淺談高邊坡加固技術的運用
摘要：為了更好的解決水利施工過程中所遇到巖質高邊坡的問題，往往需要進行加固和治理，以防其滑動，加固巖體，保證邊坡的穩(wěn)定性，為高邊坡下面的施工建設能夠安全實行提供保障。文章通過巖質高邊坡的加固與整治、水工隧洞施工襯砌或支護、及水庫土壩防滲加固處理方法進行了理論分析最終達到除險加固之目的。
關鍵詞：水利建設工程,高邊坡加固,混凝土
一、巖質高邊坡的加固與整治
(一)對于混凝土抗滑結構的應用。
在高邊坡加固與整治工程中,混凝土抗滑結構通常采用混凝土抗滑樁、混凝土沉井、混凝土框架、噴混凝土護坡、混凝土擋墻、錨固洞等措施。
混凝土抗滑樁技術從實際運用和理論過程中得到了肯定，并不斷完善、提高，現(xiàn)已經(jīng)處于一個較高的水平�？够瑯队捎谀苡行Ф�(jīng)濟地治理滑坡,尤其是滑動面傾角較緩時,其效果更好,因此在邊坡治理工程中得到了廣泛采用。大規(guī)模的開挖和開挖爆破最適宜采用抗滑樁的治理措施,以防止發(fā)生大規(guī)模的滑坡�？够瑯兜钠矫嫖恢�、間距和排距等,取決于滑體的密實程度、含水情況、滑坡推力大小及施工條件等因素。抗滑樁的開挖在開挖深度達3～4m后,在井壁噴30～40cm厚的混凝土,對巖體較好的井壁采用打錨桿、噴錨掛網(wǎng)的方法進行支護,噴混凝土厚度10～15cm,對局部塌方部位增設鋼支撐,抗滑樁開挖到設計要求深度后,進行鋼筋綁扎和鋼軌吊裝;混凝土澆筑采用水下混凝土的配合比,由拌和樓拌和,混凝土罐車運輸直接入倉,每小時澆筑厚度控制在1.5m內,特別是在滑動面上下4m部位,還需下井進行機械振搗,在澆到離井口5～7m時,要求分層振搗,每個井口設兩個溜斗,溜管長度為10～14m,管徑25cm,抗滑樁混凝土標號為C25,鋼筋為φ40Ⅱ級鋼,樁身用大孔徑鉆機鉆成,孔壁完整,進度較快。
混凝土沉井是一種混凝土框架結構,施工中一般可分成數(shù)節(jié)進行�；炷脸辆诨鹿こ讨屑绕鹂够瑯兜淖饔�,有時也具備擋土墻的作用。沉井結構設計根據(jù)沉井的受力狀態(tài)、基坑的施工條件和沉井的場地布置等因素決定,沉井結構平面呈“田”字形,井壁和橫隔墻的厚度主要由滿足下沉重量而定。沉井施工包括平整場地、沉井制作、沉井下沉、填心4個階段。下沉采用人工開挖方式,由人力除渣,簡易設備運輸,下沉過程中需控制防偏問題,并要做到及時糾正。合理的開挖順序是:先開挖中間,后開挖四邊;先開挖短邊,后開挖長邊。沉井就位后要清洗基面,設置φ25錨桿(錨桿間距為2m,深3.5m),再澆筑C15混凝土封底,最后用100號毛石混凝土填心。
混凝土框架對滑坡體表層坡體可起到保護作用并可增強坡體的整體性,防止地表水滲入和坡體的風化。框架護坡具有結構物輕、材料用量省、施工方便、適用面廣、便于排水以及可與其他措施結合使用的特點。滑坡治理可采用混凝土護面框架。框架分兩種類型:滑面附近框架,其節(jié)點設長錨桿,穿過滑面,為一設置在彈性基礎上節(jié)點受集中力的框架系統(tǒng);距滑面較遠的坡面框架,節(jié)點設短錨桿,與強風化坡面在一定范圍內形成整體。滑坡治理對強風化坡面框架還可采用50×50cm、節(jié)點中心2m的方形框架,節(jié)點處設置兩種類型錨桿:在下層高程間坡面,滑面以上節(jié)點垂直于坡面設置φ36或φ32、長12m的砂漿錨桿,在上層高程間坡面則設垂直于坡面的φ28、長6m的砂漿錨桿�？蚣芤笤谄旅嫱�30cm深、50cm寬的槽,部分嵌入坡面內,表層填土并摻入耕植土,形成草本植被的永久性護坡。在巖性較好的部位可采用錨桿和噴混凝土保護坡面。
