三门峡水利枢纽混凝土系统场地的滑坡及防治措施
发布网友
发布时间：2022-04-26 18:14
共1个回答
热心网友
时间：2023-10-20 11:23
黄河三门峡地质勘探总队
前言
三门峡混凝土系统场地位于三门峡坝址下游800m处、黄河右岸的老鸦沟至角胡同之间的斜坡地带上。
1957年4月，大坝正式施工典礼后，混凝土场地就全面开挖了。将一个崎岖不平的斜坡地面改造成为高程320m、340m和354m三个人为的阶梯式台面，并在台面上开始建筑大、小拌合楼等建筑物。
当混凝土建筑物投入紧张施工后，大拌合楼、大拌合楼水泥罐及冷热装制系统等都在平整场地，铁路专用线也准备铺轨，小拌合楼系统也将投入生产之时，恰于1958年2月，分别在角胡同和大、小拌合楼场地发生了两个独立的滑坡。它们使直接位于滑坡体上的建筑物产生了裂隙变形，严重危害到小拌合楼的安全(有被滑坡推走的可能)，也直接影响到滑坡体前大拌合楼的正常施工。
因此，三门峡工程局曾考虑过放弃此场地而另选他处。但经过各方面反复比较后，一致认为原场地较另选新址有更多的优越性。理由是：(1)大坝混凝土浇注任务紧迫，工期不允许拖后；(2)从经济方面考虑，在原场地对滑坡进行工程处理，较重新选择新址要省钱得多；(3)如另选新址，其地质及工程地质条件仍然会是复杂的。最后决定，仍然保留原场地，只是需要对原场地内的滑坡进行综合治理。
另外，基于过去对工程地质资料掌握不够，特别对施工场地内的滑坡问题没有给予充分重视，从1958年的5月至8月，又在该地段重新布置了专项针对滑坡研究的工程地质勘察工作，进一步搜集有关资料。经过这次勘察以及对1955年以来至1957年已有勘探资料的综合分析，对该地段内的滑坡特征和发展有了较全面的认识，并提出了相应的防治措施。
一、滑坡区的地质概况
(一)地形地貌
混凝土系统场地，主要由崩积、坡积以及二者混合产物和残积物所组成。该斜坡的地面高程为300～480m，高出黄河水面约20～200m。场地长约700m，宽约400m，地面坡度为5°～25°，向黄河倾斜。在黄河岸边，这些崩积、坡积物形成了45°的岸坡。
崩塌堆积区之南，有高而陡、呈半弧形分布的闪长玢岩岩壁。岩壁之上，即为黄土类土构成的第四级沉积阶地，其高程为500m左右。
崩塌堆积区之东缘，是黄土类土组成的*沉积阶地。其宽约200m，长约300m，高程为375～450m。从地形、地貌上来看，混凝土系统场地是位于坝址下游黄河的一个凹岸处。
据已有资料显示，在老鸦沟至角胡同一带所形成的黄河凹岸，其岸坡下部的基岩主要为奥陶纪石灰岩及石炭纪含煤岩系。基岩面的高程为300～360m，亦向黄河倾斜，基岩面的坡度大致与地形坡度一致。岸坡上部便是陡峻的中生代闪长玢岩。
在崩积、坡积堆积层形成之前，暴露于地表的奥陶纪石灰岩和石炭纪煤系岩层，主要受河水的侵蚀作用而形成了斜坡下部的一级侵蚀基岩阶地。在这一阶地面上，沉积有厚0.27～6m(凹岸处)的细砂和少量砂质粘土。再其上，才是具有大小块砾的闪长玢岩崩塌堆积物和残、坡积层，以及黄土类土或它们的相互混合堆积物。共厚约数十米，分布很不均匀，大体上组成了一个崩塌堆积斜坡。
(二)地层岩性
本次工作，曾对上述堆积物做过详细观察，发现它们大体上仍然互相成层，按其成因和相互混合含量比的不同岩性，而将其划分为13个层体，全厚共50余米。现按其岩性分层编号(第8层至第20层)分别自上而下简述如下：
