我國水利水電工程高邊坡的加固與治理

1、我國水利水電工程高邊坡的加固與治理 我國水利水電工程高邊坡的加固與治理 .txt 曾經(jīng)擁有的不要忘記； 不能得到的更要珍惜；屬于自己的不要放棄；已經(jīng)失去的留作回憶。 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

2、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) 700 m的巨型潛在不穩(wěn) 定山體，龍灘水電站左岸存在總方量 1 000萬m3傾倒蠕變體等。這 些工程的規(guī)模和所包含的技術(shù)難度都是空前的。 因此，加快水利水電 邊坡工程的科研步伐，開發(fā)出一套現(xiàn)代化的邊坡工程勘測、設(shè)計(jì)、施 工、監(jiān)測技術(shù)，已經(jīng)成為水利水電科研攻關(guān)的重大課題。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

3、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。 本文僅就水利水電工程巖質(zhì)高邊坡的加 固與整治措施作一簡要介紹。1、混凝土抗滑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1.1 混凝土抗滑樁我國在 50年代曾在少量工程中試用混凝土抗滑樁技術(shù)。 從 60 年 代開始，該項(xiàng)技術(shù)得到了推廣，并從理論上得到了完善和提高。到 80 年代，高邊坡中的抗滑樁應(yīng)用技術(shù)已達(dá)到了一定的水平?？够瑯队捎谀苡行Ф?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：天生 橋二

4、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m2厚度約2540 m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)9 mm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584 m高程上設(shè)置1排, 在597 m高程平臺(tái)上設(shè)置1排，樁中心距6 m,樁深為2539 m,其 中心深入基巖的錨固深度為總深度的1/4,斷面尺寸為3 mx4 m,設(shè)置15 kg /m輕

5、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 12 840 kN, 17 根全部建成后,可以承受滑坡體總滑 動(dòng)推力 218 280 kN 。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。抗滑樁開挖深度達(dá)34 m后，在井壁噴3040 cm厚的混凝土 對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1015 cm。對局部塌方部位增設(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。混凝土澆筑采用水下混凝土的配合比， 由拌和樓拌和， 混凝土罐 車運(yùn)輸直

6、接入倉，每小時(shí)澆筑厚度控制在 1.5 m內(nèi)，特別是在滑動(dòng)面 上下 4 m 部位，還需下井進(jìn)行機(jī)械振搗。在澆到離井口 5 7 m 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1014 m,管徑25 cm?？够瑯兜慕ǔ? 對樁后坡體起到了有效的阻滑作用。天生橋二級(jí)水電站廠房高邊坡采用打抗滑樁、 減載、預(yù)應(yīng)力錨桿、 錨索、排水、護(hù)坡等綜合治理措施后,坡體的監(jiān)測成果表明：下山包 滑坡體一直處于穩(wěn)定狀態(tài), 而且有一定的安全儲(chǔ)備。安康水電站壩址區(qū)兩岸邊坡屬于穩(wěn)定性極差的易滑地層, 由于對 兩岸進(jìn)行了大規(guī)模的開挖施工, 所形成的開挖邊坡最大高度達(dá) 200 余 m單坡段一般高度在3040 m。大量的開挖

7、造成邊坡巖體的應(yīng)力釋 放，斷面暴露，再加上雨水的侵入，破壞了邊坡的穩(wěn)定，致使邊坡開 挖過程中發(fā)生十幾處大小不等的工程滑坡，嚴(yán)重地影響了工程的施 工，成為電站建設(shè)中的重大技術(shù)難題。采用抗滑樁是穩(wěn)定安康溢洪道邊坡的主要手段，在263 m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)35 m,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 體的抗力； 在溢洪道建成后抗滑樁樁頂嵌

8、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R28250號(hào)，鋼筋為© 40 H級(jí)鋼?？够瑯队?1982 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263 m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。1.2 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)也具備擋土墻

9、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 80 m,寬45 m,高差35 m,最大深 度9 m,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 80

10、cm,下部厚90 cm;橫 隔墻厚度為50 cm,隔墻底高于刃腳踏面1.5 m，便于操作人員在井 底自由通行。沉井深11 m，分成4、3、4 m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 © 25錨桿（錨桿間距為2 m,深3.5 m），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

11、穩(wěn)定中的作用是明顯的。1.3 混凝土框架和噴混凝土護(hù)坡混凝土框架對滑坡體表層坡體起保護(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。 框架護(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蚣? 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 50 cm、節(jié)點(diǎn)中心2 m 的方形框架，節(jié)點(diǎn)處設(shè)置兩種類型錨桿：在 550560 m

12、高程間坡面， 滑面以上節(jié)點(diǎn)垂直于坡面設(shè)置 © 36及© 32、長12 m砂漿錨桿，在 565580 m高程間坡面則設(shè)垂直于坡面的 © 28、長6 m的砂漿錨桿， 相應(yīng)地框架配筋為8© 20和4© 20。框架要求在坡面挖30 cm深，50 cm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。1.4 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，

