邊坡勘察技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用分析

張喬軍

（貴州水利科技開發(fā)有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550000）

1 邊坡勘察技術(shù)的主要作用和技術(shù)要求

水利水利工程中的邊坡勘察技術(shù)，其主要是了解與水利工程有關(guān)的地段的巖石參數(shù)以及邊坡相關(guān)工程的地質(zhì)條件，通過對其穩(wěn)定性進(jìn)行研究與分析，進(jìn)而采取針對性的處理方法。之所以要注重對邊坡的勘察，這是因?yàn)檫吰聦儆趩我坏膸r土類型，其整個(gè)穩(wěn)定性與巖土體抗剪程度和臨空面的坡度均有關(guān)聯(lián)。其中巖土體結(jié)構(gòu)面的形態(tài)以及邊坡坡面的組合關(guān)系都直接關(guān)系到整個(gè)邊坡的穩(wěn)定性[1]。通過利用邊坡勘察技術(shù)進(jìn)行勘察，進(jìn)一步了解邊坡的坡體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的巖土參數(shù)，從而推算出在降雨以及地下水滲透等情況下，對巖土工程帶來的影響。特別是對于位置處于山區(qū)的水利工程而言，通過利用邊坡勘查技術(shù)極大程度的保證了水利工程的建設(shè)質(zhì)量與進(jìn)度，對充分發(fā)揮出水利工程的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都有非常重要的作用。由此可見，邊坡勘察技術(shù)是運(yùn)用合理有效的勘察方式方法，對相關(guān)的巖土參數(shù)、邊坡的坡體結(jié)構(gòu)及巖土周圍的外部環(huán)境等進(jìn)行勘察，其中，最關(guān)鍵的是查明坡體優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面、影響坡體穩(wěn)性的軟弱層以及影響軟弱層的相關(guān)因素等，通過分析，不僅能有效明確地下水滲透、降雨等因素對巖土工程產(chǎn)生的影響，同時(shí)還能提前預(yù)測受這些因素影響可能引發(fā)的邊坡工程變形破壞，從而提前采取有效的預(yù)防措施，降低邊坡工程變形的可能性。

邊坡勘察技術(shù)是山區(qū)地質(zhì)勘察工作中最常用的技術(shù)之一，做好邊坡勘察對保證邊坡穩(wěn)定性和巖土工程整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量均有重要的意義。采用邊坡勘察技術(shù)進(jìn)行巖土工程勘察時(shí)應(yīng)掌握以下技術(shù)要求。

（1）做好勘察前準(zhǔn)備工作，采用邊坡勘察技術(shù)勘察前，技術(shù)人員需對邊坡所在場地地質(zhì)和環(huán)境條件、地形、地貌特征、邊坡范圍內(nèi)的地層分布、性質(zhì)及成因、各巖層的結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行勘察，并根據(jù)勘察結(jié)果計(jì)算出巖土的物理力學(xué)參數(shù)值，同時(shí)還需要勘察場地邊坡的水文地質(zhì)條件，根據(jù)水文地質(zhì)條件評價(jià)地下水、地表水等可能引起的山洪災(zāi)害，并且還需要分析地下水、地表水對邊坡穩(wěn)定性的影響，然后，提出相應(yīng)的防水、防洪措施。根據(jù)上述勘察數(shù)據(jù)，技術(shù)人員還需綜合分析和判定邊坡的穩(wěn)定性，以便提出合理的邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)和整治措施。

（2）在邊坡勘察過程中，邊坡區(qū)按照1:500的地形圖進(jìn)行測量，共根據(jù)測量結(jié)果提供1:200的邊坡斷面圖。

（3）合理布置勘探剖面，采用邊坡勘察技術(shù)勘察時(shí)，技術(shù)人員需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和邊坡的具體情況合理布置勘探剖面。確保每條剖面鉆孔數(shù)量在3個(gè)以上，鉆孔孔深不低于坡腳標(biāo)高以下3m，若鉆孔孔深達(dá)到設(shè)計(jì)孔深前進(jìn)入微風(fēng)化基巖的3m，需提前停止鉆孔。

