水利工程高邊坡的加固與治理

1、淺談水利工程施工高邊坡的加固與治理 邊坡穩(wěn)定問題是水利水電工程中經(jīng)常遇到的問題。邊坡的穩(wěn)定性直接決定著工程修建的可 行性，影響著工程的建設(shè)投資和安全運(yùn)行。我國曾有幾十個(gè)水利水電工程在施工中發(fā)生過邊坡失穩(wěn)問題，如天生橋二級(jí)水電站廠區(qū)高 邊坡、漫灣水電站左岸壩肩高邊坡、安康水電站壩區(qū)兩岸高邊坡、龍羊峽水電站下游虎山 坡邊坡等等。為治理這些邊坡不但耗去了大量的資金，還拖延了工期，成為我國水利水電 工程施工中一個(gè)比較嚴(yán)峻的問題，有的邊坡工程甚至已經(jīng)成為制約工程進(jìn)度和成敗的關(guān)鍵。 我國正在建設(shè)和即將建設(shè)的一批大型骨干水電站，如三峽、龍灘、李家峽、小灣、拉西瓦、 錦屏等工程都存在著嚴(yán)重的高邊坡穩(wěn)定問題。其

2、中三峽工程庫區(qū)中存在 10 幾處近億立方米 的滑坡體，拉西瓦水電站下游左岸存在著高達(dá) 700m 的巨型潛在不穩(wěn)定山體，龍灘水電站 左岸存在總方量 1000萬 m3 傾倒蠕變體等。高邊坡的地質(zhì)構(gòu)造往往比較復(fù)雜，影響滑坡的因素也很多，因此，我國廣大水電科技人員 在與滑坡災(zāi)害作斗爭的過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極開展科技攻關(guān)，總結(jié)出了一整套 水電高邊坡工程勘測、設(shè)計(jì)和施工新技術(shù)，成功地治理了天生橋二級(jí)、漫灣、李家峽、三 峽、小浪底等工程的高邊坡問題。一、混凝土抗滑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 混凝土抗滑樁 抗滑樁由于能有效而經(jīng)濟(jì)地治理滑坡，尤其是滑動(dòng)面傾角較緩時(shí)，其效果更好，因此在邊 坡治理工程中得到了廣泛采用。如：

3、天生橋二級(jí)水電站于 1986 年 10 月確定廠房下山包壩 址后， 11 月開始在廠房西坡進(jìn)行大規(guī)模的開挖，加上開挖爆破和施工生活用水的影響，誘 發(fā)了面積約4萬怦、厚度約2540m、總滑動(dòng)量約140萬m3的大型滑坡體。初期滑動(dòng)速 度平均每日2mm,到次年2月底每日位移達(dá) 9mm.如繼續(xù)開挖而不采取任何工程處理措施， 預(yù)計(jì)雨季到來時(shí)將會(huì)發(fā)生大規(guī)模的滑坡，為此，采取了抗滑樁等一整套治理措施?？够瑯斗殖蓛膳挪贾迷趶S房滑坡體上,在 584m 高程上設(shè)置 1 排,在 597m 高程平臺(tái) 上設(shè)置1 排,樁中心距6m,樁深為2539m，其中心深入基巖的錨固深度為總深度的 1/4，斷面尺寸為3m x； 4m，

4、設(shè)置15kg/ m輕型鋼軌作為受力筋，回填 200號(hào)混凝土， 每根抗滑樁的抗剪強(qiáng)度為 12840kn, 17 根全部建成后,可以承受滑坡體總滑動(dòng)推力 218280kn.第一批抗滑樁從1987年3月上旬開工，5月下旬開始澆筑，6月1日結(jié)束。第二 批抗滑樁施工是在 19871988年枯水期內(nèi)完成的?？够瑯堕_挖深度達(dá) 34m后，在井壁噴3040cm厚的混凝土。對(duì)巖體較好的井壁采 用打錨桿、噴錨掛網(wǎng)的方法進(jìn)行支護(hù)，噴混凝土厚度1015cm。對(duì)局部塌方部位增設(shè)鋼支撐?？够瑯堕_挖到設(shè)計(jì)要求深度后,進(jìn)行鋼筋綁扎和鋼軌吊裝?；炷翝仓捎盟禄炷恋呐浜媳?由拌和樓拌和,混凝土罐車運(yùn)輸直接入倉,每 小時(shí)澆筑厚