(13)第20层：块石(col—QⅣ)。层厚估计在5m以上，分布于老鸦沟口及闪长玢岩陡壁一带的斜坡表面。块石直径0.5～0.1m，最大直径达1m。
(12)第19层：砂质粘土夹块石(d—QⅣ)。层厚1～3m，分布在高程320m场地以下的河岸陡坡处。
(11)第18层：砂质粘土(d—QⅣ)。层厚11～14m，仅在斜坡中部局部出露。
(10)第17层：砂质粘土夹块石(d+col—QⅣ)。层厚一般10～20m，广泛分布于斜坡上部地表。砂质粘土含量约60%，块石含量约40%。
(9)第16层：块石夹砂质粘土(col+d—QⅣ)。层厚一般10～15m，分布于斜坡中部。块石含量约60%，砂质含量约40%。
(8)第15层：块石、碎砾夹砂(col—QⅣ)。层厚一般2～5m，局部地段变化较大，由0.05～50m。该层普遍分布在高程320m场地以上的整个崩塌区。这些碎砾及砂均为崩塌的闪长玢岩块石经风化后的产物。
(7)第14层：粘土夹碎砾(el+d—QⅣ)。层厚0.3～4m，此层分布在320m场地以上的整个崩塌区，并于大、小拌合楼之间的320m场地上见到它的尖灭点。在小拌合楼水泥罐以东的354m场地以下地段，是覆盖在第12层及第13层之上；而到水泥罐以西及其354m场地以上的斜坡地段，即直接覆盖于基岩之上。
该层在354m场地以上至闪长玢岩陡壁，其坡度为8°～10°，354m场地以下，其坡度为10°～20°，皆倾向于黄河。
粘土及碎砾均为石炭纪煤系岩层风化后的产物，具暗灰、灰黑、铁褐等色。当该层厚度超过1m时，则大部为碎砾及砂所组成，其中间夹薄层黑色粘土。整层稍湿至潮湿。在潮湿状态下，其粘土具可塑性及强滑腻性。在1958年滑坡勘探的大部分探坑中，都曾发现有老的滑坡面及滑动擦痕。
(6)第13层：块石、卵石夹砂质粘土(col+d—QⅣ)。层厚1.46～4.5m，仅见于大拌合楼以东的局部地段。
(5)第12层：砂质粘土(d—QⅥ)。层厚9～12m，分布在大拌合楼和小拌合楼一带。
(4)第11层：块石，碎砾夹砂(col—QⅥ)。层厚一般5m左右，分布于高程320m场地，岩性与第15层相同。
(3)第10层：粘土夹碎砾(el+d—QⅥ)。层厚一般0.4～0.6m，最厚4.5m。分布范围与第11层一致，埋藏于320m场地以下10m左右。粘土及碎砾均为煤系岩层风化后的产物。岩性与第14层相同。该层层面起伏不平，并有不连续沉积现象。该层以5°左右的倾斜度倾向黄河。在1958年滑坡勘探的几个探坑中，均见有老滑坡面或滑动擦痕。
(2)第9 层：砂质粘土夹碎石(al+d—QⅥ)。层厚3m以下，断续覆盖在第8 层之上。
(1)第8层：砂夹块石(al+col—QⅥ)。层厚0.27～6m，分布于320m场地下部的一级基岩阶地面上。
(三)断裂构造
据勘察资料，区内和两个滑坡有关的基岩断层共有三条：
1.角胡同断层：位于角胡同村旁，即第1号滑坡体的东侧。断层走向36°，倾向北西，倾角80°，垂直断距10m，为一东升西降的正断层。
2.大拌合楼水泥罐西侧断层：断层走向22°，倾向南东，倾角50°～70°，垂直断距10～15m，为一西升东降的正断层。本断层显现出明显的断层崖，第1号滑坡体的西缘即顺此断层崖滑动。