2 邊坡勘察的具體方法

想要獲取邊坡的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，就需要利用地面調(diào)查、測繪等多種方式聯(lián)合勘察技術(shù)，從而最終達(dá)到達(dá)到工作要求。其中對于地面露頭條件的不利因素，使用槽探和坑探的方式進(jìn)行深度勘探。而為獲取巖土體物理力學(xué)參數(shù)，則需要進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，主要是采用室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場原位測試的方式，利用這兩種方式能夠獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，對于邊坡勘察工作的開展有著非常重要的意義。

其中，關(guān)于室內(nèi)試驗(yàn)，目前主要采用三軸試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)的方式。直剪試驗(yàn)操作簡單，但是其準(zhǔn)確度不高。而三軸試驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^模擬巖土的實(shí)際受力條件，獲得較為滿意的數(shù)據(jù)結(jié)果[2]。但是這種試驗(yàn)方式需耗費(fèi)較長的時(shí)間且過程復(fù)雜，可以發(fā)現(xiàn)，不管是哪種試驗(yàn)方式，在應(yīng)用過程中都存在一定的局限性。

而采用現(xiàn)場原位測試的方式，通過選擇與坡體受體情況符合的試驗(yàn)點(diǎn)開展試驗(yàn)，能夠比較客觀地了解其試驗(yàn)結(jié)果，反應(yīng)邊坡情況，全面準(zhǔn)確獲取得到邊坡的相關(guān)數(shù)據(jù)。在進(jìn)行勘察的過程中，還需要進(jìn)行巖體應(yīng)力測試空隙水壓力測試等。

3 水利工程中邊坡穩(wěn)定性分析

面對各種地質(zhì)災(zāi)害，對水利工程帶來的不利影響，必須加強(qiáng)對水利工程中邊坡穩(wěn)定性的分析。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析之前，需要了解斜坡勘察得到的相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，整個(gè)分析內(nèi)容主要包括定性分析和定量分析兩個(gè)方面。

3.1 定性分析

針對水利工程邊坡穩(wěn)定性的定性分析，主要目的是判斷邊坡穩(wěn)定性以及將來可能受到各種因素帶來的發(fā)展趨勢。在這個(gè)過程中必須要考慮到滑動和穩(wěn)定之間的關(guān)系，另外還需要充分考慮到邊坡的自然環(huán)境和影響因素，只有這樣才能夠做到客觀準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對邊坡穩(wěn)定性的分析。另外在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析過程中，還需要考慮到邊坡底層、巖石屬性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文條件等[3]。通過進(jìn)行數(shù)據(jù)的對比，進(jìn)而判斷邊坡的穩(wěn)定性。然而由于邊坡穩(wěn)定性受到多種因素的影響，特別是各種無法抗拒因素，包括地殼變化、斜坡的負(fù)荷大小、風(fēng)化等上述因素，都極大程度的影響到邊坡的穩(wěn)定性。而為充分了解邊坡的穩(wěn)定性，必須要選擇合適的勘察方法，找到影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素和次要因素。

3.2 定量分析

完成對水利工程邊坡的定性分析之后進(jìn)行定量分析，在定量分析的過程中，需要參考邊坡的地質(zhì)剖面參數(shù)，對邊坡的穩(wěn)定性作出評價(jià)。通過在完善的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評價(jià)能夠獲得較為準(zhǔn)確的穩(wěn)定系數(shù)，這種方法也被叫做傳遞系數(shù)法，屬于目前我國水利工程建設(shè)過程中常用的方法。

4 水利工程的邊坡處理分析

面對各種因素均可能對邊坡穩(wěn)定性帶來不良影響，這種情況下必須采取各種手段有效提高水利工程的邊坡穩(wěn)定性，從而基于最大限度的避免因邊坡下滑而影響到工程質(zhì)量和進(jìn)度，目前針對水利工程的邊坡處理方法包括邊坡的負(fù)重減輕、阻斷地表降雨以及地下水、加固支檔3種。

