水利工程施工中高邊坡加固處理技術(shù)研究

駱習(xí)開

華容水利水電建筑工程有限公司 湖南 華容 414200

在我國(guó)，水利工程的巖質(zhì)邊坡高度超過(guò)30m，或者土質(zhì)邊坡高度超過(guò)20m，就是高邊坡。邊坡作為水利工程的重要組成部分，不僅決定了工程的安全性，也會(huì)影響經(jīng)濟(jì)效益。在多種因素的干擾下，高邊坡失穩(wěn)會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重病害，例如崩塌、傾倒、滑坡、落石等。以下結(jié)合實(shí)踐，探討了高邊坡加固處理技術(shù)的應(yīng)用。

1 水利工程高邊坡失穩(wěn)的原因

水利工程多位于惡劣環(huán)境中，高邊坡施工期間，影響穩(wěn)定性的原因主要如下：①地質(zhì)因素，涉及地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文條件、風(fēng)化程度等。以軟弱地層為例，由于土體之間的孔隙大、含水量高，其密實(shí)度和強(qiáng)度低，處理措施不當(dāng)，容易造成不均勻沉降，影響高邊坡的穩(wěn)定性。②設(shè)計(jì)因素。設(shè)計(jì)是施工的前提，開挖作業(yè)會(huì)改變邊坡的自然應(yīng)力狀態(tài)。設(shè)計(jì)期間，如果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境了解不充分，沒(méi)有結(jié)合地質(zhì)勘查結(jié)果，對(duì)邊坡的高度、坡度、防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)遺留下施工隱患，降低高邊坡的穩(wěn)定性[1]。③施工因素。高邊坡施工，需要有完善的施工方案和組織設(shè)計(jì)，對(duì)人、機(jī)、料進(jìn)行合理配置。考慮到目前一些施工企業(yè)重進(jìn)度、輕管理，重效益、輕質(zhì)量，為了降低成本，可能使用不合格的材料；盲目縮短工期，導(dǎo)致工序開展不當(dāng)；或者支護(hù)和開挖不同步，導(dǎo)致邊坡位移、變形，最終降低了高邊坡的穩(wěn)定性。

2 水利工程高邊坡常用的加固技術(shù)

2.1 混凝土技術(shù)

第一，混凝土抗滑樁?；炷量够瑯?，能穿越滑坡體進(jìn)入穩(wěn)定的土層或巖層，對(duì)滑坡體產(chǎn)生支擋作用。該構(gòu)件常用在滑坡體的前端，適用于正在活動(dòng)的淺層滑坡或中層滑坡。為了提高混凝土抗滑樁的功效，施工時(shí)埋置深度一般控制在樁身的1/4—1/3，并且采用灌漿技術(shù)，促使樁身和巖土成為一個(gè)整體[2]。

第二，混凝土沉井。混凝土沉井屬于框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)期間要考慮到沉井的受力狀態(tài)、場(chǎng)地布置、施工條件等，將其用在高邊坡中，兼具抗滑樁、擋土墻的作用?；炷脸辆┕?，主要工藝包括平整場(chǎng)地、制作沉井、封底、沉井下沉等。其中，下沉施工是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了降低沉井側(cè)壁和巖土體之間的摩擦力，應(yīng)該保證混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度達(dá)到100%，然后才能挖土下沉；同時(shí)做好糾偏工作，將偏差控制在允許范圍內(nèi)。此外，封底之前要徹底清理基面，以保證封底質(zhì)量。

第三，混凝土擋墻?；炷翐鯄χ饕米陨碇亓Γ瑢?duì)高邊坡產(chǎn)生支擋作用，且可以和排水措施相結(jié)合，從而避免發(fā)生滑坡。從作用原理看，擋墻能改變高邊坡的局部受力，防止變形延伸，不僅工藝簡(jiǎn)單，而且加固迅速。具體施工中，應(yīng)該注意擋墻基礎(chǔ)的砌筑深度，要結(jié)合最低滑動(dòng)面的形狀和位置，在墻后預(yù)留泄水孔，一方面降低作用在擋墻上的靜水壓力，另一方面避免積水浸泡墻體。

