某邊坡重災(zāi)受損后修復(fù)流程及措施

王 偉 毛會(huì)永 范建朋 張積強(qiáng)

（中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西西安 710065）

0 引言

目前，對(duì)于受損的人工邊坡治理，國(guó)內(nèi)外尚無明確的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，一般性的工作流程為工程地質(zhì)測(cè)繪→地質(zhì)勘探→室內(nèi)及野外試驗(yàn)→變形監(jiān)測(cè)→穩(wěn)定性分析計(jì)算→處理方案設(shè)計(jì)及實(shí)施等。近年來，受損邊坡的治理研究以受損邊坡地質(zhì)勘測(cè)、數(shù)值模擬分析和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為主，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和治理的研究成果較為豐富。受損邊坡危害程度及風(fēng)險(xiǎn)、生態(tài)修復(fù)、景觀重建與水土保持等方面也有一定的研究。程 強(qiáng)[1]針對(duì)峽谷山區(qū)斜坡崩滑邊坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)問題，給出了相關(guān)分析、評(píng)估的一些判別指標(biāo)和方法；徐為等[2]通過對(duì)我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估現(xiàn)狀研究及分析，提出了地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的完整概念；石菊松等[3]指出在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的實(shí)踐中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還難以實(shí)施，提出了相應(yīng)的對(duì)策方案；朱兆華和曹華英等[4-6]對(duì)受損邊坡與高陡巖石邊坡的生態(tài)修復(fù)和景觀重建技術(shù)有獨(dú)到的研究成果，如混合植物配置方式和高陡巖石邊坡V 型槽生態(tài)修復(fù)技術(shù)等；梁永哲等[7]以向家壩水電站工程為例，為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)生態(tài)修復(fù)邊坡水土保持效果，選取若干評(píng)價(jià)指標(biāo)建立了生態(tài)修復(fù)邊坡水土保持效果評(píng)價(jià)體系。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)受損邊坡的研究缺少可供操作的完整流程，一般性的工作流程過于籠統(tǒng)，在實(shí)際操作中可能難以滿足項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、成本等“三控”需要。本文以尼泊爾某電站受損人工邊坡修復(fù)工程為實(shí)例，對(duì)中美合作修復(fù)治理流程進(jìn)行闡述，其成果可為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 項(xiàng)目概況

尼泊爾某水電站為低壩長(zhǎng)引水式電站，包括混凝土重力壩、泄洪閘、沉沙池、長(zhǎng)引水隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管、地面廠房和開關(guān)站等主要建筑物。電站裝機(jī)2×22.5 MW，1997年開工建設(shè)，2001年1月建成發(fā)電。受2015年里氏7.8 級(jí)Gorkha 地震和2016年特大洪水影響，電站損毀停運(yùn)，廠區(qū)邊坡出現(xiàn)了表部坍塌，局部變形。在電站修復(fù)措施中，對(duì)受損邊坡需要重點(diǎn)查明邊坡破壞的機(jī)理原因，開展有針對(duì)性的工程處理，消除安全隱患。

結(jié)合國(guó)際項(xiàng)目及該廠區(qū)邊坡的特點(diǎn)，制定了修復(fù)方案設(shè)計(jì)流程（見圖1）。

圖1 設(shè)計(jì)流程示意圖

2 廠區(qū)邊坡受損評(píng)估

本電站廠區(qū)邊坡為傾向SW265°的扇狀斜坡，斜坡1325～1343 m 高程有國(guó)際公路穿過，公路上下均有平臺(tái)。公路以上平臺(tái)高程1341.2～1358.6 m，為業(yè)主營(yíng)地。公路以下平臺(tái)高程1326.5～1328 m，為業(yè)主辦公區(qū)。業(yè)主辦公區(qū)平臺(tái)以下為漿砌石襯砌防護(hù)的邊坡，坡面設(shè)置排水孔，高差5 m 設(shè)一層馬道。邊坡下游側(cè)發(fā)育一條沖溝，常年流水，旱季流量小于0.5 m3/s。廠房區(qū)現(xiàn)狀地貌見圖2。

圖2 廠房區(qū)現(xiàn)狀地貌（2018年11月）

2016年9月對(duì)工程區(qū)進(jìn)行了大洪水后狀況評(píng)估，壓力鋼管上游的邊坡基本完好，見少量垂直裂縫和部分漿砌石塊移位，廠房下游及開關(guān)站下部邊坡25～50 m寬度范圍內(nèi)有明顯的沉降和位移。

