論水利水電工程高邊坡的加固與治理

 論水利水電工程高邊坡的加固與治理

　　【摘要】邊坡穩(wěn)定問題是水利水電工程中經(jīng)常遇到的問題。邊坡的穩(wěn)定性直接決定著工程修建的可行性，影響著工程的建設(shè)投資和安全運(yùn)行。高邊坡的地質(zhì)構(gòu)造往往比較復(fù)雜，影響滑坡的因素也很多，廣大水電科技人員在與滑坡災(zāi)害斗爭的過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，積極開展科技攻關(guān)，總結(jié)出了一整套水電高邊坡工程勘測、設(shè)計和施工的新技術(shù)。

　　【關(guān)鍵詞】水利水電；高邊；加固；治理

　　邊坡穩(wěn)定問題是水利水電工程中經(jīng)常遇到的問題。邊坡的穩(wěn)定性直接決定著工程修建的可行性，影響著工程的建設(shè)投資和安全運(yùn)行。我國曾有幾十個水利水電工程在施工中發(fā)生過邊坡失穩(wěn)問題，如天生橋二級水電站廠區(qū)高邊坡、黃龍帶水庫大壩左右岸壩肩、漫灣水電站左岸壩肩高邊坡、安康水電站壩區(qū)兩岸高邊坡、龍羊峽水電站下游虎山坡邊坡、廣西長洲水利樞紐防護(hù)工程上游山坡邊坡等等。為治理這些邊坡不但耗去了大量的資金，還拖延了工期，成為我國水利水電工程施工中一個比較嚴(yán)峻的問題，有的邊坡工程甚至已經(jīng)成為制約工程進(jìn)度和成敗的關(guān)鍵。因此，加快水利水電邊坡工程的科研步伐，開發(fā)出一套現(xiàn)代化的邊坡工程勘測、設(shè)計、施工、監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)成為水利水電科研攻關(guān)的重大課題。本文僅就水利水電工程巖質(zhì)高邊坡的加固與整治措施作一簡要介紹。

　　1混凝土抗滑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

　　1．1混凝土抗滑樁

　　我國在50年代曾在少量工程中試用混凝土抗滑樁技術(shù)。從60年代開始，該項技術(shù)得到了推廣，并從理論上得到了完善和提高。到80年代，高邊坡中的抗滑樁應(yīng)用技術(shù)已達(dá)到了一定的水平。抗滑樁由于能有效而經(jīng)濟(jì)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�？够瑯兜慕ǔ桑瑢�樁后坡體起到了有效的阻滑作用。天生橋二級水電站廠房高邊坡采用打抗滑樁、減載、預(yù)應(yīng)力錨桿、錨索、排水、護(hù)坡等綜合治理措施后，坡體的監(jiān)測成果表明：下山包滑坡體一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，而且有一定的安全儲備。安康水電站壩址區(qū)兩岸邊坡屬于穩(wěn)定性極差的易滑地層，由于對兩岸進(jìn)行了大規(guī)模的開挖施工，所形成的開挖邊坡最大高度達(dá)200余m，單坡段一般高度在30—40m。大量的開挖造成邊坡巖體的應(yīng)力釋放，斷面暴露，再加上雨水的侵入，破壞了邊坡的穩(wěn)定，致使邊坡開挖過程中發(fā)生十幾處大小不等的工程滑坡，嚴(yán)重地影響了工程的施工，成為電站建設(shè)中的重大技術(shù)難題。

　　采用抗滑樁是穩(wěn)定安康溢洪道邊坡的主要手段，在263m高程平臺上共設(shè)置了9根直徑lm的鋼筋混凝土抗滑樁，每根樁都貫穿幾個棱體，最深的達(dá)35m，樁頂嵌入溢洪道渠底板內(nèi)。為了不干擾平臺外側(cè)基坑的施工，樁身用大孔徑鉆機(jī)鉆成，孔壁完整，進(jìn)度較快，兩個月就全部完成。這9根抗滑樁按兩種工作狀態(tài)考慮：在溢洪道未形成時，抗滑樁按彈性基礎(chǔ)上的懸臂粱考慮，不考慮樁外側(cè)滑面上部巖體的抗力；在溢洪道建成后抗滑樁樁頂嵌入溢洪道底板，此時按滑坡的下滑力考慮�？够瑯痘炷�土標(biāo)號為R2A250號，鋼筋為∮40Ⅱ級鋼�？够瑯队�1982年1月施工，3月完成后，基坑繼續(xù)下挖，邊坡上各棱體的基腳相繼暴露。同年I1月，在磚與斷層構(gòu)成的棱體下面坡根爆破開挖后，發(fā)現(xiàn)在263m高程平臺上沿斷層及7號抗滑樁外側(cè)近南北向出現(xiàn)小裂縫，且裂縫不斷擴(kuò)大，2l天后7號抗滑樁外側(cè)棱體下滑，依靠7號抗滑樁的支擋，樁內(nèi)側(cè)山體得以保存。

