唐河水電站右岸滑坡監(jiān)測(cè)方法及結(jié)果分析

李國(guó)強(qiáng)

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

唐河水電站位于東河南鎮(zhèn)韓淤地村西的唐河中上游，為“十一五”期間35項(xiàng)應(yīng)急水源工程之一。由于大壩蓄水淹沒，需將庫(kù)區(qū)右岸的大靈線公路改線。在公路改線過(guò)程中，因路基開挖，導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生了裂縫和滑塌，加之右岸有國(guó)防光纜和天然氣管道等重要設(shè)施通過(guò)，故對(duì)邊坡進(jìn)行了勘測(cè)、設(shè)計(jì)與加固處理，并進(jìn)行了2年安全監(jiān)測(cè)。

水電站滑坡治理工程于2011年10月底完成，監(jiān)測(cè)設(shè)施的安裝施工與滑坡治理工程同步進(jìn)行。其目的，一方面是為了檢測(cè)和驗(yàn)證工程的加固效果；另一方面是對(duì)邊坡的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，以便及時(shí)采取措施，保證大壩及附近設(shè)施的安全。

1 邊坡地質(zhì)條件及勘測(cè)分析

唐河水電站改線公路位于唐河右岸，其南側(cè)屬高陡邊坡，最大高度可達(dá)110m，平均坡度30°~35°，下部可達(dá)60°以上，產(chǎn)生過(guò)局部性的坍塌和滑坡。根據(jù)勘測(cè)資料分析，潛在滑動(dòng)面呈折線型，底部東西向?qū)挾燃s70m，南北順坡向長(zhǎng)度約110m，平均厚度15m。

邊坡巖體主要由片麻巖組成，坡體內(nèi)構(gòu)造十分發(fā)育。邊坡表面2~3m為片麻巖全風(fēng)化殘積土，堆積較松散，壓縮性較高。強(qiáng)風(fēng)化帶厚度可達(dá)15~30m，風(fēng)化巖體多呈碎裂塊狀結(jié)構(gòu)。

2 滑坡處理設(shè)計(jì)及施工

滑坡處理設(shè)計(jì)錨索材料選用高強(qiáng)度、低松弛、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，直徑15.24mm，極限強(qiáng)度1860MPa，長(zhǎng)度12~50m，向下傾角15°，間排距3.5m×3.5m（或3.5m×4.5m）。錨索鉆孔深度進(jìn)入中風(fēng)化巖層不少于8m，六索壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)拉力750kN，C30鋼筋混凝土框架梁尺寸50cm×50cm，周圍設(shè)排水渠，坡面噴射混凝土防止雨水滲入滑動(dòng)面。當(dāng)注漿體強(qiáng)度和傳力系統(tǒng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上，經(jīng)驗(yàn)收試驗(yàn)合格后進(jìn)行張拉作業(yè)。錨索超張拉力為錨索設(shè)計(jì)拉力值的1.1倍。

3 滑坡安全監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)頻率

按照設(shè)計(jì)，共安裝3類監(jiān)測(cè)設(shè)施：錨索拉力計(jì)，共12臺(tái)；地表位移觀測(cè)點(diǎn)，共24處；深部位移觀測(cè)斜孔，共6個(gè)孔，總深度165m。所有監(jiān)測(cè)設(shè)施均位于滑坡范圍之內(nèi)。按照觀測(cè)要求，觀測(cè)頻率為每2個(gè)月觀測(cè)1次，2年內(nèi)共觀測(cè)13次。

3.2 觀測(cè)設(shè)施與方法

3.2.1 深部位移觀測(cè)

深部位移觀測(cè)為6個(gè)測(cè)斜鉆孔，在鉆孔中安裝了測(cè)斜管。首先在設(shè)計(jì)位置鉆鑿直徑110mm的鉆孔，鉆孔中放置直徑70mm的專用PVC軌道（測(cè)斜管）。

測(cè)斜管放置鉆孔后，將軌道方向與滑坡主方向調(diào)整一致，并使測(cè)斜管外露約0.5m。然后在測(cè)斜管與鉆孔之間緩慢倒入細(xì)砂，將測(cè)斜管固定。當(dāng)巖體發(fā)生位移時(shí)，傾斜管隨之變形并發(fā)生傾斜變化。將探頭在傾斜管內(nèi)自下而上以一定間距逐段測(cè)量滑動(dòng)量，即可獲得每個(gè)測(cè)段的傾斜角及水平位移增量，通過(guò)計(jì)算得出任意深度的水平位移。

測(cè)斜孔觀測(cè)采用CX3型讀數(shù)儀，在鉆孔中自下而上讀測(cè)。測(cè)量前先將探頭沿導(dǎo)槽緩慢放入孔底，然后每隔0.5m讀取一個(gè)傾斜電量值，并存入讀數(shù)儀內(nèi)。以同樣的方式分東、西、南、北四個(gè)方向進(jìn)行4次讀測(cè)，方可完成一個(gè)測(cè)斜孔的觀測(cè)。觀測(cè)完成后，將存儲(chǔ)在讀數(shù)儀中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和計(jì)算。

3.2.2 錨索拉力觀測(cè)

