水利水電工程高邊坡的加固與治理

林 君

（廣東潤(rùn)威建設(shè)工程有限公司，廣東 廣州 510660）

水利水電工程是助力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)及保障地區(qū)穩(wěn)定發(fā)展的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)工程項(xiàng)目建設(shè)投入日益增多，建設(shè)方對(duì)工程質(zhì)量的要求越來(lái)越高，因此，必須采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)工程質(zhì)量管理，重視對(duì)高邊坡的治理和加固。但是在深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分現(xiàn)場(chǎng)工人在施工前沒有做好地質(zhì)勘查，未能制訂出一套行之有效的加固方案，加之日常巡查工作不力，未能及時(shí)對(duì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排查，從而限制了高邊坡功能的充分發(fā)揮，增加了潛在的維護(hù)費(fèi)用，影響了工程的經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要設(shè)計(jì)方案進(jìn)行高邊坡的加固與治理。

1 水利水電工程實(shí)例介紹

1.1 工程概況

本文所介紹工程項(xiàng)目位于廣東某地區(qū)江河干流位置，根據(jù)建設(shè)方要求，此工程在建成投入使用后將兼具地區(qū)防洪抗災(zāi)、農(nóng)業(yè)灌溉、水利發(fā)電、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等多項(xiàng)功能，工程概況見表1。

表1 工程概況

1.2 工程高邊坡地質(zhì)環(huán)境

該工程項(xiàng)目的場(chǎng)區(qū)鄰近地區(qū)的野馬川斷裂區(qū)域位于工程的上盤區(qū)，全長(zhǎng)27.5 km，總體走向278°，剖面偏西，傾角為48°。兩盤斷裂都是二疊系，斷裂帶長(zhǎng)度在150～200 m范圍內(nèi)，上盤的整體產(chǎn)狀為165°∠8°，下盤的綜合產(chǎn)狀為138°∠15°。斷裂位置標(biāo)號(hào)為K93+190（中段位置），與工程線路垂直交叉，距斜坡228 m左右。受斷裂帶的綜合影響，邊坡區(qū)的巖體斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育顯著，巖層和構(gòu)造面的產(chǎn)狀變化較大。綜合上述情況可以看出，此工程項(xiàng)目所在場(chǎng)地環(huán)境較為復(fù)雜，施工難度較大。

2 水利水電工程高邊坡加固措施分析

2.1 削方減載

針對(duì)上述水利水電工程項(xiàng)目進(jìn)行高邊坡加固，首先需要完成削方減載處理。根據(jù)坡度設(shè)置分層平臺(tái)，對(duì)邊坡面進(jìn)行刷方[1]，同時(shí)在滑坡的后方減輕重量，在前方施加壓力。具體操作主要包括穩(wěn)定坡腳、降低分級(jí)平臺(tái)高度、加寬平臺(tái)、降低坡面坡度等[2]。采用這種方式可以對(duì)高邊坡中相對(duì)較低且較為平緩的邊坡進(jìn)行加固。將這種加固方式作為后續(xù)加固工序的輔助措施可以提升高邊坡加固效果。

2.2 支擋

在完成削方減載后，采用預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡的支擋。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖

在設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)時(shí)需要確定該結(jié)構(gòu)的最佳方向角，可計(jì)算出既能保證錨索長(zhǎng)度較短，又能滿足最大錨固力的方向角，計(jì)算公式為

式中：K為預(yù)應(yīng)力錨索的最佳方向角；a為高邊坡滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角；b為高邊坡滑動(dòng)面的傾斜角度。

對(duì)于采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固的高邊坡，在荷載較低的情況下，其穩(wěn)定主要依靠本身的固結(jié)強(qiáng)度[3]。在這種情況下，錨桿與土體之間的相對(duì)位移為0，錨桿與土體間的摩擦阻力還沒有顯現(xiàn)出來(lái)[4]。當(dāng)荷載逐漸增大時(shí)，錨桿的抗拉變形就會(huì)發(fā)生，從而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定地向預(yù)應(yīng)力錨桿的錨固力方向移動(dòng)。而設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)可以為高邊坡承擔(dān)更大的土體壓力或滑坡推力，保證坡體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3 加固