由于上述二断层的存在，使该区东、西两侧上升而中部下降，构成了区内局部的小型地堑构造。它在古地形上又形成了一个凹槽，第1号滑坡体即沿此凹槽滑动。
3.小拌合楼以西断层：断层走向30°，倾向北西，倾角50°～70°，垂直断距5～8m，为一东升西降的正断层。此断层与大拌合楼水泥罐西侧断层又构成了区内局部的小型地垒构造，其中部上升地段在古地形上为一小山脊。此山脊恰巧割断了第1号滑坡体和第2号滑坡体的联系，形成了滑坡间的山脊。
(四)水文地质
区内分布的堆积物主要为崩、坡积层，一般均属透水层，并不含水。但从上述地层记录中可知，分布在高程340m场地以上的第15层和高程320m场地以下的第11层，均属闪长玢岩的块石及其风化后的碎砾和砂，都属透水层。但在它们下面，恰都分布有不甚规则、不透水的粘土夹碎砾层(第14层和第10层)。因此，在个别低洼地段也可有地下水的聚集，形成不连续分布的局部上层滞水。第15层中的上层滞水，可沿第14层的顶面排泄，至第10层之上或流入黄河。因此，在高程320m场地与黄河间的陡坡上，在第10层的顶部就有泉水流出。但其流量都随季节变化，在夏、秋雨季时测得其最大出水量为7.0L/s；冬、春旱季时流量甚小，乃至断流。
这些上层滞水对滑坡的滑动都起了重要的润滑作用。
二、滑坡及防治滑坡的措施
(一)滑坡的分布、特征及影响
1.滑坡的地形位置及类型
区内两个互不相连的滑坡体为：第一(1号)滑坡体分布在角胡同一带(斜坡的中部)，即高程354m场地东端，滑坡体东侧为由黄土类土组成的黄河*沉积阶地，西侧为一小山脊；第二(2号)滑坡体则分布在大、小拌合楼附近(斜坡的下部稍偏上)，即高程320m场地上。
两个滑坡体间的狭长地带，在古地形上是一个小山脊，而两个滑坡体占据的地段，在古地形上又恰巧是其邻近的两个沟谷。它们都是在斜坡的下部及中部发生滑动的。首先是下部滑动，然后再牵动斜坡上部的土体向下滑动，乃致形成了一种由下向上逐步扩展的牵引式滑坡(如图1 滑坡发展示意图)。
图1 滑坡发展示意图
2.滑坡体的外部特征
第一号滑坡体是一个发育完全的滑坡，平面呈长舌状分布。长200m，宽100m，滑坡体总面积20000m2。第二号滑坡体是一个发育不完全的滑坡，在平面上呈(ε)形在320m场地的大、小拌合楼之间见到它的尖灭点。滑坡体长 280m，宽 120m，占据面积共约30000m2。
由于滑坡的发育是由下部向上部依次发展的，滑动方向大致为30°左右(指向黄河)，而它们各部分的移动速度又不均匀，故在滑坡体上多次产生新的断裂或裂隙。
在滑坡体的后缘，由于和上部土体分离，常产生平面呈弧形分布的陡峭断裂壁(或裂隙壁)，一般高1～2m，局部地段可达5m，裂开宽度0.5～1.0m不等。这样，就使得滑坡体在剖面上呈现出阶梯状陷落的状态。
在滑坡体的中部表面，经常可以发现与滑坡滑动方向平行的裂隙，一般宽不过5cm，但却延伸很长，常呈直线形，最长可达50m。
滑坡体的前缘部分，由于滑动时受到下部的阻力，使土体逐渐积累、上隆，而于其表面产生了垂直于滑动方向的张开裂隙。本区第二号滑坡体的前缘即到达高程320m场地中部，于是在该处出现了一高出地表1m、垂直于滑动方向的土状长垣。其上有走向与滑动方向垂直的张裂隙，宽数厘米，长约10m。
3.滑坡体的内部特征