5、度控制在 1.5m 內(nèi),特別是在滑動(dòng)面上下 4m 部位,還需下井進(jìn)行機(jī)械振搗。在 澆到離井口 57m時(shí)，要求分層振搗。每個(gè)井口設(shè)兩個(gè)溜斗，溜管長度為1014m，管徑25cm?？够瑯兜慕ǔ桑瑢?duì)樁后坡體起到了有效的阻滑作用。 采用抗滑樁是穩(wěn)定安康溢洪道邊坡的主要手段,在 263m 高程平臺(tái)上共設(shè)置了 9根直徑 1m 的鋼筋混凝土抗滑樁，每根樁都貫穿幾個(gè)棱體，最深的達(dá)35m，樁頂嵌入溢洪道渠底板內(nèi)。為了不干擾平臺(tái)外側(cè)基坑的施工,樁身用大孔徑鉆機(jī)鉆成,孔壁完整,進(jìn)度較快,兩個(gè)月 就全部完成。這 9根抗滑樁按兩種工作狀態(tài)考慮：在溢洪道未形成時(shí),抗滑樁按彈性基礎(chǔ) 上的懸臂梁考慮,不考慮樁外側(cè)滑面上部巖體的

6、抗力；在溢洪道建成后抗滑樁樁頂嵌入溢 洪道底板,此時(shí)按滑坡的下滑力考慮?？够瑯痘炷翗?biāo)號(hào)為28250號(hào)，鋼筋為0 40丘級(jí)鋼?？够瑯队?982年1月施工，3 月完成后，基坑繼續(xù)下挖，邊坡上各棱體的基腳相繼暴露。同年11 月，在 fb75 與 f22 斷層構(gòu)成的棱體下面坡根爆破開挖后，發(fā)現(xiàn)在 263m 高程平臺(tái)上沿 fb75、f22 斷層及 7 號(hào)抗滑 樁外側(cè)近南北向出現(xiàn)小裂縫，且裂縫不斷擴(kuò)大，21天后7號(hào)抗滑樁外側(cè)的fb75f22棱體下滑，依靠 7 號(hào)抗滑樁的支擋，樁內(nèi)側(cè)山體得以保存。 混凝土沉井 沉井是一種混凝土框架結(jié)構(gòu)，施工中一般可分成數(shù)節(jié)進(jìn)行。在滑坡工程中既起抗滑樁的作 用，有時(shí)也具備擋

7、土墻的作用。天生橋二級(jí)水電站首部樞紐左壩肩下游邊坡，在二期工程壩基開挖澆筑過程中，曾于1986年6月和1988年2月兩次出現(xiàn)沿覆蓋層和部分巖基的順層滑動(dòng)?；麦w長80m，寬45m，咼差35m，最大深度9m，方量約2萬m3。為了避免1988年汛后左導(dǎo)墻和護(hù)坦基礎(chǔ) 開挖過程中滑體再度復(fù)活，確?；拥陌踩┕?，對(duì)左岸邊坡的整體進(jìn)行穩(wěn)定分析后，決 定在坡腳實(shí)施沉井抗滑為主和坡面保護(hù)、排水為輔的綜合治理措施。沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)沉井的受力狀態(tài)、基坑的施工條件和沉井的場地布置等因素決定，沉井 結(jié)構(gòu)平面呈“田”字形，井壁和橫隔墻的厚度主要由滿足下沉重量而定。井壁上部厚80cm，下部厚90cm；橫隔墻厚度為50c