　　1．2混凝土沉井

　　沉井是一種混凝土框架結(jié)構(gòu)，施工中一般可分成數(shù)節(jié)進(jìn)行。在滑坡工程中既起抗滑樁的作用，有時也具備擋土墻的作用。天生橋二級水電站首部樞紐左壩肩下游邊坡，在二期工程壩基開挖澆筑過程中，曾于1986年6月和1988年2月兩次出現(xiàn)沿覆蓋層和部分巖基的順層滑動�；�坡體長80m，寬45m，高差35m，最大深度9m，方量約2萬m3。為了避免1988年汛后左導(dǎo)墻和護(hù)坦基礎(chǔ)開挖過程中滑體再度復(fù)活，確�；�坑的安全施工，對左岸邊坡的整體進(jìn)行穩(wěn)定分析后，決定在坡腳實施沉井抗滑為主和坡面保護(hù)、排水為輔的綜臺治理措施。沉井結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)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。井壁上部厚80cm，下部厚90cm；橫隔墻厚度為50cm，隔墻底高于刃腳踏面1．5m，便于操作人員在井底自由通行。沉井深11m，分成4、3、4m高的3節(jié)。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(shè)備運(yùn)輸，下沉過程中需控制防偏問題，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。沉井就位后清洗基面，設(shè)置∮25錨桿（錨桿間距為2m，深35m），再澆筑150號混凝土封底，最后用100號毛石混凝土填心。沉井工程建成至今，已經(jīng)受了多年的運(yùn)行考驗。目前，首部邊坡是穩(wěn)定的，沉井在邊坡穩(wěn)定中的作用是明顯的。

　　1．3混凝土擋墻

　　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。天生橋二級水電站廠房高邊坡坡頂設(shè)置了混凝土擋土墻，以防止古滑坡體的復(fù)活，部分坡面采用漿砌塊石護(hù)面加固，坡腳680m高程設(shè)置混凝土防護(hù)墻。在黃龍帶水庫邊坡、廣西長洲水利樞紐防護(hù)工程上游山坡、漫灣水電站邊坡工程中也采取了澆混凝土擋墻及漿砌石擋墻、混凝土防掏槽等措施，綜合治理邊坡工程。

　　1．4錨固洞

　　在漫灣水電站邊坡工程中，采用各種不同斷面的錨固洞64個，形成較大的抗剪力。在左岸邊坡滑坡以前，已完成2m×2m斷面小錨固洞l8個，每個洞可承受剪力9000kN。此外，還利用地質(zhì)探洞回填等增加一部分剪力。由于錨固洞具有一定的傾斜度，防止了混凝土與洞壁結(jié)合不實的可能性，同時采取洞樁組合結(jié)構(gòu)的受力條件遠(yuǎn)較傳統(tǒng)懸臂結(jié)構(gòu)合理，可望提供較大的抗力。

　　2錨固技術(shù)的應(yīng)用

　　采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固，具有不破壞巖體，施工靈活，速度快，干擾小，受力可靠，且為主動受力等優(yōu)點，加上坡面巖體抗壓強(qiáng)度高，因此，在天生橋二級、漫灣、銅街子、三峽、李家峽等工程的邊坡治理中都得到大量應(yīng)用。

　　在小浪底工程中大規(guī)模采用的無粘結(jié)錨索具有明顯的優(yōu)點，其大部分鋼絞線都得到防腐油劑和護(hù)套的雙重保護(hù)，并且可以重復(fù)張拉。由于在施工時內(nèi)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。