区内的近代堆积层中，普遍存在着上、下两个残、坡积层，其中为可塑性粘土夹碎砾石层，均为煤系岩层风化后的产物(如第14层和第10层)。它们的上层主要分布在高程320m场地以上的地区，下层则多分布在高程320m场地以下的斜坡部分。
在高程354m场地以上，第14层的煤系风化产物直接残留和覆盖在石炭纪煤系岩层和奥陶纪灰岩之上，岩层的倾斜坡度为8°～10°。但在高程354m场地以下，上层的粘土夹碎砾石层则分别覆盖在大、小拌合楼一带的第12 层(坡积、砂质粘土)和第13 层(块石、卵石夹砂质粘土)之上，其岩层倾斜坡度为10°～20°，皆倾向黄河。
区内的两大滑坡体，就是沿着第14层产生的顺层滑坡。但由于粘土层中所含碎砾较多，且在层中分布不均，故其滑动面往往产生在该层的中部或近底部。滑坡面的埋藏深度可达20m，属于深滑坡。
从剖面上看，滑坡面的倾角较缓，一般都在5°～15°之间，故整体滑动速度较慢，属于缓滑坡。但在小拌合楼栈桥附近的试坑中，所见滑动面倾角较陡，可达25°～30°，故该段滑动速度较快。
4.滑坡对建筑物的破坏情况
据观测资料，滑坡的运动速度一般为0.1～1.0cm/d，局部地段最快为10～30cm/d，平均滑动速度不超过5cm/d。
由于区内的建筑物主要都分布于斜坡的下部和中部，故多置于滑坡体上，都不同程度地受到了滑坡的影响，使其受到变形或断裂，甚至造成了坍塌。现将一些重要建筑物受破坏的现象简述如下：
(1)原设计的大拌合楼场地，正处于受滑坡影响严重的地区，故不得不重新改变布置方案；
(2)小拌合楼已准备投产，但受滑坡影响，连接小拌合楼及水泥罐之间的风动螺旋泵房首先遭受破坏，接着输送砂卵石的廊道及其连接小拌合楼的栈桥也受破坏而*拆除，使小拌合楼不能按时投产；
(3)高程354m场地上已经建好了的钢筋混凝土受料仓库，因滑坡影响于3月初结构物发生裂缝，至3月26日观测，其仓库东端已向黄河方向移动了90多厘米，此仓库已全部被废弃；
(4)在高程354m场地以上受滑坡影响的裂隙发育地区，尚有职工食堂、俱乐部、浴室、办公室等临时或半永久性建筑物，都相继破裂、倒塌；
(5)在高程320m场地及高程354m场地上的临时性挡土墙也发生破裂或全部倒塌。
(二)滑坡产生的原因及发展
1.滑坡产生的原因
(1)本区的地形、地质都具有许多重要的不稳定因素。首先，是因为产生滑坡的土体，正处于区内的斜坡地带，所以有利于滑坡的产生和发展；其次，就岩性而言，广泛分布的崩塌堆积物(块石、碎砾夹砂层等)都是良好的透水层，又在其底部普遍都有煤系风化产物的残、坡积层(黑、褐等色为主的粘土夹碎砾石)，它们都具有不透水性，所以常形成上层滞水；而在水的长期浸泡下，它们又都具有一定的可塑性和润滑性，从而进一步减低了土壤的抗剪强度，助长了滑坡的滑动。
现将取自第10层和第14层的原状土样进行快剪实验，得出的土壤内摩擦角与含水率的关系如下表。
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
(2)据民访资料得知，过去本区在连续大雨过后常见地表开裂，裂缝宽达数十厘米，土体便向黄河方向移动，被称之为“行山”。而本次在一些试坑中也常见有滑动面，其上擦痕的排列方向多为30°左右，与地面观测的滑坡总滑动方向一致。另外，于同一粘土层中，还曾见有两个以上凌乱的老滑动面或擦痕。这些都说明，区内现有的滑坡可能过去都曾不止一次地发生过滑动。但在1955年至1957年的地质勘探过程中却没有发现过滑坡(滑动距离小，地表尚无明显迹象)，也许滑坡仍处于暂时稳定状态。