在實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡的支擋后，引入格構(gòu)加固技術(shù)，采用漿砌塊石、現(xiàn)澆混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土作為邊坡的加固結(jié)構(gòu)。將該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定在巖體中，依靠自身作用力提供抗滑力[5]。這一支擋方式與普通錨桿加固相比能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)格構(gòu)梁與錨索的綜合運(yùn)用，可兼顧高邊坡深層和淺層的加固。格構(gòu)按照材料的不同可分為漿砌塊石結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)[6]，按照形狀可分為方型和菱形兩種形式，見圖2。

圖2 格構(gòu)結(jié)構(gòu)形式示意圖

根據(jù)水利水電工程的實(shí)際情況合理選擇格構(gòu)形式，以確保將格構(gòu)結(jié)構(gòu)的加固作用提升到最高。

3 水利水電工程高邊坡治理措施分析

3.1 水利水電工程防護(hù)治理

按照上述措施實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡的加固后，為實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡的防護(hù)，需要進(jìn)行相應(yīng)治理。在坡面上以漿砌石為骨架，通過種植、播種等方式進(jìn)行綠化。根據(jù)實(shí)際需要，可選擇拱形、菱形、人字形等骨架結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步減輕高邊坡受到的沖刷，要求漿砌石護(hù)坡的坡率在1∶1.0到1∶1.5范圍內(nèi)，每一級(jí)的高度不得超過10 m。此外，可采用現(xiàn)澆鋼筋砼框架，在邊坡上回填客土，采用苗木種植或播種等方法進(jìn)行綠化治理[7]。采用鋼筋砼加固邊坡具有更好的適應(yīng)性和綠化效果。針對(duì)一些較高的風(fēng)化巖石邊坡，可采用噴射混凝土的方式實(shí)現(xiàn)護(hù)坡，但在實(shí)際應(yīng)用中采用這種方式會(huì)阻止風(fēng)化，因此要盡可能少使用，避免對(duì)水利水電工程周圍景觀的影響。

3.2 噴播防護(hù)與厚層基材噴射植被防護(hù)

為取得更理想的治理效果，結(jié)合噴播防護(hù)與厚層基材噴射植被防護(hù)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡的治理。將植物種子、有機(jī)纖維、保水材料、粘合材料、肥料等和水混合后，利用液壓噴播裝置具備的特殊水力將上述混合材料噴灑到指定的地區(qū)[8]?；旌先芤嚎蓪?shí)現(xiàn)對(duì)面狀植被的快速恢復(fù)，以此達(dá)到治理效果。在采用這種噴播防護(hù)方式時(shí)，坡率應(yīng)當(dāng)在1∶1.5到1∶2.0范圍內(nèi)，且坡高不得超過10 m。為實(shí)現(xiàn)對(duì)更高區(qū)域邊坡的治理，引入客土噴播技術(shù)。利用特殊的機(jī)械裝置將植物種子、客土、各種助劑等混合均勻，然后利用壓縮空氣或高壓水作為載體，將混合材料均勻地噴射到巖石中。在具體操作時(shí)，先利用攪拌器將本地適生土壤、有機(jī)質(zhì)、長(zhǎng)效緩釋肥、保水材料、粘結(jié)材料、酸堿調(diào)節(jié)劑等混合，制成生長(zhǎng)基質(zhì)材料，由高壓氣流將培養(yǎng)基質(zhì)材料經(jīng)管道注入噴口，與水泵內(nèi)部的水流會(huì)合，使基質(zhì)材料顆?；儆蓢姌寚娚涞叫逼律?，最終將選擇的種子與少量的基質(zhì)材料按照一定的比例攪拌，并按照相同的工序噴射在坡面上，以此完成噴播。在完成噴播后，進(jìn)行厚層基材噴射植被防護(hù)治理。在應(yīng)用這一治理措施時(shí)，要求液壓噴播的厚度不得超過1 cm，以此根據(jù)上述論述實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡的治理。