混凝土擋墻是治坡工程中最常用的一種方法,它能有效地從局部改變滑坡體的受力平衡,阻止滑坡體變形的延展。如果高邊坡上夾泥層上面的巖體滑動出現(xiàn)裂縫,可在出現(xiàn)裂縫下一定高程的坡腳處采取澆筑混凝土擋墻和打錨桿等措施,以防止古滑坡體的復活。
錨固洞在水電站邊坡工程中采用最多,各種不同斷面的錨固洞能形成較大的抗剪力。由于錨固洞具有一定的傾斜度,能有效防止混凝土與洞壁結合不實的現(xiàn)象發(fā)生。如果同時采取洞、樁組合結構,其受力條件則可提供更大的抗力。
(二)采用錨固技術的分析。
對預應力錨索進行邊坡加固,具有不破壞邊坡巖體、施工靈活、速度快、干擾小、受力可靠、主動受力等優(yōu)點,因此,在很多水利建設工程的邊坡治理中都得到大量應用。
如果采用膠結式內錨頭的預應力錨索,應采用后張法施工。預應力錨索由錨索體、內錨頭、外錨頭三部分組成。內錨頭用純水泥漿或砂漿作膠結材料,外錨頭為鋼筋混凝土結構,與基巖接觸面的壓應力應控制在設計規(guī)定范圍以內。為提高錨索受力的均勻性,應設計一種小型千斤頂,采用“分組單根張拉”的方法張拉,這樣做既可簡化操作程序,又能提高錨索受力均勻性。錨索在補償張拉時可以用大千斤頂整體張拉,也可繼續(xù)用分組單根張拉方法,兩種方法都不會影響錨索受力的均勻性。無粘結錨索具有明顯的優(yōu)點,其大部分鋼鉸線都得到防腐油劑和護套的雙重保護,并且可以重復張拉。由于在施工時內錨頭和鋼鉸線周圍的水泥漿材是一次灌入的,漿材凝固后再張拉,因此減少了一道工序,提高了工效,但其價格相對較高。
預應力錨桿也是常見的一種加固形式。有些水電站廠房高邊坡工程中實施了減載、排水、抗滑樁等技術后,滑坡位移速度雖有明顯減小,但未能完全停止。為了確保雨季在滑坡體前方的施工安全,穩(wěn)定抗滑樁到滑坡體前緣的滑坡體,在一定的高程馬道上應設置預應力錨桿。錨桿分兩排,孔距2m,孔徑90mm,孔與水平成60°夾角,用φ36的鋼筋實施預應力錨桿,就可保證工程的安全。
(三)減載、排水等措施的應用。
在有條件的情況下,減載壓坡應是優(yōu)先考慮的加固措施�；麦w后緣受傾向不同的陡傾巖層影響,將向傾向一定角度的方向滑動,將部分下滑力傳至滑坡體前緣及治坡建筑物上,對滑坡整體的穩(wěn)定不利,因此能有效控制后坡滑移也就能減緩整體滑坡。將滑坡體后緣覆蓋層最厚的部位減載后,可降低滑動速度,提高滑坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。