(3)1957年施工以来，混凝土系统场地被全面开挖。首先，将区内的斜坡中、下部削成为高程320m、340m和354m三个施工平台(场地)，开挖方式又是由下而上进行的。平整斜坡下部高程320m场地(第2号滑坡区)时，挖方量就达10万土方，这就使得其上的土体严重失衡；同时，并使埋藏于地面以下8m的第14层(黑色粘土夹碎砾层)直接出露于场地后缘地表，接受地表或地下水的渗入产生润滑，于是便使这个暂时休止的滑坡又重新发生了活动，沿粘土层顺层滑动，产生了第2号滑坡体。
第1号滑坡也因同样原因，在角胡同附近大拌合楼水泥罐基础处(354m高程场地东端)进行了大量挖方，土方量达50000m3。使其上的土体失去了支撑；同时，也使埋藏于地表以下9m的第14层黑色粘土夹碎砾层出露地表，接受地下水和地表水的渗入、润滑，从而又产生了第1号滑坡体。
(4)施工场地的堆料、雨水、工业用水和生活用水渗入土层，除增加滑坡体上的荷重外，各种渗入的水也使粘土呈塑限状态，甚至部分地段达到液限状态，这样，它就成为助长滑坡滑动的另一重要因素。
在上述分析中，虽然影响滑坡发育的原因很多，但就1958年发生于区内的两大滑坡来看，在斜坡下部大量挖方，破坏了土体的天然稳定状态。大量削坡造成斜坡上部土体失去支撑从而产生滑动，则是产生滑坡的根本原因。同时，由于施工方式又是由下而上进行的，于是在2号滑坡产生后，紧接着又在其上部产生了1号滑坡，出现了由下向上发展的牵动效应。
其次，地层中具有较好的粘土层，在受地下水或地表水渗入的综合影响下诱发滑坡产生，也是另一个不可忽视的原因。
2.滑坡的发展
区内的两大滑坡均产生于1958年2月中旬。
首先，第2号滑坡体是在土体斜坡下部(即320m高程场地)被大量挖方后便发生了。因此，使斜坡上部的土体不断出现新裂缝，并迅速扩大和增多，终于使土体逐次下滑。滑坡体也向西部逐渐扩大，320m高程场地至340m高程场地的陡坡壁上出露的砂质粘土层也不断地产生坍塌。
但从4月至6月，滑坡体的面积并没有继续扩展，也没有更多的新裂缝产生，只是使已经滑动了的土体继续缓慢地向黄河方向移动。到了6月至9月，适逢雨季，地表水大量渗入地下，在诸多因素的影响下，此滑坡又继续活动起来，并重新向斜坡上部发展，使滑坡体的长度也由200m迅速增加到250m。
第1号滑坡体，也是由于其下部土体被大量挖方后而产生活动的。首先，在大拌合楼水泥罐场地挖方部分，由于土体下部被大量削坡，开始时出现两次坍塌；以后在坍塌地段仍继续挖方，从而使该地段又产生许多裂缝，并迅速扩大、增多并向斜坡上部发展，土体也就沿着主要滑裂面依次滑动起来。该滑坡从开始滑动以来一直不停地滑动着，新的裂缝不断增加，直到三分局篮球场有零星基岩出露处方才终止。
现将两大滑坡体随时间发展的特征情况列简表如下：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
由上表可见：
(1)滑坡是沿着斜坡向上部发展的，当其在2～3月间滑坡体定型后就没有再向两侧扩展过；
(2)新的裂隙向斜坡上部逐渐增多，滑坡破坏的范围也逐渐增大，这显然与地表水的渗入有相当密切的关系。6～9月份为滑坡发展最快的期间，因为当时仍然进行滑坡土体的大量削坡，而又正逢雨季，大量雨水沿滑坡裂隙渗入，故促使其加快发展。
