论水利水电工程高边坡的加固与治理
【摘要】边坡稳定问题是水利水电工程中经常遇到的问题。边坡的稳定性直接决定着工程修建的可行性，影响着工程的建设投资和安全运行。高边坡的地质构造往往比较复杂，影响滑坡的因素也很多，广大水电科技人员在与滑坡灾害斗争的过程中，不断总结经验教训，积极开展科技攻关，总结出了一整套水电高边坡工程勘测、设计和施工的新技术。
【关键词】水利水电；高边；加固；治理
边坡稳定问题是水利水电工程中经常遇到的问题。边坡的稳定性直接决定着工程修建的可行性，影响着工程的建设投资和安全运行。我国曾有几十个水利水电工程在施工中发生过边坡失稳问题，如天生桥二级水电站厂区高边坡、黄龙带水库大坝左右岸坝肩、漫湾水电站左岸坝肩高边坡、安康水电站坝区两岸高边坡、龙羊峡水电站下游虎山坡边坡、广西长洲水利枢纽防护工程上游山坡边坡等等。为治理这些边坡不但耗去了大量的资金，还拖延了工期，成为我国水利水电工程施工中一个比较严峻的问题，有的边坡工程甚至已经成为制约工程进度和成败的关键。因此，加快水利水电边坡工程的科研步伐，开发出一套现代化的边坡工程勘测、设计、施工、监测技术，已经成为水利水电科研攻关的重大课题。本文仅就水利水电工程岩质高边坡的加固与整治措施作一简要介绍。
1混凝土抗滑结构的应用
1．1混凝土抗滑桩
我国在50年代曾在少量工程中试用混凝土抗滑桩技术。从60年代开始，该项技术得到了推广，并从理论上得到了完善和提高。到80年代，高边坡中的抗滑桩应用技术已达到了一定的水平。抗滑桩由于能有效而经济地治理滑坡，尤其是滑动面倾角较缓时，其效果更好，因此在边坡治理工程中得到了广泛采用。抗滑桩的建成，对桩后坡体起到了有效的阻滑作用。天生桥二级水电站厂房高边坡采用打抗滑桩、减载、预应力锚杆、锚索、排水、护坡等综合治理措施后，坡体的监测成果表明：下山包滑坡体一直处于稳定状态，而且有一定的安全储备。安康水电站坝址区两岸边坡属于稳定性极差的易滑地层，由于对两岸进行了大规模的开挖施工，所形成的开挖边坡最大高度达200余m，单坡段一般高度在30—40m。大量的开挖造成边坡岩体的应力释放，断面暴露，再加上雨水的侵入，破坏了边坡的稳定，致使边坡开挖过程中发生十几处大小不等的工程滑坡，严重地影响了工程的施工，成为电站建设中的重大技术难题。
采用抗滑桩是稳定安康溢洪道边坡的主要手段，在263m高程平台上共设置了9根直径lm的钢筋混凝土抗滑桩，每根桩都贯穿几个棱体，最深的达35m，桩顶嵌入溢洪道渠底板内。为了不干扰平台外侧基坑的施工，桩身用大孔径钻机钻成，孔壁完整，进度较快，两个月就全部完成。这9根抗滑桩按两种工作状态考虑：在溢洪道未形成时，抗滑桩按弹性基础上的悬臂粱考虑，不考虑桩外侧滑面上部岩体的抗力；在溢洪道建成后抗滑桩桩顶嵌入溢洪道底板，此时按滑坡的下滑力考虑。抗滑桩混凝土标号为R2A250号，钢筋为∮40Ⅱ级钢。抗滑桩于1982年1月施工，3月完成后，基坑继续下挖，边坡上各棱体的基脚相继暴露。同年I1月，在砖与断层构成的棱体下面坡根爆破开挖后，发现在263m高程平台上沿断层及7号抗滑桩外侧近南北向出现小裂缝，且裂缝不断扩大，2l天后7号抗滑桩外侧棱体下滑，依靠7号抗滑桩的支挡，桩内侧山体得以保存。
1．2混凝土沉井