4 測(cè)試結(jié)果分析

以上述介紹的工程項(xiàng)目為例進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前，對(duì)該工程進(jìn)行邊坡加固與綜合治理施工。施工前，對(duì)區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行勘查，發(fā)現(xiàn)此高邊坡工程所在地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)成較為復(fù)雜，大部分地質(zhì)結(jié)構(gòu)為巖石結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)化能力相對(duì)較差，因此，在相同的風(fēng)化條件下，此工程結(jié)構(gòu)遭到破壞比較嚴(yán)重，也更容易發(fā)生崩塌事故。

一般認(rèn)為，巖層的產(chǎn)狀、巖層是否存在節(jié)理及裂縫發(fā)育都取決于地質(zhì)結(jié)構(gòu)。若地質(zhì)結(jié)構(gòu)中有斷裂或裂縫，則有可能引起滑坡或影響坡面穩(wěn)定性。該工程正是具有此特點(diǎn)的工程，因此，十分有必要采取措施進(jìn)行工程邊坡的治理。

4.1 滑坡位移監(jiān)測(cè)

在施工后的作業(yè)面上選擇5個(gè)連續(xù)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行滑坡位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)周期為10 d。在監(jiān)測(cè)中應(yīng)明確所有測(cè)點(diǎn)的單日滑坡位移不得超過3 mm，連續(xù)兩天的滑坡位移不得超過2 mm，單點(diǎn)總滑坡位移不得超過20 mm。在明確監(jiān)測(cè)工作的目的與標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)5個(gè)連續(xù)測(cè)點(diǎn)展開監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見第57頁(yè)表2。

表2 高邊坡工程滑坡位移監(jiān)測(cè)結(jié)果 （mm）

4.2 邊坡穩(wěn)定性分析

完成上述研究后，本文對(duì)加固治理后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)算公式為

式中：A為加固治理后的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；k為邊坡滑動(dòng)面的抗滑力；m為邊坡滑動(dòng)面的滑動(dòng)作用力。

設(shè)計(jì)A的取值在-1到+1之間。當(dāng)A的取值為0時(shí)，說(shuō)明此時(shí)邊坡處于臨界滑動(dòng)狀態(tài)，但未發(fā)生滑動(dòng)，需要采取措施進(jìn)行加固，或證明了本文設(shè)計(jì)的加固治理施工方法未能在應(yīng)用中起到穩(wěn)固邊坡的效果；當(dāng)A的取值＞0時(shí)，說(shuō)明邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不存在失穩(wěn)、滑坡等安全隱患，或證明了本文設(shè)計(jì)的加固治理施工方法可以在應(yīng)用中起到穩(wěn)固邊坡的效果；當(dāng)A的取值＜0時(shí)，說(shuō)明邊坡結(jié)構(gòu)已經(jīng)失穩(wěn)或已經(jīng)發(fā)生滑坡。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，本文對(duì)比了加固治理前后邊坡的穩(wěn)定性，結(jié)果見圖3。

圖3 邊坡穩(wěn)定系數(shù)校驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

通過上述研究，本文得到以下幾個(gè)方面的結(jié)論。

1）根據(jù)表2高邊坡工程滑坡位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，測(cè)點(diǎn)①～測(cè)點(diǎn)⑤的滑坡總位移均未達(dá)到20 mm，且在監(jiān)測(cè)過程中各個(gè)測(cè)點(diǎn)滑坡位移未出現(xiàn)連續(xù)兩天超過2 mm或單日超過3 mm的現(xiàn)象，證明本文采用的方法可以起到控制邊坡位移的效果。

2）圖3邊坡穩(wěn)定系數(shù)校驗(yàn)結(jié)果證明該方法的應(yīng)用提高了邊坡的穩(wěn)定性，降低了滑坡事故的發(fā)生幾率。