新型的支挡结构，其结构形式比较简单，主要由锚索由锚固段、自由段及锚头组成，而且采用高强度低松弛钢绞线制作锚索。它主要通过锚索施加张力以加固岩边坡土体。预应力锚索设计简单，工程圬工是比较少的一种，因此预应力锚索目前得到了广大工程建设者们的青睐，它常用加固土质、岩质地层的边坡及地基，其锚固段一般设置稳定地层中以保证整个结构更加安全稳固。而且该结构常常和抗滑桩联合使用，达到了很好的效果，如图1.4。
图1.4 预应力锚索
1.4 支挡结构设置原则
（1）对于比较陡峭的路堤以及形成薄层填方的边坡，采用与之相对应的支挡结构以提高其稳定性达到设计需要。
（2）对于因为开挖形成的剥山皮式薄层高边坡，为了保护天然植被不至于被破坏过多，因此采用支挡结构以降低路堑边坡并达到保护环境的目的。
（3）对于稳定性很差的地基加以稳固。
（4）为了避免对既有建筑物的影响、破坏或干扰以及为提高该不稳定地质体的稳定性或提高建筑物的安全度。
（5）为了保护环境以及其他特殊要求。
1.5支挡结构设计要求及注意事项
1.5.1 支挡结构设计要求
（1）支挡结构的设计应严格按照相关的国家规范，并遵循国家政策以及经济出发点，考虑长远利益以及当前利益联系。
（2）支挡结构设计应从安全可靠、经济合理、便于施工养护的角度出发设计出相对应的结构类型以及其位置的选定。
（3）支挡结构荷载分类大致分为三类，分别是主力（例如支挡结构承受的岩土侧压力或滑坡推力）、附加力（设计水位的静水压力和浮力）和特殊力（地震力、施工荷载及临时荷载）
（4）挡土墙结构计算时应列出可能出现的所有作用荷载，并选取最不利荷载组合进行设计。
（5）支挡结构设计必须符合国家环保及其他相关规定。
1.5.2 支挡结构设计注意事项
（1）对于挡土墙位于斜坡上或者其基地下持力层范围内有软弱层时，应检验其稳定性。
（2）不宜在同一个地段内设置过多支挡结构，从而避免施工困难以及影响支挡结构外观。
（3）对于支挡结构与路堤链接时采用椎体填土。
（4）支挡结构设计时还需要考虑在其中作业时不受到影响。
（5）设计时应考虑不同的工况以及与其同时建设的其他工程之间的配合。
（6）考虑到岩土工程的复杂性，设计所需的相关物理学参数受到各种因素的影响，从而导致设计方案难以完全符合工程实际。因此对于重点支挡工程和新型的支挡结构进行设计时必须相关的现场试验，并需要一定的现场监测要求，以便及时获取支挡结构的变形、位移情况。
（7）为了加强对环境的保护防止水土流失，支挡结构及其有关的边坡防护设计有条件时应优采用绿色防护工程。
2 边坡稳定性分析与计算
2.1工程简介
本次涉及的贵州盘县成品油管道沿线地貌以山地为主，区内自泥盆系中统罐子窑组至第四系均有出露。岩性主要以浅灰色浅海相含白云质、燧石团块的厚层至块状灰岩、白云质灰岩和松散岩类为主。在局部地段有泥岩、页岩、炭质泥岩和板岩出露，个别地方有软质岩石(页岩)、硬质岩石(灰岩和白云质灰岩）互层现象。第四系松散岩类主要分布在河床、坡地和侵蚀谷地，其厚度较薄，一般不大于10米。而且由于边坡开挖，在管道两边形成了长120米，高18米的高切坡。正常情况下，边坡没有发生破坏。
管道沿线年均降雨比较充沛，并且主要降雨集中在5月份到10月份，占全年总降雨量的百分之八十八。而且10年一遇1小时最大降雨量为60.84mm。集中的降雨条件诱发了地质灾害的发生。
2.2边坡的类型及破坏形式
2.2.1 边坡分类
边坡是由坡面、坡顶及其下部一定深度坡体组合而成的。如图2.1所示；
图2.1 边坡的组成
表2.1 按边坡高度分类
边坡类型 | 高度/m |
超高边坡 | gt;100 |
高边坡 | 50～100 |
中边坡 | 20～50 |
低边坡 | lt;20 |
2.2.2边坡的破坏形式的分类
按破坏机理可将边坡的破坏形式主要划分为崩滑、倾倒、滑坡。
按滑坡厚度分类如表2.2所示；
表2.2 按厚度分类
滑坡类型 | 厚度/m |
浅层滑坡 | lt;6 |
中层滑坡 | 6~20 |
深层滑坡 | gt;20 |
2.3边坡稳定性分析
对于边坡的设计分析中，通过对边坡稳定性分析和计算来确定经济合理地边坡组成或分析已有边坡的稳定程度，从而一次为理论依据，设计合理的边坡支挡结构。边坡稳定分析计算必须在大量岩体工程地质勘查和岩体力学性质试验的基础上进行。
目前，用于分析岩坡稳定性的方法有极限平衡法、赤平极射投影法和有限元法。但是，当前国内外仍广泛采用极限平衡法。将边坡稳定问题当做刚体平衡问题来研究的极限平衡法应作出相应的一些基本假定。
2.4边坡稳定性计算
2.4.1确定滑移面
- 边坡工程概况以及各层参数选取
选取该边坡最大横向剖面为本次研究分析对象，该剖面大致分为两层，第一层至地面起8米厚度为强风化灰岩层（也就是基岩层），第二层为从第一层强风化灰岩顶层表面开始10米的厚度层为碎石土残积坡层。整个边坡开完后并没有出现滑坡现象，但是管道沿线年均降雨量为1390mm，降雨集中在5月份到10月份，占全年总降雨量的百分之八十八。10年一遇1小时最大降雨量为60.84mm。集中的降雨条件诱发了地质灾害的发生。因此利用迈达斯/GTS软件建模对该边坡在没有降雨情况下和降雨情况下的边坡稳定性的进行分析。表2.3是各层的物理参数取值。
表2.3 土层物理参数