綜合評(píng)估認(rèn)為：廠區(qū)邊坡整體完好，但不排除有局部坍塌的可能，開關(guān)站平臺(tái)至進(jìn)場(chǎng)道路之間的邊坡（邊坡一）局部出現(xiàn)了破壞和邊坡位移的跡象，廠房下游進(jìn)場(chǎng)道路至河道之間的邊坡（邊坡二）遭受大洪水沖刷損壞。在通往廠房及開關(guān)站的通道受到影響之前，應(yīng)盡快對(duì)上述邊坡進(jìn)行重新勘測(cè)、設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析計(jì)算工作，采取有效的措施進(jìn)行邊坡治理。

3 廠區(qū)邊坡修復(fù)方案研究

3.1 邊坡補(bǔ)充勘察

補(bǔ)充勘察中經(jīng)過實(shí)地考察，在開關(guān)站平臺(tái)布置了1 個(gè)鉆孔，取芯編錄并開展地下水長(zhǎng)期觀測(cè)；在邊坡變形較嚴(yán)重部位開挖探坑3 處，并在探坑中取樣做土的物理力學(xué)試驗(yàn)；在邊坡上布置了16 個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變形觀測(cè)。補(bǔ)勘及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見圖3。

圖3 補(bǔ)勘及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

通過補(bǔ)充勘察，基本查明了邊坡地層結(jié)構(gòu)，并獲得了巖土體的各項(xiàng)參數(shù)。地面廠房區(qū)邊坡覆蓋層主要由沖洪積土、崩坡積土和人工填土組成。①人工填土（Q4ml）：主要位于廠房后邊坡及營(yíng)地地表，分布范圍不大，成分以附近的崩坡積物為主，經(jīng)過分選壓實(shí)等施工處理，厚0.5～5.5 m；②崩坡積物（Q4col）：地表為厚約0.5～1.5 m 的塊碎石壤土，下部以塊碎石土為主，含少量漂石、粉土。該層表部土體松散，深部稍密-密實(shí)；③沖洪積物（Q4al+pl）：含漂石砂卵礫石，位于廠房平臺(tái)下部，土體以卵石、礫石、砂為主，含少量漂石，土體稍密-密實(shí)。廠區(qū)邊坡地下水位整體平緩，鉆孔BH03 地下水位埋深27.6 m，比河水位高約3.7 m，水力坡降約6.2 %。

3.2 邊坡監(jiān)測(cè)成果分析

（1）邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

共布置16 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)廠區(qū)邊坡進(jìn)行表面變形觀測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)約4 個(gè)月，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)成果見表1。

表1 邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形統(tǒng)計(jì)

（2）數(shù)據(jù)分析

從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，綜合位移最大值為4.08 mm，綜合位移速率最大值為0.035 mm/d。從水平位移路徑分析，16 個(gè)點(diǎn)的位移路徑均十分雜亂，宏觀判斷水平位移方向?yàn)镹W 向和SW 向；垂直位移路徑上，正負(fù)值交替存在，總體趨勢(shì)線歸于初始測(cè)量值，垂直位移不明顯，數(shù)據(jù)偏差應(yīng)屬于觀測(cè)累計(jì)誤差，其中典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)（P01）軌跡分析見圖4、圖5。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)P01 水平軌跡

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)P01 垂直軌跡

按照Cruden 等[8]建議的速率界限法分類（見表2），該邊坡綜合位移速率最大值0.035 mm/d，即4.05×10-7mm/s，屬于1 類-極其慢速。從位移觀測(cè)數(shù)據(jù)來看，邊坡整體是穩(wěn)定的；同時(shí)從兩個(gè)鎮(zhèn)墩（P01、P02）上的觀測(cè)數(shù)據(jù)看，壓力鋼管鎮(zhèn)墩現(xiàn)狀穩(wěn)定，無明顯位移跡象。

表2 邊坡滑動(dòng)速率分類表

3.3 邊坡穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算

根據(jù)邊坡地層地貌特點(diǎn)，選取兩組計(jì)算斷面，PH1-2 組和PH3-4 組。每組位置相近，互相比較，進(jìn)行二維有限元穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算分析。

（1）物理力學(xué)參數(shù)

用于邊坡計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)見表3。

表3 物理力學(xué)參數(shù)

（2）穩(wěn)定性計(jì)算考慮因素

地震動(dòng)參數(shù)取值0.30g，向坡外水平加載地震力[9]。采用美國(guó)規(guī)范[10]規(guī)定的Spencer 分析方法[11-12]計(jì)算，計(jì)算程序采用slide 軟件[13]。不考慮暴雨工況[14]和支護(hù)結(jié)構(gòu)、不考慮可能的再次開挖。地下水按推測(cè)的地下水位線考慮[15-16]。