沉井是一种混凝土框架结构，施工中一般可分成数节进行。在滑坡工程中既起抗滑桩的作用，有时也具备挡土墙的作用。天生桥二级水电站首部枢纽左坝肩下游边坡，在二期工程坝基开挖浇筑过程中，曾于1986年6月和1988年2月两次出现沿覆盖层和部分岩基的顺层滑动。滑坡体长80m，宽45m，高差35m，最大深度9m，方量约2万m3。为了避免1988年汛后左导墙和护坦基础开挖过程中滑体再度复活，确保基坑的安全施工，对左岸边坡的整体进行稳定分析后，决定在坡脚实施沉井抗滑为主和坡面保护、排水为辅的综台治理措施。沉井结构设计根据沉井的受力状态、基坑的施工条件和沉井的场地布置等因素决定，沉井结构平面呈“田”字形，井壁和横隔墙的厚度主要由满足下沉重量而定。井壁上部厚80cm，下部厚90cm；横隔墙厚度为50cm，隔墙底高于刃脚踏面1．5m，便于操作人员在井底自由通行。沉井深11m，分成4、3、4m高的3节。沉井施工包括平整场地、沉井制作、沉井下沉、填心4个阶段。下沉采用人工开挖方式，由人力除渣，简易设备运输，下沉过程中需控制防偏问题，做到及时纠正。合理的开挖顺序是：先开挖中间，后开挖四边；先开挖短边，后开挖长边。沉井就位后清洗基面，设置∮25锚杆（锚杆间距为2m，深35m），再浇筑150号混凝土封底，最后用100号毛石混凝土填心。沉井工程建成至今，已经受了多年的运行考验。目前，首部边坡是稳定的，沉井在边坡稳定中的作用是明显的。
1．3混凝土挡墙
混凝土挡墙是治坡工程中最常用的一种方法，它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡，阻止滑坡体变形的延展。天生桥二级水电站厂房高边坡坡顶设置了混凝土挡土墙，以防止古滑坡体的复活，部分坡面采用浆砌块石护面加固，坡脚680m高程设置混凝土防护墙。在黄龙带水库边坡、广西长洲水利枢纽防护工程上游山坡、漫湾水电站边坡工程中也采取了浇混凝土挡墙及浆砌石挡墙、混凝土防掏槽等措施，综合治理边坡工程。
1．4锚固洞
在漫湾水电站边坡工程中，采用各种不同断面的锚固洞64个，形成较大的抗剪力。在左岸边坡滑坡以前，已完成2m×2m断面小锚固洞l8个，每个洞可承受剪力9000kN。此外，还利用地质探洞回填等增加一部分剪力。由于锚固洞具有一定的倾斜度，防止了混凝土与洞壁结合不实的可能性，同时采取洞桩组合结构的受力条件远较传统悬臂结构合理，可望提供较大的抗力。
2锚固技术的应用
采用预应力锚索进行边坡加固，具有不破坏岩体，施工灵活，速度快，干扰小，受力可靠，且为主动受力等优点，加上坡面岩体抗压强度高，因此，在天生桥二级、漫湾、铜街子、三峡、李家峡等工程的边坡治理中都得到大量应用。
在小浪底工程中大规模采用的无粘结锚索具有明显的优点，其大部分钢绞线都得到防腐油剂和护套的双重保护，并且可以重复张拉。由于在施工时内锚头和钢铰线周围的水泥浆材是一次灌入的，浆材凝固后再张拉，因此减少了一道工序，提高了工效，但其价格相对较高。
