某土質(zhì)邊坡支護(hù)處理方案分析

黃艷艷肖虎王博

(1． 中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西西安710065; 2．機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西西安710043)

0 引言

水利水電工程建設(shè)中，時常發(fā)生邊坡變形失穩(wěn)現(xiàn)象，影響邊坡穩(wěn)定性的因素很多，邊坡體地質(zhì)構(gòu)造、邊坡形態(tài)、巖土特性、降雨、庫水作用、地震以及人類工程活動等為邊坡穩(wěn)定性影響因素[1]。邊坡穩(wěn)定性影響因素的確定是邊坡穩(wěn)定性判定的前提條件。

水電開發(fā)項目中，邊坡治理所面臨的自然條件往往較差，尤其是陜西鎮(zhèn)安水電站工程所處地形條件差，其岸坡高陡、滑坡發(fā)育，極其影響工程順利施工及大壩安全運營等方面。

在鎮(zhèn)安抽水蓄能電站工程建設(shè)中更應(yīng)注重施工工藝及施工管理，在設(shè)計方面應(yīng)結(jié)合相關(guān)預(yù)測預(yù)報及地勘反饋資料等，在變形穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上調(diào)整、修改，實現(xiàn)邊坡工程的穩(wěn)定性設(shè)計。

本文以鎮(zhèn)安抽水蓄能電站下庫綜合加工廠后邊坡支護(hù)處理方案為實例，針對該土質(zhì)邊坡體變形過程及原因作出分析并調(diào)整設(shè)計，達(dá)到邊坡穩(wěn)定的目的，以期對類似工程具有一定參考意義。

1 工程概況

鎮(zhèn)安抽水蓄能電站工程規(guī)模為一等大(1)型工程，下庫區(qū)綜合加工廠位于下庫壩址左岸下游灘地上，地面高程在837 m～864 m之間，下庫區(qū)綜合加工廠規(guī)劃場平高程為843.5 m，距離下庫壩址約900 m。

1.1 地質(zhì)條件

下庫綜合加工廠所在區(qū)域?qū)儆谠潞拥蘑窦夒A地，臺地后緣為雙月公路，雙月公路內(nèi)側(cè)為反陽坡滑坡堆積體。反陽坡滑坡在天然條件、降雨條件、地震條件下以及泄流雨霧條件下均處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，未出現(xiàn)失穩(wěn)破壞情況。最易發(fā)生失穩(wěn)破壞方式為滑坡體處于降雨飽和狀態(tài)，但整體仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于礦山道路開挖和村民建房等人工開挖削坡，局部滑坡已發(fā)生小規(guī)模塌滑。

雙月公路內(nèi)側(cè)邊坡開挖高度16 m～17 m，形成坡頂863 m高程和860 m,852 m高程二級馬道。坡頂有1 m～1.3 m黃褐色粉質(zhì)粘土為原狀土，高程853 m～861 m區(qū)間坡面上黃褐色土中夾有樹根、竹片竹葉等雜物，為開挖棄渣。坡面原狀土為灰色碎塊石夾大孤石及灰白色巖粉、巖屑。雙月公路附近巖粉巖屑含量增多，土質(zhì)疏松，路基外側(cè)邊坡開挖揭露，雙月公路以下塊碎石中夾粉質(zhì)粘土、較密實。

1.2 初始邊坡

邊坡開挖坡比為：崩沖積塊碎石土層開挖邊坡取值為1∶0.83～1∶1.1。

下庫區(qū)綜合加工廠場地平整工程在開挖過程中，開挖邊坡出現(xiàn)裂縫，自二級馬道開始產(chǎn)生坍塌破壞。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 支護(hù)處理方案設(shè)計

對綜合加工廠后邊坡進(jìn)行支護(hù)處理，主要開挖部位按照1∶1.5 坡比分級削坡并清除表部松散土和棄渣，每級坡高6 m，馬道2 m寬。坡面采用混凝土框格梁加植草的防護(hù)措施，并做好坡面及周邊排水措施，邊坡下部設(shè)置混凝土擋墻加固。對邊坡體選取典型斷面進(jìn)行計算分析。

2.2 參數(shù)選取

1)物理力學(xué)參數(shù)地質(zhì)建議值。

根據(jù)綜合加工廠后邊坡工程地質(zhì)條件，邊坡體天然密度1.8 g/cm3～2.1 g/cm3，飽和密度2.4 g/cm3，干密度1.6 g/cm3～1.8 g/cm3，變形模量20 MPa～30 MPa，允許承載力0.40 MPa～0.45 MPa，抗剪強(qiáng)度f=0.35～0.45，c=20 kPa～25 kPa，飽水狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度f=0.20～0.25，c=10 kPa～15 kPa，天然含水量10%，開挖坡比為1∶1.25(中下部)～1∶1.5(上部)。

2)地質(zhì)加固措施建議。

分級削坡并設(shè)擋墻加固，應(yīng)清除表部松散土，下部鋼筋混凝土擋墻，基礎(chǔ)埋深1.5 m。每級坡高度5 m～6 m，坡面采用混凝土框格梁防護(hù)，并做好邊坡及周邊排水措施。

3)物理力學(xué)參數(shù)取值。

計算取地質(zhì)建議物理力學(xué)參數(shù)的下限值，即邊坡體天然密度2.1 g/cm3，飽和密度2.4 g/cm3，抗剪強(qiáng)度f=0.35，c=20 kPa，飽水狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度f=0.20，c=10 kPa。

