復(fù)雜地質(zhì)邊坡塌方加固技術(shù)應(yīng)用

吳江華

中國水利水電第十六工程局有限公司，中國·福建 福州350000

復(fù)雜地質(zhì)塌方邊坡加固技術(shù)應(yīng)用，邊坡開挖過程中塌方后，根據(jù)揭露的地質(zhì)情況，在完成塌方后邊坡穩(wěn)定的計(jì)算之后，塌方邊坡加固從安全、工程量、工程投資及現(xiàn)場施工難度等選用經(jīng)濟(jì)合理的邊坡治理技術(shù)。

邊坡；塌方；加固技術(shù)

1 工程概況

某水庫最大供水流量為0.338m3/s。水庫正常蓄水位為648.00m，總庫容為436 萬m3，有效庫容為377 萬m3。水庫為?。↖）型水庫，工程等別為IV 等工程，主要建筑物級別為4 級，次要建筑物級別為5 級。本工程主要建筑物為大壩擋水及泄水建筑物等，按4 級建筑物設(shè)計(jì)；次要建筑物為消能防沖建筑物等，按5 級建筑物設(shè)計(jì)[1,2]。

2 邊坡塌方原因分析

右岸壩基上游側(cè)崩塌的主要原因如下：①右岸壩基上游側(cè)邊坡為近順向坡，發(fā)育兩條陡傾角結(jié)構(gòu)面及兩條順層緩傾角結(jié)構(gòu)面，兩組結(jié)構(gòu)面的不利組合，是邊坡失穩(wěn)的主要影響因素。②右岸壩基上游側(cè)邊坡605.00～654.00m 高程由于發(fā)育了兩條陡傾角結(jié)構(gòu)面，且兩條結(jié)構(gòu)面擠壓強(qiáng)烈，風(fēng)化較深，結(jié)構(gòu)面附近的巖體由于受擠壓影響，巖體較破碎，強(qiáng)風(fēng)化下限相對偏低，是邊坡失穩(wěn)的次要影響因素。③雨季地表水下滲大大降低了邊坡巖體及結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)參數(shù)，且使得結(jié)構(gòu)面內(nèi)的孔隙水壓力升高，是邊坡失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素。

3 邊坡塌方后穩(wěn)定計(jì)算

3.1 計(jì)算原理

根據(jù)現(xiàn)場后邊坡實(shí)際情況及推斷的可能滑動(dòng)面（或推測蠕動(dòng)面），建立計(jì)算模型，采用理正巖土巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析軟件中的簡單平面滑動(dòng)穩(wěn)定分析模塊進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法采用SL386—2017《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的不平衡推力傳遞法[3]。

3.2 計(jì)算斷面、計(jì)算參數(shù)與計(jì)算工況

根據(jù)大壩上游側(cè)右岸壩肩后邊坡現(xiàn)狀、地層分布及現(xiàn)場的基本情況，本階段選取剖面分析后邊坡巖體在層面與破碎帶組合及強(qiáng)風(fēng)化層間組合下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，其計(jì)算分析模型見圖1。根據(jù)最新地質(zhì)資料，本次著重分析右岸壩肩上游側(cè)邊坡在表1 所列工況下的整體穩(wěn)定情況。

表1 右岸壩肩上游側(cè)邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算工況

圖1 邊坡剖面整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析模型

3.3 計(jì)算結(jié)果及分析

由最新地質(zhì)成果可知，大壩上游右岸后邊坡受斷層破碎帶J2、f3、f4 與軟弱夾層層面NJ5、NJ6 的組合影響其邊坡穩(wěn)定，本次邊坡計(jì)算根據(jù)理正巖土巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析軟件中的簡單平面滑動(dòng)穩(wěn)定分析方法，計(jì)算大壩上游右岸加固后邊坡在不同工況下各種滑裂面組合的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果詳見表2。

表2 右岸壩基上游側(cè)邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

根據(jù)表2 計(jì)算結(jié)果可知，大壩右岸上游側(cè)邊坡在NJ5、NJ6 夾層層面與f3、f4、J2 破碎帶組成的各種劃裂面，除NJ5-J2 劃裂面組合在正常蓄水位、庫水位降落期、庫水位降落期+暴雨、施工期及施工期+暴雨等工況下計(jì)算值大于規(guī)范規(guī)定的允許值外，其他劃裂面組合在各種工況下邊坡的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值均小于規(guī)范規(guī)定的允許值，從計(jì)算結(jié)果可以看出，邊坡存在整體不穩(wěn)定。

4 邊坡塌方加固技術(shù)方案及方案比選

4.1 邊坡塌方加固技術(shù)方案

根據(jù)測量的實(shí)測邊坡進(jìn)行抗滑整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算，其結(jié)果顯示已開挖的邊坡其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，需對右岸壩基上游側(cè)邊坡（即高程為654.00 ～581.00m 間、順河向樁號為0-080～0-000m（壩軸線）、垂直河流向樁號為壩0+110m～壩0+200m 范圍內(nèi)的邊坡）進(jìn)行加固。本次邊坡塌方加固擬定如下兩個(gè)方案：