（3）邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

由于計(jì)算成果相近，只列出PH1 和PH4 的成果，見圖6、圖7及表4。

表4 斷面PH1 和PH4 穩(wěn)定性計(jì)算成果

圖6 斷面PH1 穩(wěn)定計(jì)算成果

圖7 斷面PH4 穩(wěn)定計(jì)算成果

正常工況下，2 個(gè)斷面的最小安全系數(shù)均大于允許值1.15。地震工況下，2 個(gè)斷面的邊坡高處安全系數(shù)均不能滿足最低要求，最小安全系數(shù)分別為0.88和0.82，小于限定安全系數(shù)（1.05）的不穩(wěn)定體最大厚度分別為11.8 m 和8.2 m，長(zhǎng)度分別為105.6 m 和45.5 m，單寬面積分別為867.4 m2和243.2 m2，不穩(wěn)定體大部分處于邊坡頂部，其前緣位于場(chǎng)內(nèi)路或房屋內(nèi)側(cè)，剪出面臨空。

3.4 邊坡變形特征及成因分析

廠區(qū)邊坡整體穩(wěn)定，除開關(guān)站至河道之間邊坡外，其他邊坡表部漿砌石破壞主要由2015年大地震引起，原因明確。開關(guān)站以下邊坡一和邊坡二的變形特征和成因分析如下。

邊坡一護(hù)坡發(fā)生了變形，馬道排水溝受上部漿砌石向下變形擠壓縮窄，邊坡局部有滲水跡象，該處地表明顯變形部位為豎向排水溝左側(cè)，失穩(wěn)方向?yàn)镹W300°，主要表現(xiàn)為地表漿砌石襯砌鼓起、溜滑，排水溝受到上部土體的變形擠壓縮窄。

該處邊坡上部為開關(guān)站平臺(tái)，由于沉降原因，平臺(tái)高程已經(jīng)低于周邊排水溝，致使排水不暢，導(dǎo)致地表水下滲到邊坡體內(nèi)部；坡面及排水溝內(nèi)雜草叢生，可見水流痕跡，雨季降水較多時(shí)地表水順破損的漿砌石護(hù)坡和排水溝滲入坡體。根據(jù)該處探坑和鉆孔揭露，邊坡表部有回填土，厚度約1.5～4.5 m，土體沉降造成護(hù)坡結(jié)構(gòu)地基土體同地表漿砌石護(hù)坡的結(jié)合部位產(chǎn)生脫離甚至空洞；該處開挖坡度較陡，且位于邊坡的陽角部位，應(yīng)力相對(duì)集中；坡體上部緊鄰沖溝，導(dǎo)致邊坡土體含水量較大。上述問題是誘發(fā)該處邊坡表部產(chǎn)生變形的主要因素。

該處邊坡具明顯的淺表部失穩(wěn)特征，其失穩(wěn)模式為邊坡內(nèi)地基土體沉降使地表護(hù)坡漿砌石與原土體脫離，在重力和大地震、地下水作用下，出現(xiàn)移動(dòng)、擁擠、鼓脹、溜滑甚至局部脹裂。由于邊坡表部漿砌石、排水溝已出現(xiàn)破壞，如不進(jìn)行處理，推測(cè)淺表部在偶然工況如地震、連續(xù)強(qiáng)降雨等情況下，仍有進(jìn)一步塌滑失穩(wěn)的可能。

邊坡二坡腳鉛絲籠擋土墻在2016年特大洪水期間遭受沖刷掏腳破壞。

3.5 邊坡修復(fù)方案

由穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可知，廠區(qū)邊坡除岸坡頂部和開關(guān)站至河道邊坡外，其他處整體是穩(wěn)定的。根據(jù)邊坡受損破壞的成因和機(jī)理，針對(duì)不同部位提出“整體修復(fù)”和“局部修復(fù)”的處理方案。

（1）整體修復(fù)

由穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可知，僅在地震工況下邊坡上方淺表部存在不穩(wěn)定區(qū)，但不穩(wěn)定體厚度較小，整體邊坡不存在深層不穩(wěn)定問題。據(jù)此，首先對(duì)計(jì)算所揭示出的潛在不穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行挖除處理；其次對(duì)邊坡上的垂直裂縫進(jìn)行封閉、對(duì)破損的漿砌石結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)原。

（2）局部修復(fù)