(3)第一滑坡较第二滑坡发展得快，其原因也是因为它在滑动期间仍然不停地在其下部挖方；同时，在滑坡体上又有职工宿舍等房屋建筑，加大滑坡体的负荷，大量生活用水的渗入也进一步助长了滑坡的发展。
(三)滑坡的防治措施
正如前面所述，滑坡主要是由于施工削坡造成了土体的失稳而产生，并不断发展的。在这种情况下，就必须选择可以消除或削弱土体移动的相应措施，如：在斜坡上部进行大量削坡，以减少其可能造成土体移动的承载重压；并将土方尽可能地堆筑于滑坡体前缘下方，以加大阻挡滑坡向前移动的阻力；或改变滑动岩层的性质，提高土壤的抗剪强度，增加土体的相对稳定性；或在滑坡范围内打钢筋混凝土桩，固定滑坡体的移动，等等。
但是，根据区内混凝土系统运转期限的要求，最迟到1961年它就完成了任务，而筑坝施工所要求的混凝土生产任务又相当紧迫，所以在这种情况下，任何耗费大量资金和较长时间才能收效的措施都是不可取的。因此，只能采取规模不大的有效措施对滑坡进行防治处理，虽然不能彻底根治，但是完全可以维持混凝土系统的正常生产。
现将其防治措施和效果对比，列表如下：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
续表
从表上可见，像对这一类滑坡必须同时采取削坡稳定滑体、排除地表及地下水渗入及修挡土墙等综合处理办法，才能收到阻止或减低滑坡移动的效果。
除了以上对滑坡体直接采取处理外，尚需间接采取下列防治措施，以使滑坡体临近地带的斜坡不致再发生新的滑坡：
1.禁止切割滑动斜坡，严禁在斜坡下部继续挖方；
2.防止地表水渗入滑动层内：
(1)经常检查现有排水沟和水管，防止漏水，使之能充分起到排除斜坡上部地表水的作用；
(2)严格禁止居民区的生活用水的外流，必须通过排水沟排入黄河；
(3)对滑坡体上的裂隙及时用粘土填塞；
(4)施工场地最好均采用沥青护面，施工场地之间的边坡也应采用浆砌块石护坡。
3.354m高程场地边缘已设置的5口抽水井应进行经常抽水，这样才可以减少浸润第14层的水分，同时也减少了第15层中的地下水向第10层顶面的补给。
4.火车经过老鸦沟至角胡同的滑坡区时，要减速慢行，减少动荷对滑坡的影响。
结语
(1)从混凝土场地发生的滑坡可以看出，由于最初对区内可能产生的滑坡没有专门研究，乃至给整体工程造成了很多损失。但是从1958年为防治滑坡所进行的一系列工作来看，收到了预期成效，所以也证明滑坡并不可怕，是完全可以防治的。
(2)经过初步处理，第1号滑坡的移动速度已逐渐减小，而重新调整布置后的大拌合楼水泥罐的位置及专用铁路线均离开滑坡体的前缘还有10余米，并在其间还隔有一高约8m的基岩陡壁，所以它们已经避开了滑坡体的威胁。
(3)第2号滑坡体现已处于停止阶段，今后雨季时还有可能发生缓慢移动，但是大、小拌合楼已不处在滑坡体上，今后可不致影响混凝土的生产。
(4)今后在水利建设和其他建设工程中，不可避免地要在河谷两岸进行许多建筑工程。河谷的斜坡地带，特别是在第四纪松散岩层中，往往由于地表水和地下水的作用，会使松散岩体顺着斜坡产生滑坡。因此，必须给予充分重视，加强对可能产生滑坡的专项研究。
(原载于地质部第二届水文地质工程地质工作会议“三门峡地质勘探报告集”1959年第5期)