在高边坡施工过程中为保证开挖与锚固同步施工，必须缩短锚索施工时间，及早对岩体施加预应力，以达到加快工程进度，确保边坡稳定的目的。为此，结合八五科技攻关，在李家峡水电站高边坡开挖过程中，成功将l000kn级预应力锚索快速锚固技术应用于工程中。室内和现场试验表明，采用N-1注浆体和Y-1型混凝土配合比可以满足1000kN级预应力锚索各项设计技术指标，而施加预应力的时间由常规的14—28d缩短到3～5d。该项成果对及时加固高边坡蠕变和松弛的岩体具有重要的现实意义，充分体现了“快速、经济、安全”的原则。
3减载、排水等措施的应用
3．1减载、压坡
在有条件的情况下，减载压坡应是优先考虑的加固措施。如天生桥二级水电站厂房高边坡稳定分析结果表明，滑坡体后缘受倾向SE的陡倾岩层影响，将向S（24°～71°）E方向滑动。该方向与滑坡前缘滑移方向有近20°~60°的夹角，将部分下滑力传至滑坡体前缘及治坡建筑物上，对滑坡整体的稳定不利，因此能有效控制后坡滑移也就能减缓整体滑坡。
在滑坡体后缘覆盖层最厚的部位，在保证施工道路布置的前提下，尽量在后缘减载。第一次减载l4万余m3，至610m高程，第一次减载后，滑动速度明显降低。紧接着再减载l2万余m3。至600m高程。两次减载共26万余m3，滑坡抗滑稳定安全系数提高约l0％。
乌江渡水电站库区左岸岸坡距大坝约400m，有一石灰岩高悬陡坡构成的小黄崖不稳定岩体。滑坡下部软弱的页岩被库水淹没，地表上部见有多条陡倾角孔缝状张开裂隙，最大的水平延伸长度达200m，纵深切割190m。4年多的变形观测结果表明，裂隙顶部最大累计沉陷量达171．1mm，最大累计水平位移量达56．0mm，估计可能滑动的体积约50～100万m3。为保证大坝的安全，对小黄崖不稳定岩体先后进行了两次有控制的洞室大爆破，共爆破石方20．8万m3。从处理后的变形资料可以看出，已达到了削头、压脚、提高岩体稳定性的目的。
3．2排水、截水
地表水渗入滑坡体内，既增加滑坡体的重量，增加滑动力，又降低了滑动面上岩层的内摩擦力，对滑坡体的稳定是不利的。对于滑坡体以外的山坡上的地表水，采取层层修建拦水沟、排水沟的方法排水。在坡体范围内的地表水，对开裂的地方用黄土封堵，低洼积水地方用废碴填平，顺地表水集中的地方设排水沟排走地表水。如天生桥二级水电站厂房边坡工程治理中总共修建拦水淘、排水淘近10km。地下水的排除采取在滑坡体的后缘开挖总长384m的两条排水洞，并相联通，形成一个U形环，在排水洞内再设排水孔，把滑动体内地下水引人排水洞。
漫湾水电站边坡工程深层排水采用在坡面打深l5—20m的排水孔，每6m×6m设一孔，利用施工支洞和专设排水洞排水，并在洞内向上、向坡外方向打辐射形排水孔，深15m。
三蛱船闸高边坡稳定分析结果表明，地下水是影响边坡稳定的主要因素。三维渗流分析成果表明：船闸高边坡形成之后，在坡面喷混凝土防渗条件下遇连续降雨，若无排水设施，边坡山体地下水均在较高位置出逸；当设置排水洞后，地下水位较无排水情况有所降低，但不明显；当在排水洞中设置排水孔幕之后，地下水位有较大幅度降低。南北坡地下水出逸点已接近闸室底板高程，排水效果显著为此，三峡船闸高边坡采用地表截、防、排水与地下排水相结合的综合排水方案，以地下排水为主，地表截、防排水为辅，有机结合，通过截、防、导、排，尽可能降低边坡岩体地下水位，减小渗水压力，改善边坡稳定条件，提高边坡稳定性。
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