局部修復(fù)是指對(duì)于開關(guān)站平臺(tái)以下邊坡的修復(fù)，分為邊坡一和邊坡二兩個(gè)處理區(qū)。邊坡一主要是做好排水，尤其是開關(guān)站平臺(tái)的排水；邊坡二主要是做好坡腳擋土墻，防止河水沖刷掏腳。

①邊坡一處理區(qū)

a.開關(guān)站場(chǎng)內(nèi)地面比周圍地形稍低，坑洼不平，線塔區(qū)域鋪設(shè)鵝卵石，其余部位為砂土，容易造成雨水出流不暢，下滲量較大。為保證平臺(tái)排水通暢，地表要以一定坡度連接到西南側(cè)已有排水溝。

b.圖8開關(guān)站平臺(tái)以下所示區(qū)域-A 區(qū)1 級(jí)-4 級(jí)和B 區(qū)1 級(jí)-3 級(jí)，為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后要求拆除重建范圍。需要強(qiáng)調(diào)的是，首先完成了A 區(qū)1 級(jí)-4 級(jí)的拆除重建，后對(duì)B 區(qū)1 級(jí)-3 級(jí)作進(jìn)一步調(diào)查，調(diào)查后決定不需要對(duì)B 區(qū)進(jìn)行拆除處理。

圖8 邊坡一處理區(qū)域示意圖

c.邊坡的A 區(qū)1 級(jí)-4 級(jí)坡體向下位移已導(dǎo)致排水溝變窄，甚至局部排水溝已經(jīng)完全閉合。針對(duì)這些區(qū)域，清除護(hù)坡漿砌石及其下方的松動(dòng)覆蓋層，并適當(dāng)加厚護(hù)坡漿砌石。

d.漿砌石護(hù)坡采用尺寸不大于30 cm 的塊石或卵石，用M10 水泥砂漿砌筑。邊坡排水孔布置呈梅花型，豎直排距1.25 m，水平孔距2.50 m。若有出水點(diǎn)，應(yīng)在此處增加排水孔。排水溝內(nèi)表面必須抹3 cm 的M10 水泥砂漿，且不占用排水溝內(nèi)尺寸。

e.施工過程中密切觀測(cè)開關(guān)站平臺(tái)及相鄰邊坡的狀態(tài)，做好裸露坡體防護(hù)，防止雨水沖刷破壞。

②邊坡二處理區(qū)

進(jìn)廠道路以下邊坡處理主要是對(duì)原石籠護(hù)岸邊坡進(jìn)行處理。

a.采用混凝土擋土墻方案對(duì)邊坡坡腳進(jìn)行處理（見圖9）。殘余的鉛絲籠應(yīng)移除，擋墻完成后墻背回填碎石土并碾壓密實(shí)。

圖9 邊坡二處理區(qū)擋墻示意圖

b.擋土墻臨河側(cè)基礎(chǔ)設(shè)置于河床以下2 m，以防止河水淘刷而導(dǎo)致?lián)鯄A(chǔ)懸空失穩(wěn)。

c.擋土墻頂部高程應(yīng)高于廠房下游最高尾水位。

d.墻體內(nèi)埋設(shè)PVC 排水管，保障回填碎石土和坡體內(nèi)部水能夠順暢排至河道。邊坡采用漿砌石護(hù)坡，邊坡排水孔布置呈梅花型，豎直排距2.50 m，水平孔距2.50 m。

e.施工期間應(yīng)加強(qiáng)邊坡監(jiān)測(cè)，注意安全。

4 結(jié)論

（1）廠區(qū)邊坡為覆蓋層邊坡，未見控制邊坡穩(wěn)定的軟弱地層帶，邊坡穩(wěn)定性主要由覆蓋層的物理力學(xué)特性控制。

（2）監(jiān)測(cè)成果顯示，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化不明顯，表明在遭受大地震和大洪水后，經(jīng)早期變形調(diào)整后邊坡變形沒有持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

（3）通過邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析，在正常工況下安全系數(shù)滿足要求，邊坡總體處于安全范圍內(nèi)；在地震工況下，邊坡表部高處安全系數(shù)不能滿足最低要求，但邊坡整體不存在深層滑動(dòng)問題。

（4）通過分析研究，提出了修復(fù)處理方案。對(duì)于邊坡高處不穩(wěn)坡體進(jìn)行了挖除處理；對(duì)于開關(guān)站平臺(tái)以下邊坡，分為兩個(gè)處理區(qū)分別提出了處理措施。本電站廠區(qū)邊坡修復(fù)已經(jīng)完成，并經(jīng)過了雨季洪水的考驗(yàn)，目前狀況良好。