8、m，隔墻底高于刃腳踏面 1.5m，便于操作人員在井 底自由通行。沉井深11m，分成4、3、4m高的3節(jié)。沉井施工包括平整場地、沉井制作、沉井下沉、填心 4 個(gè)階段。 下沉采用人工開挖方式，由人力除渣，簡易設(shè)備運(yùn)輸，下沉過程中需控制防偏問題， 做到及時(shí)糾正。合理的開挖順序是：先開挖中間，后開挖四邊；先開挖短邊，后開挖長邊。沉井就位后清洗基面，設(shè)置0 25錨桿（錨桿間距為2m，深3.5m）,再澆筑150號(hào)混凝土封底，最后用 1 00號(hào)毛石混凝土填心。沉井工程建成至今，已經(jīng)受了多年的運(yùn)行考驗(yàn)。目前，首部邊坡是穩(wěn)定的，沉井在邊 坡穩(wěn)定中的作用是明顯的。 混凝土框架和噴混凝土護(hù)坡混凝土框架對(duì)滑坡體表層坡

9、體起保護(hù)作用并增強(qiáng)坡體的整體性，防止地表水滲入和坡 體的風(fēng)化?？蚣茏o(hù)坡具有結(jié)構(gòu)物輕，材料用量省，施工方便，適用面廣，便于排水，以及 可與其他措施結(jié)合使用的特點(diǎn)。天生橋二級(jí)水電站下山包滑坡治理采用混凝土護(hù)面框架，框架分兩種型式?；娓浇?框架，其節(jié)點(diǎn)設(shè)長錨桿穿過滑面，為一設(shè)置在彈性基礎(chǔ)上節(jié)點(diǎn)受集中力的框架系統(tǒng)；距滑 面較遠(yuǎn)的坡面框架，節(jié)點(diǎn)設(shè)短錨桿，與強(qiáng)風(fēng)化坡面在一定范圍內(nèi)形成整體。下山包滑坡北段強(qiáng)風(fēng)化坡面框架采用50X； 50cm、節(jié)點(diǎn)中心2m的方形框架，節(jié)點(diǎn)處設(shè)置兩種類型錨桿：在 550560m 高程間坡面，滑面以上節(jié)點(diǎn)垂直于坡面設(shè)置0 36及0 32、長12m砂漿錨桿，在565580m高程間

10、坡面則設(shè)垂直于坡面的0 28、長6m的砂漿錨桿，相應(yīng)地框架配筋為 80 20 和 40 20?？蚣芤笤谄旅嫱?30cm 深， 50cm 寬的槽， 部分嵌入坡面內(nèi)，表層填土并摻入耕植上，形成草本植被的永久護(hù)坡。在巖性較好的部位可采用錨桿和噴混凝土保護(hù)坡面。 混凝土擋墻混凝土擋墻是治坡工程中最常用的一種方法，它能有效地從局部改變滑坡體的受力平 衡，阻止滑坡體變形的延展。在 1986 年 6 月，天生橋二級(jí)水電站工程下山包廠址未定之前，由于連降大雨（其降雨 量達(dá)91.2mm）, 550m高程夾泥層上面的巖體滑動(dòng) 10余cm, 584m高程平臺(tái)上出現(xiàn)3條裂 縫，其中最長一條55m長，2.2cm寬，下

11、錯(cuò)2cm。為此采取了在550m高程澆筑50余m 長的混凝土擋墻和打錨桿等措施。天生橋二級(jí)水電站廠房高邊坡坡頂設(shè)置了混凝土擋土墻，以防止古滑坡體的復(fù)活，部 分坡面采用漿砌塊石護(hù)面加固，坡腳 680m 高程設(shè)置混凝土防護(hù)墻。在漫灣水電站邊坡工程中也采取了澆混凝土擋墻及漿砌石擋墻、混凝土防掏槽等措施， 綜合治理邊坡工程。 錨固洞在漫灣水電站邊坡工程中，采用各種不同斷面的錨固洞 64 個(gè)，形成較大的抗剪力。在 左岸邊坡滑坡以前，已完成2m x； 2m斷面小錨固洞18個(gè)，每個(gè)洞可承受剪力 9000kn.此外，還利用地質(zhì)探洞回填等增加一部分剪力。由于錨固洞具有一定的傾斜度，防止了混凝 土與洞壁結(jié)合不實(shí)的可