地表水滲入滑坡體內,既可增加滑坡體的重量,增加滑動力,又可降低滑動面上巖層的內摩擦力,這對滑坡體的穩(wěn)定是不利的。對于滑坡體以外的山坡上的地表水,應采取層層修建攔水溝、排水溝的方法排水。對坡體范圍內的地表水,在開裂的地方用黃土封堵,在低洼積水的地方用廢碴填平,同時,在地表水集中的地方設排水溝排走地表水。水電站廠房邊坡工程治理中常采取修建攔水溝、排水溝的措施。施工時,在滑坡體的后緣開挖排水洞(距滑動面以下5～10m),排除地下水,排水洞之間要相互聯(lián)通,形成一個∪形環(huán),在排水洞內再設排水孔,把滑動體內地下水引入排水洞。
如果采用地表截、防排水與地下排水相結合的綜合排水方案,應以地下排水為主,地表截、防排水為輔,使二者有機結合,通過截、防、導、排,盡可能降低邊坡巖體地下水位,減小滲水壓力,改善邊坡穩(wěn)定條件,提高邊坡穩(wěn)定性。
二、水工隧洞施工襯砌或支護
水工隧洞施工的主要內容是開挖、出渣、襯砌或支護、灌漿等。常用的襯砌和支護的形式包括現(xiàn)澆鋼筋混凝土以及噴錨支護。
現(xiàn)澆襯砌的施工程序與一般水利工程的施工程序基本相同,包括:分縫(段)、分塊、立模、扎筋、混凝土運輸入倉、振搗密實等工作內容。
隧洞噴錨支護是采用鋼筋錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)對洞室圍巖進行單獨或聯(lián)合支護的統(tǒng)稱。如果采用鋼筋砂漿錨桿模式,可在鉆孔內先注入砂漿后再插入錨桿,或先插入錨桿后再注入砂漿,待砂漿凝結硬化后即形成鋼筋砂漿錨桿。噴射混凝土時,由于水泥用量較大,而且又摻有速凝劑,凝結硬化快,必須加強養(yǎng)護。一般在噴射混凝土后1～2h即開始灑水養(yǎng)護,灑水次數(shù)以保持混凝土有足夠的濕潤狀態(tài)為宜,養(yǎng)護時間在7～14d。由于開挖破壞了巖體,使圍巖的應力集中,唯一的辦法是使用一定的強度、穩(wěn)定性、剛度的材料去抗消這種應力,使它達到新的平衡,噴錨支護和構架支撐就可徹底解決這一問題。除特殊情況外,應優(yōu)先選用噴錨支護。鋼支撐適用于破碎而不穩(wěn)定的巖層,它能承受很大的山巖壓力,耐久性好,所占空間小,可以多次使用,也可以留在永久性襯砌中不再撤除。
三、水庫土壩防滲加固處理
許多病險水庫的土壩壩后坡會出現(xiàn)滲水、濕潤、跌窩等現(xiàn)象,導致土壩變形、滲漏,危及水庫的安全運行,應及時采取防滲加固處理措施,消除工程隱患。
解決土壩的變形和滲透問題,可對壩體進行劈裂灌漿和對壩肩、壩底基巖進行帷幕灌漿,使壩體內形成連續(xù)的防滲體,從而降低壩體浸潤線,消除壩后坡的嚴重滲漏,使壩體趨于穩(wěn)定,最終達到除險加固之目的。
土壩壩體劈裂灌漿可根據(jù)土壩實際情況布置兩排灌漿孔。主排孔沿壩軸線布置,副排孔布置在壩軸線上游1.5m處。兩排孔交錯布置,孔距均為3、5m,灌漿孔要盡可能穿透壩體底部的殘坡積層深人到壩基,以形成一個連續(xù)的豎直防滲體。
對壩肩、壩底基巖進行帷幕灌漿時,也是布置兩排灌漿孔。主排孔沿壩軸線布置,副排孔布置在壩軸線上游1.5m處。兩排孔交錯布置,孔距均為3、4m,灌漿孔要穿透弱風化帶進人到微風化巖相對隔水層。采用回轉方法成孔,孔內下塞,純壓式灌漿,自上而下分段,孔口封閉,孔內循環(huán)。帷幕灌漿注漿材料可采用425#普通硅酸鹽水泥,制成純水泥漿后在設計壓力下灌注。