13、由于連降大雨（其降雨量達(dá)91.2 mm）, 550 m高程夾泥層上面的巖體 滑動(dòng)10余cm 584 m高程平臺(tái)上出現(xiàn)3條裂縫，其中最長一條55 m 長，2.2 cm寬，下錯(cuò)2 cm。為此采取了在550 m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 680 m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。1.5 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

14、滑坡以前，已完成 2 mx2 m斷面小 錨固洞18個(gè)，每個(gè)洞可承受剪力9 000 kN。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。2、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 1 000 kN 級(jí)錨索 1 371 根、1 600 kN

15、級(jí)錨索 20根、3 000 kN 級(jí)錨索 859根、6 000 kN 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1 000 kN級(jí)為56 m, 3 000 kN級(jí)為810 m,6 000 kN級(jí)為1013 m;外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 2.0 MPa 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3 000 kN錨索19根鋼絞線， 每組拉 3根， 7次張拉完; 6 000 kN 錨索 37根， 10次

16、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3 000 kN錨索），也可繼續(xù)用分組單根張拉方法（如6 000 kN 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，

17、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1 000 kN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 1 000 kN 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1428 d縮短到35 d。該項(xiàng)成果對及時(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 3 000 kN 級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索等 綜合

18、治理措施，其中，3 000 kN對穿錨束1924束，在國內(nèi)尚屬首例。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力對穿錨束1 229束，孔深22.156.4 m 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1020 m孔距35 m第一排距墻頂810 m 第二排距底板高20 m左右，均于兩側(cè)山體排水洞對穿。中隔墩閘首 布置3排，排距10 m孔距3.56.4 m第一排距墻頂10 m此外, 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)3 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力對穿錨束695束，孔深1666 m,主要 布置在中隔墩閘室和豎井部位。 對穿錨束分為無粘結(jié)和有粘結(jié)兩種型 式,其結(jié)構(gòu)主要由錨束束體和內(nèi)外錨頭組成。 由于錨

19、索采取對拉錨索的形式，將內(nèi)錨頭放在山體內(nèi)的排水廊道中，因此，內(nèi)錨頭不再是灌 漿錨固端，而是置于廊道內(nèi)的墩頭錨或雙向施加張拉的預(yù)應(yīng)力錨。這類加固方式將排水和錨固結(jié)合起來，減少了約占錨索長度1/31/4的內(nèi)錨固段，是一種理想的加固形式。預(yù)應(yīng)力錨桿也是常見的一種加固形式，如天生橋二級(jí)水電站廠房 高邊坡工程中實(shí)施了減載、排水、抗滑樁等技術(shù)后，滑坡位移速度雖 有明顯減小，可未能完全停止。為了確保雨季在滑坡體前方的施工安 全，穩(wěn)定抗滑樁到滑坡體前緣的約 2040 m長，10余萬m3的滑坡 體，決定在565 m高程馬道上設(shè)置300 kN預(yù)應(yīng)力錨桿。錨桿分兩排， 孔距2 m孔徑90 mm孔與水平成60

20、6;夾角，用 36的鋼筋，共實(shí) 施了 152根預(yù)應(yīng)力錨桿，保證了工程的安全。3、減載、排水等措施的應(yīng)用3.1 減載、壓坡在有條件的情況下，減載壓坡應(yīng)是優(yōu)先考慮的加固措施。 如天生 橋二級(jí)水電站廠房高邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果表明，滑坡體后緣受傾向SE的陡傾巖層影響，將向S(24 ° 71° )E方向滑動(dòng)。該方向與滑坡前 緣滑移方向有近20。60。的夾角，將部分下滑力傳至滑坡體前緣 及治坡建筑物上，對滑坡整體的穩(wěn)定不利，因此能有效控制后坡滑移 也就能減緩整體滑坡。在滑坡體后緣覆蓋層最厚的部位，在保證施工道路布置的前提 下，盡量在后緣減載。第一次減載 14萬余m3,至610 m高程，第一 次減載后，滑動(dòng)速度明顯降低。緊接著再減載12萬余m3至600 m高程。兩次減載共26萬余m3滑坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)提高約10%烏江渡水電站庫區(qū)左岸岸坡距大壩約 400 m,有一石灰?guī)r高懸陡 坡構(gòu)成的小黃崖不穩(wěn)定巖體。 滑坡下部軟弱的頁巖被庫水淹沒， 地表 上部見有多條陡傾角孔縫狀張開裂隙, 最大的水平延伸長度達(dá) 200 m, 縱深切割190 m。4年多的變形觀測結(jié)果表明，裂隙頂部最大累計(jì)沉 陷量達(dá)171.1 mm最大累計(jì)水平位移量達(dá)56.0 mm估計(jì)可能滑動(dòng)的 體積約50100萬m3為保證大壩的安全，對小黃崖不穩(wěn)定巖體先 后進(jìn)行了兩次有控制的洞室大爆破，共爆破石方20.8萬m