2.3 計算工況

根據(jù)邊坡工程等級及工地現(xiàn)場情況等，主要考慮坡體在天然情況下的穩(wěn)定狀況；同時，因區(qū)域內(nèi)雨量豐富，雨水對邊坡的穩(wěn)定性影響深度難以定量分析，因此文章重點分析暴雨工況對邊坡穩(wěn)定性的影響。計算工況如下：

1)工況一：持久設(shè)計工況——初始工況。

此工況主要分析邊坡在現(xiàn)今天然條件下(沒有工程措施)時的穩(wěn)定性。

2)工況二：短暫設(shè)計工況——暴雨工況1。

此工況主要模擬邊坡在現(xiàn)今條件下(沒有工程措施)，在暴雨或連續(xù)降雨作用下邊坡穩(wěn)定情況。此工況假定邊坡體5 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，其他部位為天然狀態(tài)。

3)工況三：短暫設(shè)計工況——暴雨工況2。

此工況主要模擬邊坡在現(xiàn)今條件下，對邊坡坡面采取框格梁護(hù)坡措施，框格梁和馬道上設(shè)置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，在暴雨或連續(xù)降雨作用下的邊坡穩(wěn)定情況。此工況假定邊坡體2 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，其他部位為天然狀態(tài)。

4)工況四：短暫設(shè)計工況——暴雨工況3。

此工況主要模擬邊坡在現(xiàn)今條件下，對邊坡坡面采取框格梁護(hù)坡措施，框格梁和馬道上設(shè)置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，在暴雨或連續(xù)降雨作用下的邊坡穩(wěn)定情況。此工況假定邊坡體1.5 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，其他部位為天然狀態(tài)。

5)工況五：偶然設(shè)計工況——地震工況。

此工況主要模擬邊坡在現(xiàn)今條件下(沒有工程措施)，在地震作用(考慮50年超越概率10%情況)下邊坡穩(wěn)定情況。此工況中對于地震力的施加是按照擬靜力方法施加水平地震加速度。

2.4 計算結(jié)果

邊坡穩(wěn)定性計算采用Autobank軟件中的Fellenious,Bishop,Morgenstern-Price等多種方法。邊坡在不同工況條件下、不同計算方法下的穩(wěn)定性計算結(jié)果見表1。

表1 穩(wěn)定性計算結(jié)果表

從表1可以看出：

1)持久工況下最小安全系數(shù)1.252(工況一)，大于1.05，邊坡穩(wěn)定；

2)短暫暴雨工況1(工況二)下，不采取工程措施，假定邊坡體5 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，其他部位為天然狀態(tài)，最小安全系數(shù)0.693，邊坡不穩(wěn)定；

3)短暫暴雨工況2(工況三)下，邊坡坡面采取框格梁護(hù)坡措施，框格梁和馬道上設(shè)置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，此工況假定邊坡體2 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，其他部位為天然狀態(tài)。該工況最小安全系數(shù)0.952，邊坡不穩(wěn)定；

4)短暫暴雨工況3(工況四)下，邊坡坡面采取框格梁護(hù)坡措施，框格梁和馬道上設(shè)置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，此工況假定邊坡體1.5 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，其他部位為天然狀態(tài)。該工況最小安全系數(shù)1.070，邊坡穩(wěn)定；

5)偶然地震工況(工況五)下，最小安全系數(shù)1.186，大于1.0，邊坡穩(wěn)定。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

綜上所述可知，若不采取任何工程措施，短暫暴雨工況下，假定邊坡體5 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，邊坡很不穩(wěn)定；邊坡體2 m深度范圍內(nèi)達(dá)到飽和，邊坡仍不穩(wěn)定；當(dāng)邊坡體滲水深度小于1.5 m時，邊坡基本穩(wěn)定。因此，邊坡表面須做好截、排水措施，邊坡設(shè)置排水孔，底部采取仰斜式擋土墻支護(hù)等措施，確保邊坡上雨水入滲深度不超過1.5 m。當(dāng)邊坡體遭遇連續(xù)降雨情況下，雨水入滲深度達(dá)到1 m時，坡面需采取緊急防水措施。

3.2 建議

1)邊坡開挖后，邊坡表面應(yīng)及時做好截、排水措施，并且邊坡需要設(shè)置排水孔，可采取掛網(wǎng)噴混凝土封閉表面的措施，以有效排泄坡內(nèi)滲水，阻止雨水入滲，保證邊坡坡體干燥。

2)邊坡體草皮底部可采取鋪三七灰土的防滲措施，避免雨水下滲。

3)考慮美觀效果，坡面采取框格梁加植草的邊坡防護(hù)措施。根據(jù)二維極限平衡計算分析，當(dāng)邊坡體遭遇暴雨或者連續(xù)降雨情況下，雨水入滲深度超過1.5 m時，邊坡不穩(wěn)定，應(yīng)采取緊急防水措施。

4)邊坡坡頂4 m～5 m范圍設(shè)置截水溝，有效引排坡頂暴雨來水。

5)邊坡底部設(shè)置重力式擋土墻支護(hù)措施，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。

6)應(yīng)加強(qiáng)暴雨等水情預(yù)報，同時，應(yīng)加強(qiáng)邊坡監(jiān)測工作，重點是邊坡整體穩(wěn)定性變形監(jiān)測，包括地表變形監(jiān)測和巖體深部的變形監(jiān)測。還應(yīng)加強(qiáng)暴雨期間的監(jiān)測、地震反應(yīng)及爆破振動監(jiān)測等。