　　在高邊坡施工過程中為保證開挖與錨固同步施工，必須縮短錨索施工時間，及早對巖體施加預(yù)應(yīng)力，以達(dá)到加快工程進(jìn)度，確保邊坡穩(wěn)定的目的。為此，結(jié)合八五科技攻關(guān)，在李家峽水電站高邊坡開挖過程中，成功將l000kn級預(yù)應(yīng)力錨索快速錨固技術(shù)應(yīng)用于工程中。室內(nèi)和現(xiàn)場試驗表明，采用N-1注漿體和Y-1型混凝土配合比可以滿足1000kN級預(yù)應(yīng)力錨索各項設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，而施加預(yù)應(yīng)力的時間由常規(guī)的14—28d縮短到3～5d。該項成果對及時加固高邊坡蠕變和松弛的巖體具有重要的現(xiàn)實意義，充分體現(xiàn)了“快速、經(jīng)濟(jì)、安全”的原則。

　　3減載、排水等措施的應(yīng)用

　　3．1減載、壓坡

　　在有條件的情況下，減載壓坡應(yīng)是優(yōu)先考慮的加固措施。如天生橋二級水電站廠房高邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果表明，滑坡體后緣受傾向SE的陡傾巖層影響，將向S（24°～71°）E方向滑動。該方向與滑坡前緣滑移方向有近20°~60°的夾角，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。

　　在滑坡體后緣覆蓋層最厚的部位，在保證施工道路布置的前提下，盡量在后緣減載。第一次減載l4萬余m3，至610m高程，第一次減載后，滑動速度明顯降低。緊接著再減載l2萬余m3。至600m高程。兩次減載共26萬余m3，滑坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)提高約l0％。

　　烏江渡水電站庫區(qū)左岸岸坡距大壩約400m，有一石灰?guī)r高懸陡坡構(gòu)成的小黃崖不穩(wěn)定巖體。滑坡下部軟弱的頁巖被庫水淹沒，地表上部見有多條陡傾角孔縫狀張開裂隙，最大的水平延伸長度達(dá)200m，縱深切割190m。4年多的變形觀測結(jié)果表明，裂隙頂部最大累計沉陷量達(dá)171．1mm，最大累計水平位移量達(dá)56．0mm，估計可能滑動的體積約50～100萬m3。為保證大壩的安全，對小黃崖不穩(wěn)定巖體先后進(jìn)行了兩次有控制的洞室大爆破，共爆破石方20．8萬m3。從處理后的變形資料可以看出，已達(dá)到了削頭、壓腳、提高巖體穩(wěn)定性的目的。

　　3．2排水、截水

　　地表水滲入滑坡體內(nèi)，既增加滑坡體的重量，增加滑動力，又降低了滑動面上巖層的內(nèi)摩擦力，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，采取層層修建攔水溝、排水溝的方法排水。在坡體范圍內(nèi)的地表水，對開裂的地方用黃土封堵，低洼積水地方用廢碴填平，順地表水集中的地方設(shè)排水溝排走地表水。如天生橋二級水電站廠房邊坡工程治理中總共修建攔水淘、排水淘近10km。地下水的排除采取在滑坡體的后緣開挖總長384m的兩條排水洞，并相聯(lián)通，形成一個U形環(huán)，在排水洞內(nèi)再設(shè)排水孔，把滑動體內(nèi)地下水引人排水洞。

　　漫灣水電站邊坡工程深層排水采用在坡面打深l5—20m的排水孔，每6m×6m設(shè)一孔，利用施工支洞和專設(shè)排水洞排水，并在洞內(nèi)向上、向坡外方向打輻射形排水孔，深15m。

　　三蛺船閘高邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果表明，地下水是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素。三維滲流分析成果表明：船閘高邊坡形成之后，在坡面噴混凝土防滲條件下遇連續(xù)降雨，若無排水設(shè)施，邊坡山體地下水均在較高位置出逸；當(dāng)設(shè)置排水洞后，地下水位較無排水情況有所降低，但不明顯；當(dāng)在排水洞中設(shè)置排水孔幕之后，地下水位有較大幅度降低。南北坡地下水出逸點已接近閘室底板高程，排水效果顯著為此，三峽船閘高邊坡采用地表截、防、排水與地下排水相結(jié)合的綜合排水方案，以地下排水為主，地表截、防排水為輔，有機(jī)結(jié)合，通過截、防、導(dǎo)、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。

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