在進(jìn)行水利工程邊坡處理之前，必須要充分了解影響邊坡穩(wěn)定性下降的因素，找到其原因，再明確其邊坡變形的范圍類型和程度，進(jìn)而選擇最合適最恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行對應(yīng)處理。重點(diǎn)需要考慮到巖土和土體的參數(shù)變化，地下水的改變等等，從而實(shí)現(xiàn)在根本上解決邊坡失穩(wěn)的問題，最大限度的保證水利工程的質(zhì)量。針對邊坡加固，目前主要有以下3種技術(shù)。

4.1 混凝土抗滑樁技術(shù)

混凝土抗滑樁技術(shù)，在我國水利工程邊坡加固中是一種應(yīng)用比較廣的技術(shù)。而借助我國水利工程的進(jìn)步與發(fā)展，該技術(shù)也逐漸的完善。通過利用該技術(shù)，能夠有效提高邊坡的穩(wěn)定性，且這種工程技術(shù)不需花費(fèi)較大的經(jīng)濟(jì)支出，特別是對于坡度較緩的邊坡，可發(fā)揮出較為理想的治理效果，具體操作是在坡體中打入抗滑樁，從而提高坡體的穩(wěn)定性，利用樁體的阻滑性能，在解決邊坡失穩(wěn)問題的同時(shí)保證工程的安全。

4.2 混凝土抗滑結(jié)構(gòu)

混凝土抗滑結(jié)構(gòu)中混凝土沉井是較為典型的代表，這種水利水電工程邊坡抗滑構(gòu)造不僅能夠發(fā)揮出抗滑樁相同的性能，同時(shí)還能夠起到擋土墻的作用，進(jìn)一步增加邊坡的穩(wěn)定性。抗滑沉井具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與施工作業(yè)環(huán)境、邊坡狀況有關(guān)，需要根據(jù)實(shí)際情況確定沉井橫隔梁的厚度和井壁的深度。通常情況下，沉井采取“田”字形設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增加其自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對于土質(zhì)良好的邊坡，可以采用錨桿和掛網(wǎng)等形式進(jìn)行混凝土沉井的施工，對于土質(zhì)狀況差的區(qū)域，需要根據(jù)其具體情況，增設(shè)鋼支撐，以提高邊坡整體的穩(wěn)定性。在施工中，井壁通常采用噴射混凝土的形式進(jìn)行施工，因此需要掌握好混凝土的性能，以確保能夠滿足邊坡加固的要求。

混凝土沉井是混凝土抗滑結(jié)構(gòu)技術(shù)中常用的一種，通過利用這種方式不僅保證水利工程邊坡穩(wěn)定性，還能夠發(fā)揮出擋土墻的作用，進(jìn)一步增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。而針對混凝土沉井其具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)與施工作業(yè)，需要充分參考具體的施工作業(yè)環(huán)境以及邊坡情況，進(jìn)而確定合適的厚度和井壁的深度。一般情況下混凝土沉井采用田字形進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅能夠增強(qiáng)其本身的穩(wěn)定性，針對土質(zhì)良好的邊坡，則采用錨桿和掛網(wǎng)的形式進(jìn)行混凝土沉井施工。對于土質(zhì)狀況差的區(qū)域，可增設(shè)鋼支撐，從而保證其穩(wěn)定性，一般是在具體施工中對井壁采用噴射混凝的噴射混凝土的形式施工。

4.3 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)

針對高大型邊坡以及穩(wěn)定性不高的區(qū)域，采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，能夠進(jìn)行有效的邊坡加固。這種加固技術(shù)要比上述兩種方式成本更高，且有著較大的施工難度。但是施工完成后可獲得滿意的邊坡防護(hù)效果。這種技術(shù)主要是用于穩(wěn)定性較差的邊坡，具體施工是將預(yù)應(yīng)力錨桿打入邊坡中在用后張法預(yù)應(yīng)力張拉增加及預(yù)應(yīng)力。完成這一步后壓漿，將其與整個(gè)邊坡形成一個(gè)整體，最后在邊坡表面噴射混凝土，從而達(dá)到穩(wěn)定邊坡效果。