方案一：對現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行削坡處理，從坡腳至f4 斷層處坡比為1:1.5，且每隔15m 設(shè)有2m 寬馬道，在高程588.00m 處設(shè)有兩級擋墻，每級擋墻高5m。另外，針對削坡形成的坡面及現(xiàn)狀坡面采取如下加固措施：①對坡比為1:1.5 坡面采用長度為3m 的Φ25 砂漿錨桿（間距1.5m×1.5m）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）封閉；②對削坡形成的f4 坡面（近似垂直面）采用入巖長度為12m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時(shí)注意設(shè)置止?jié){塞）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進(jìn)行錨噴封閉防護(hù)；③634.00m～654.00m 高程邊坡之間采用入巖長度為12m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時(shí)注意設(shè)置止?jié){塞，錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值經(jīng)計(jì)算后取為360kN）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進(jìn)行錨噴封閉防護(hù)；④在錨噴支護(hù)基礎(chǔ)上再對NJ6 夾層層面以上625.00m～640.00m 高程之間邊坡布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索豎向間距為5m（共4 排），水平間距為5m，錨索長35m，其中錨固段長6m，自由段長29m；錨墩尺寸為1.5×1.5×0.6m，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

方案一關(guān)鍵點(diǎn)在于現(xiàn)狀邊坡按1:1.5 坡比削坡后形成的NJ6-f4 劃裂面穩(wěn)定性。其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果詳見表3。根據(jù)表3 計(jì)算結(jié)果可知，按1:1.5 坡比削坡后形成NJ6-f4 組合劃裂面在各工況下計(jì)算值均大于規(guī)范規(guī)定的允許值，說明削坡后形成的劃裂面是穩(wěn)定的，說明方案一加固技術(shù)是合理的。

表3 NJ6-f4 組合劃裂面整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

方案二：對NJ6 以下現(xiàn)狀邊坡表面作清坡處理；對NJ6 以上與f4 破碎帶間現(xiàn)狀邊坡削坡至623m 高程，可降低滑動(dòng)體潛在的安全隱患[4-9]。針對現(xiàn)狀坡面及削坡形成的坡面采取如下加固措施：①對NJ6 以下現(xiàn)狀邊坡采用長度為3m 的砂漿錨桿（間距1.5m×1.5m）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）封閉。②634.00～654.00m 高程邊坡之間采用入巖長度為12 m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時(shí)注意設(shè)置止?jié){塞，錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值經(jīng)計(jì)算后取為360kN）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進(jìn)行錨噴封閉防護(hù)。③在錨噴支護(hù)基礎(chǔ)上再對NJ6 夾層層面以上625.00～640.00m 高程之間邊坡布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索豎向間距為5m（共4 排），水平間距為5m，錨索長35m，其中錨固段長6m，自由段長29m；錨墩尺寸為1.5×1.5×0.6m，混凝土強(qiáng)度等級為C30。

方案二關(guān)鍵點(diǎn)在于NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面（削坡至623m 高程）的穩(wěn)定性。其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果詳見表4。

表4 NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 劃裂面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算成果表

根據(jù)表4 計(jì)算結(jié)果可知，NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面在各工況下計(jì)算值均大于規(guī)范規(guī)定的允許值，說明NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面（削坡至623m 高程）是穩(wěn)定的，說明方案二加固技術(shù)是合理的。

4.2 方案比選

為選出最優(yōu)加固技術(shù)方案，下面主要從工程量、工程投資及現(xiàn)場施工難度三個(gè)角度對兩種加固方案進(jìn)行對比，兩方案工程量及投資比較見表5。

表5 邊坡加固方案工程量及投資比較表

從工程量及投資比較上分析，方案一和方案二工程量相差較大，且方案二比方案一投資節(jié)省47.47 萬元。從現(xiàn)場施工難度來講，方案一需對現(xiàn)狀邊坡按1:1.5 坡比削坡，且開挖工程量較大，而方案二僅對現(xiàn)狀邊坡作簡單清坡即可，可減少不必要開挖工作。另外，兩種加固方案的錨噴支護(hù)工作難度相當(dāng)，且錨索施工孔徑所需造孔設(shè)備相當(dāng)，施工難度相同。綜合分析，本次邊坡加固技術(shù)方案采用方案二。

5 結(jié)語

因地質(zhì)原因?qū)е逻吰滤?，需根?jù)工程的實(shí)際情況，并綜合分析處理后的穩(wěn)定性、施工方案可行性、施工安全、工程費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)效益等因素，采用科學(xué)、合理、切實(shí)可行的處理方案。在邊坡塌方加固時(shí)，做到合理投入資源、精心組織施工、科學(xué)管理、嚴(yán)格監(jiān)控，做到零風(fēng)險(xiǎn)邊坡塌方加固處理。