2.2 錨固技術(shù)

第一，錨固洞。在高邊坡加固上，錨固洞的應(yīng)用比較普遍，加固時(shí)遵循從內(nèi)向外、由上到下、逐層漸進(jìn)原則。在同一個(gè)結(jié)構(gòu)面上，開挖錨固洞采用跳洞法，能增強(qiáng)不利結(jié)構(gòu)面上的抗滑力，保證邊坡的穩(wěn)定性。

第二，預(yù)應(yīng)力錨固。預(yù)應(yīng)力錨固是將錨索打入坡體深部的巖體上，對(duì)混凝土框架產(chǎn)生加固作用，通過(guò)擠壓松散的巖體，提高巖土層之間的壓力和摩阻力，最終產(chǎn)生穩(wěn)定和加固效果。施工期間，技術(shù)要點(diǎn)包括兩點(diǎn)：一是制作錨索和錨桿，材料選擇強(qiáng)度高、低松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絞線，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確下料；制作時(shí)首先將鋼絞線纏繞成U型，利用鋼帶和承載體緊密綁扎；運(yùn)輸時(shí)不能出現(xiàn)彎折，對(duì)隔離架、注漿管、外包涂塑層進(jìn)行保護(hù)。二是錨孔注漿，對(duì)注漿材料進(jìn)行科學(xué)配比，保證漿體強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上；注漿時(shí)采用孔底返漿法，一次注漿完成；當(dāng)砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可張拉錨索，做好施工記錄[3]。

第三，錨噴混凝土。錨噴混凝土技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是速度快、效率高，不需要支設(shè)模板，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)。加固施工原理，是混凝土噴射時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，作為臨時(shí)支撐使用，相比于木結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度更高；相比于鋼結(jié)構(gòu)，成本更低。作為永久支護(hù)使用，配合錨桿使用，和現(xiàn)澆混凝土相比，其早期強(qiáng)度更高；能減少水泥用量，避免大規(guī)模開挖洞室。

2.3 減載排水技術(shù)

第一，減載反壓。減載的目的是降低高邊坡的下滑力，技術(shù)操作上是削去滑坡體的后緣。為了提高加固效果，一般和反壓措施配合應(yīng)用，將削下來(lái)的土石堆置于滑坡前緣。一方面能降低下滑力，另一方面能增加抗滑力，在上陡下緩的滑坡中應(yīng)用效果顯著。

第二，排除地表水。針對(duì)邊坡變形區(qū)內(nèi)的地表水，例如泉水、雨水，進(jìn)行攔截處理。一般來(lái)說(shuō)，可以修建排水溝、攔水溝，及時(shí)排出滑坡體表面的水體。對(duì)于滑坡體內(nèi)的地表水，充分利用地形和溝谷，布置完善的排水系統(tǒng)，降低巖土體的含水量，減小孔隙水壓力，實(shí)現(xiàn)高邊坡加固目標(biāo)[4]。

第三，排除地下水。根據(jù)地下水的埋藏深度，主要分為淺層地下水、深層地下水兩種。其中，淺層地下水采用盲溝、截水溝、鉆孔法；深層地下水采用集水井、截水溝、排水廊道。排水施工中，通過(guò)降低巖體的地下水位，減小滲水壓力，提高邊坡的穩(wěn)定性。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

以國(guó)內(nèi)某小型水利工程為例，主要功能是農(nóng)業(yè)灌溉，次要功能是為周邊人畜提供飲水。該工程采用混凝土面板堆石壩，壩高13.5m，設(shè)計(jì)壩頂高程為735m，頂部寬度為7m、長(zhǎng)度為98m，上游、下游邊坡的坡度分別為1:1.35、1:1.4。隨著使用壽命延長(zhǎng)，近期檢查發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)位移和沉降，必須進(jìn)行加固處理。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，選擇噴錨防護(hù)技術(shù)，將錨固、噴射混凝土相結(jié)合，防止巖體分離或松動(dòng)，將圍巖、錨桿、混凝土噴層形成一個(gè)整體。施工期間，既可作為早期支護(hù)方案，也可作為永久性支護(hù)方案。