5 水利工程中邊坡勘察技術(shù)應(yīng)用案例

某電力企業(yè)計(jì)劃修建一個(gè)中型電站，于項(xiàng)目前期開展選址工作。在可行性研究階段，收集與分析現(xiàn)有資料，對場址穩(wěn)定性和適應(yīng)性進(jìn)行巖土工程評價(jià)，在初步勘察階段，主要對地段穩(wěn)定性的巖土工程進(jìn)行評價(jià)?？碧焦こ淌遣槊鞯孛娴刭|(zhì)調(diào)查與測繪尚不易查明情況的主要手段，如邊坡地層埋藏情況、風(fēng)化界線、埋藏構(gòu)造、軟弱結(jié)構(gòu)面及潛在滑動面的形態(tài)分布等，是揭露滑坡結(jié)構(gòu)以及地下水發(fā)育情況的有效方法，也是邊坡治理的主要依據(jù)。

某水利工程邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，收集到的相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示在某段還發(fā)生過不同程度塌方，考慮到這一滑坡地質(zhì)條件較為復(fù)雜，需進(jìn)行全面地質(zhì)勘查。然而由于勘察作業(yè)的難度大，主要體現(xiàn)在危險(xiǎn)性高，勘查時(shí)間較長，因此成立地質(zhì)災(zāi)害勘察小組開展野外勘察工作，并整理各類圖件、滑坡參數(shù)、穩(wěn)定性評價(jià)等。

在前期準(zhǔn)備方面，在充分結(jié)合《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864—2016）勘查技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，明確該工程滑坡地質(zhì)勘探線剖面（編號1～6）。一共布置鉆孔11只，孔間距50m，排距50m，針對偏離勘探線鉆孔主要采用垂直投影方式。

具體勘察過程中，施鉆方法以容易發(fā)現(xiàn)滑帶（軟弱層）和含水層、盡可能保持地層原狀結(jié)構(gòu)和提取足夠的原狀巖芯為原則。原則上對滑帶土、軟弱夾層等重要地層采用干鉆或無泵反循環(huán)鉆進(jìn)，確保土樣質(zhì)量。在鉆進(jìn)中記錄孔內(nèi)異常情況，如縮孔、掉快、漏水、套管變形、鉆速快慢等，并標(biāo)明位置，因?yàn)檫@些是可能的滑帶及潛在滑面位置。分層采取土樣、巖樣及水樣，并密封送試驗(yàn)室試驗(yàn)，重點(diǎn)是與滑動帶有關(guān)地層，采取的土樣如圖1所示。

圖1 采取的土樣

因區(qū)內(nèi)巖體斷層、節(jié)理發(fā)育，巖層復(fù)雜，鉆探施工過程中極易發(fā)生掉塊卡鉆等孔內(nèi)事故，經(jīng)多次變徑下套管后，鉆孔開孔孔徑均為130mm，鉆孔終孔孔徑為91mm。巖芯采取率一般不低于80%，設(shè)備統(tǒng)一采用XY-100型工程鉆機(jī)，如圖2所示。與此同時(shí)，開展工程物探、現(xiàn)場與室內(nèi)試驗(yàn)、位移監(jiān)測、孔內(nèi)電視成像等，才能最終得出地質(zhì)勘探的結(jié)果。

圖2 XY-100型工程鉆機(jī)工作現(xiàn)場

通過邊坡勘察，發(fā)現(xiàn)后緣山體存在多風(fēng)化巖層中節(jié)理裂隙面或軟弱夾層面，滑坡穩(wěn)定性差，危險(xiǎn)性較高。

6 結(jié)語

綜上所述，在水利工程施工過程中通過應(yīng)用邊坡勘察技術(shù)能夠有效保證水利工程邊坡穩(wěn)定性。但是需要注意的是，為最大限度的發(fā)揮出邊坡勘察技術(shù)的作用，必須在整個(gè)施工過程中嚴(yán)格按照相關(guān)要求開展施工，保證施工質(zhì)量，從而最大限度的發(fā)揮出邊坡勘察技術(shù)的價(jià)值。