12、能性，同時(shí)采取洞樁組合結(jié)構(gòu)的受力條件遠(yuǎn)較傳統(tǒng)懸臂結(jié)構(gòu)合理， 可望提供較大的抗力。 二、錨固技術(shù)的應(yīng)用采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固，具有不破壞巖體，施工靈活，速度快，干擾小，受力 可靠，且為主動(dòng)受力等優(yōu)點(diǎn)，加上坡面巖體抗壓強(qiáng)度高，因此，在天生橋二級(jí)、漫灣、銅 街子、三峽、李家峽等工程的邊坡治理中都得到大量應(yīng)用。在漫灣水電站邊坡工程中，采用了1000kn級(jí)錨索1371根、1600kn級(jí)錨索20根、3000kn 級(jí)錨索 859 根、 6000kn 級(jí)錨索 21 根，均為膠結(jié)式內(nèi)錨頭的預(yù)應(yīng)力錨索，采取后張 法施工。預(yù)應(yīng)力錨索由錨索體、內(nèi)錨頭、外錨頭三部分組成。內(nèi)錨頭用純水泥漿或砂漿作 膠結(jié)材料，其長度I

13、000kn級(jí)為56m, 3000kn級(jí)為810m, 6000kn級(jí)為1013m；夕卜 錨頭為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與基巖接觸面的壓應(yīng)力控制在 2.0mpa 以內(nèi)。為提高錨索受力的均勻性,漫灣工程施工單位設(shè)計(jì)了一種小型千斤頂,采用“分組單 根張拉”的方法,如 3000kn 錨索 19 根鋼絞線,每組拉 3 根, 7 次張拉完； 6000kn 錨索 37 根, 10次張拉完,既簡化操作程序,又提高錨索受力均勻性。錨索在補(bǔ)償張拉時(shí)可以用大 千斤頂整體張拉（如 3000kn 錨索）,也可繼續(xù)用分組單根張拉方法（如 6000kn 錨索）,都 不會(huì)影響錨索受力的均勻性。在小浪底工程中大規(guī)模采用的無粘結(jié)錨索具有明

14、顯的優(yōu)點(diǎn),其大部分鋼絞線都得到防 腐油劑和護(hù)套的雙重保護(hù),并且可以重復(fù)張拉。由于在施工時(shí)內(nèi)錨頭和鋼鉸線周圍的水泥 漿材是一次灌入的,漿材凝固后再張拉,因此減少了一道工序,提高了工效,但其價(jià)格相 對(duì)較高。在高邊坡施工過程中為保證開挖與錨固同步施工,必須縮短錨索施工時(shí)間,及早對(duì)巖 體施加預(yù)應(yīng)力,以達(dá)到加快工程進(jìn)度,確保邊坡穩(wěn)定的目的。為此,結(jié)合八五科技攻關(guān), 在李家峽水電站高邊坡開挖過程中,成功將 1000kn 級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索快速錨固技術(shù)應(yīng)用于工程 中。室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)表明，采用n-1注漿體和y-1型混凝土配合比可以滿足1000kn級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索各項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，而施加預(yù)應(yīng)力的時(shí)間由常規(guī)的1428d縮短

15、到35d.該項(xiàng)成果對(duì)及時(shí)加固高邊坡蠕變和松弛的巖體具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,充分體現(xiàn)了“快速、經(jīng)濟(jì)、安 全”的原則。三峽永久船閘主體段高邊坡工程規(guī)模之大、技術(shù)難度之高均為國內(nèi)外邊坡工程所罕見, 其加固過程中,采取了噴混凝土、掛網(wǎng)錨桿、系統(tǒng)錨桿、打排水孔、設(shè)置排水洞、采用 3000kn 級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索等綜合治理措施,其中, 3000kn 對(duì)穿錨束 1924束,在國內(nèi)尚屬首例。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3000kn級(jí)預(yù)應(yīng)力對(duì)穿錨束1229束，孔深22.156.4m，主要分布在南北坡直立 墻和中隔墩閘首及上下相鄰段。南北坡直立墻布置兩排，水平排距1020m，孔距35m,第一排距墻頂810m，第二排距底板高 20m左右，均于兩側(cè)山體排水洞對(duì)穿。 中隔墩閘首布置3排，排