3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

第一，測(cè)量放樣。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，使用全站儀放出抗滑樁的軸線、位置，計(jì)算樁位坐標(biāo)；路塹開挖前，放出截水溝、邊坡頂線的位置，并做好標(biāo)記；邊坡土體開挖期間，利用水準(zhǔn)儀對(duì)高程進(jìn)行復(fù)核，將誤差控制在允許范圍內(nèi)。

第二，噴錨防護(hù)。依據(jù)放樣結(jié)果，利用機(jī)械打入錨桿，噴射C20混凝土進(jìn)行防護(hù)。其中，錨桿使用φ25鋼筋，鉆孔為φ50，錨桿的布置呈現(xiàn)梅花狀，間距控制在2m×2m；噴射混凝土?xí)r，厚度控制在8cm。

第三，樁孔開挖。本次工程中，共計(jì)使用抗滑樁5根，對(duì)二級(jí)邊坡進(jìn)行防護(hù)后，開挖抗滑樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)斷面為2m×3m，間距控制在3m。開挖時(shí)，為了保證成孔穩(wěn)定性，采用跳二挖一法，工藝流程如下：①抗滑樁鎖口施工，采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在鎖口上部設(shè)置井圈，可以防止雨水、雜物進(jìn)入孔內(nèi)，高出地面30cm；②開挖孔身，合理確定每日開挖進(jìn)度，開挖后及時(shí)護(hù)壁，采用C20鋼筋混凝土進(jìn)行澆筑；③孔內(nèi)通風(fēng)，當(dāng)孔深超過(guò)10m，或CO2含量超過(guò)0.3%，就要進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，并使用36V低壓照明設(shè)備；④孔內(nèi)排水，將人工排水、水泵抽水相結(jié)合，在樁位一角開挖集水坑[5]。

第四，安裝鋼筋。鋼筋的連接使用直螺紋套筒，其中樁身主筋是φ32鋼筋，經(jīng)電焊成為鋼筋束。綁扎鋼筋時(shí)，控制好搭接長(zhǎng)度、接頭等要素，一般接頭長(zhǎng)度超過(guò)50cm，錯(cuò)開距離按照鋼筋直徑的35倍控制，綁扎完成后進(jìn)行驗(yàn)收。

第五，澆筑樁身和擋土板。抗滑樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，現(xiàn)澆時(shí)采用插入式振搗器，每層澆筑厚度為30cm。澆筑到頂面后，進(jìn)行抹平修整處理，直至全部完工。樁前坡面土體，分為6次開挖，利用挖掘機(jī)，每次開挖高度為2m。第一個(gè)坡面開挖完成后，綁扎擋土板鋼筋、支設(shè)模板，并且澆筑混凝土，鉆錨索孔、注漿處理。擋土板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的75%，即可張拉錨索，如此循環(huán)施工，直至擋土板完工。

第六，抹面養(yǎng)護(hù)。混凝土振搗密實(shí)后，使用磨光機(jī)收面，利用真空脫水機(jī)吸除表面的多余水分。委派專人灑水養(yǎng)護(hù)，并使用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，保證混凝土表面處于濕潤(rùn)狀態(tài)。如果使用普通水泥，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天；如果摻入緩凝外加劑，或有抗?jié)B要求，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于21天。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水利工程是我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，影響高邊坡穩(wěn)定性的因素較多，文中從混凝土技術(shù)、錨固技術(shù)、減載排水技術(shù)三個(gè)方面，介紹了常用的加固處理技術(shù)，并結(jié)合工程案例進(jìn)行分析。希望為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，提高水利工程高邊坡的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。