錨索的拉力觀測(cè)設(shè)備為錨索測(cè)力計(jì)，安裝在錨頭的墊板與鎖片之間。在錨索張拉前，先將一塊3cm厚，30cm×30cm的方形鋼板穿過(guò)錨索平置于錨固墩上，然后將錨索測(cè)力計(jì)穿過(guò)錨索體置于鋼墊板上，其上再加一塊3cm厚的30cm×30cm鋼墊板，接著套上錨具和夾片，最后安上千斤頂和鎖片，按設(shè)計(jì)要求分級(jí)張拉至預(yù)定拉力后鎖定。在張拉過(guò)程中，要盡可能使錨索測(cè)力計(jì)中的3個(gè)傳感器受力均勻。錨索拉力讀數(shù)時(shí)采用XP05型弦式讀數(shù)儀進(jìn)行讀測(cè)。

3.2.3 位移觀測(cè)

采用全站儀及水準(zhǔn)儀觀測(cè)。

3.3 觀測(cè)設(shè)施初始數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的12臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)的初始數(shù)據(jù)包括安裝時(shí)間、安裝位置及其紅黑藍(lán)線的初始頻率測(cè)值、溫度、率定系數(shù)、溫度補(bǔ)償系數(shù)等。

3.4 觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算方法

3.4.1 錨索拉力

錨索測(cè)力計(jì)的傳感器均為振弦式傳感器，該系列傳感器物理量的計(jì)算公式為：

式中:F——錨索拉力，實(shí)際觀測(cè)的是壓力，kN；

K——率定系數(shù)，10-4kN/Hz2；

G1——傳感器實(shí)時(shí)頻率讀數(shù)，Hz2；

G0——傳感器初始頻率讀數(shù)，Hz2；

C——溫度修正系數(shù)，kN/℃；

T1——傳感器實(shí)時(shí)溫度，℃；

T0——傳感器初始溫度，℃。

3.4.2 偏斜度

從測(cè)斜孔孔底自下而上每隔0.5m讀測(cè)一次讀數(shù)，所讀數(shù)據(jù)為傳感器傾角的電量值。為了消除傳感器零偏的影響，在測(cè)試時(shí)采用正反兩次測(cè)試。計(jì)算公式為：

式中：Δdi——單次測(cè)量的偏移量，mm；

U1，U2——正反兩次測(cè)量的偏移量電量讀數(shù)，mV；

L——傳感器長(zhǎng)度，為500mm；

K——傳感器率定系數(shù)，取25000mV。測(cè)量時(shí)按傳感器的長(zhǎng)度自下而上依次測(cè)量，每個(gè)測(cè)點(diǎn)的偏移量為自下而上的累加值。計(jì)算公式為d=

3.4.3 位移量

地表位移分別觀測(cè)X，Y，H三個(gè)方向的位移量。計(jì)算公式為：

Δdi=Z1-Z0.

式中：Δdi——某一方向上的位移量，mm；

Z1——某一方向的實(shí)時(shí)測(cè)量值，mm；

Z0——某一方向的初次測(cè)量值，mm。

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

4.1 偏斜度

綜合6個(gè)測(cè)斜孔的觀測(cè)結(jié)果，可得出如下結(jié)論：大多測(cè)斜孔在錨索張拉初期具有向坡內(nèi)位移的趨勢(shì)，這是由于在錨索拉力作用下使邊坡巖體產(chǎn)生壓縮所致，而后又會(huì)產(chǎn)生小幅度的順坡向位移。當(dāng)邊坡巖土體達(dá)到新的平衡后，這種位移漸趨平緩，即邊坡趨于穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)測(cè)斜孔深部位移曲線的分析，還可模擬出邊坡潛在滑動(dòng)面所處的位置。

4.2 錨索拉力

通過(guò)對(duì)錨索拉力過(guò)程線的分析可以得出以下結(jié)論：第一，通常是在開始的1~2周時(shí)間內(nèi)錨索拉力衰減的速率較高，之后衰減速度逐漸降低，在2~3個(gè)月的時(shí)間逐漸趨于穩(wěn)定。這一特征與巖土體的壓縮過(guò)程類似。第二，在2012年和2013年3—4月期間，大多錨索拉力產(chǎn)生小幅回升，其原因可能與冰雪消融地表水入滲后使巖土體下滑力增大有關(guān)，這種回升現(xiàn)象在持續(xù)1~2個(gè)月后又恢復(fù)為衰減。表明季節(jié)性氣溫變化和地表水入滲也是影響邊坡穩(wěn)定的因素。第三，通過(guò)分析錨索應(yīng)力的演變過(guò)程可以獲得經(jīng)驗(yàn)：在正常情況下，錨索拉力都是逐漸衰減的，最終接近穩(wěn)定，這與巖土體的壓縮機(jī)制相一致。但如果錨索拉力出現(xiàn)異常增高現(xiàn)象，且有持續(xù)增大的趨勢(shì)，表明存在巖土體松動(dòng)而造成錨索應(yīng)力的異常。因此，錨索應(yīng)力可以作為邊坡巖體是否穩(wěn)定的指示信號(hào)。

4.3 位移量

從地表位移坐標(biāo)分量的過(guò)程線來(lái)看，大多數(shù)標(biāo)點(diǎn)的位移量比較穩(wěn)定，其量級(jí)在0~15mm之間。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)地表位移、深部位移和錨索應(yīng)力三個(gè)方面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，可以得出如下結(jié)論：局部或地表巖體受降水入滲、風(fēng)化作用、動(dòng)力地質(zhì)作用產(chǎn)生了小幅的位移，但邊坡錨索拉力均在設(shè)計(jì)0.4~1.15范圍變化，且趨于穩(wěn)定狀態(tài)，表明邊坡經(jīng)錨索加固處理后整體上處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。錨索拉力、測(cè)斜孔、地表位移長(zhǎng)達(dá)2年，監(jiān)測(cè)方法可行，數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，可作為邊坡加固工程的重要參考依據(jù)。