某變電站邊坡加固方案及穩定性分析

任 思 良

(1．中國礦業大學管理學院，江蘇徐州 221008;2．太原東山煤礦有限責任公司，山西太原 030043)

0 引言

某110 kV變電站位于一矸石山的頂部，該變電站處于黃土梁上，其南側原始地貌為黃土沖溝，在建礦初期作為矸石堆場使用，目前該地段沖溝已被矸石全部堆填。按國家對礦山環境恢復治理的要求，霍州煤電集團對矸石山進行過綜合治理，采用的治理方法為錯臺放坡(平臺寬度3．0 m，每6．0 m錯一平臺，坡面坡率1∶2．0)、坡面封閉及綠化，矸石山的綜合治理目前基本完成。但由于錯臺削坡的作用，在變電站一側形成高邊坡，邊坡的高度為3．0 m～29．0 m，邊坡一旦失穩危及變電站的場地安全。因此需要對該邊坡的穩定狀況進行計算并提出其加固方案。

1 影響因素分析

結合工程地質調查，對場地邊坡的具體情況進行分析，影響邊坡穩定性的主要因素有:

1)邊坡土質的工程特性以及邊坡坡率影響邊坡的穩定性。構成邊坡的主要土體為填矸，堆填時間30年～35年左右，總體屬于松散～稍密狀，通過對該地區矸石堆場的調查，當矸石邊坡坡度為35°以下時，矸石山邊坡可基本保持穩定。目前狀態下，由于人工開挖，高邊坡地段總體坡率大于35°，處于欠穩定狀態，有可能產生突然的邊坡失穩。

2)大氣降水影響邊坡的穩定性。由于矸石邊坡未采取必要的坡面防護措施，大氣降水可自由下滲，水對矸石邊坡穩定性影響主要表現為以下三方面:矸石的主要成分為泥巖、砂質泥巖，均屬于強風化狀軟質巖石，浸水巖石軟化明顯，矸石骨架強度會降低;水流會帶走部分充填物，使其整體密實度進一步降低;水會起到骨架之間的潤滑作用，影響邊坡整體穩定性。

2 加固方案選擇

目前，在邊坡加固治理中采取的措施有削坡反壓、預應力錨索、抗滑樁等。預應力錨索、抗滑樁不僅對巖土體的干擾很小，而且可以提高可利用巖土體的強度，具有施工速度快、經濟、安全等優點，在工程中得到了廣泛的應用;削坡反壓有可能會破壞邊坡巖土體的結構，因此應用較少［1，2］。

根據邊坡的特點以及設計的要求，設計提供的加固方案必須保證變電站的安全。依據規范對邊坡允許最小安全系數要求以及從經濟的角度考慮，綜合比較各種加固方案并通過PCSTABL4(邊坡穩定性分析)程序進行計算，建議對邊坡采取分段加固方案。

2．1 削坡反壓

對現有坡面進行修整，在 593．0 m，585．0 m，578．0 m 處分別設3 個平臺，平臺寬度2．0 m，585．0 m 以上坡面坡率為 1∶0．75，585．0 m以下坡面坡率為1∶1．00。放坡的目的及作用主要表現在以下方面:

1)通過放坡適當卸載，增加其自身穩定;

2)放坡可使坡面平整、美觀，且利于施工;

3)為有組織進行坡面排水提供條件。

2．2 錨管(土釘)及噴射混凝土面層

將575．0 m平臺至603．0 m坡頂之間的坡面采用噴錨網的方式進行支護。由于在矸石中成孔困難，采用打入式錨管代替土釘。這項工作邊坡治理的主要手段，通過錨管(土釘)與噴射混凝土面層構成一個柔性支擋體系，可使邊坡的穩定系數較大提高，達到或接近規范要求。錨管的垂直間距、水平間距均為1．50 m，錨管注漿材料為32．5 MPa水泥，錨管垂直于坡面走向向下傾斜布置，傾角為15°;噴射混凝土中的水泥、砂和石屑重量之比為 1∶2．12∶2．12，水灰比為0．5～0．6，速凝劑摻入量為3%。

2．3 加筋土擋墻

在高矸石邊坡的底部設一道加筋土擋土墻，墻頂標高控制于575．0 m。擋墻寬度5．0 m，最大高度 6．0 m;坡面坡率 1∶1，坡面采用200 mm厚強度等級為C20的噴射混凝土面層進行防護，內設雙層鋼筋網片。對于高度較大的錨管(土釘)及噴射混凝土面層的支擋體系，其薄弱點在于坡腳，坡腳應力集中，最容易破壞而引起整個邊坡失穩，應加強支擋。在坡腳處設置一個加筋土擋土墻，其作用為:1)起到反壓坡腳，增加被動土壓力，從而提高邊坡整體穩定性作用;2)可有效限制坡腳處邊坡的側向變形，起到“固腳”作用;3)可抵抗邊坡的部分土壓力。加筋土擋墻參與邊坡穩定性的計算，計算時將擋墻重量按地面超載施加于坡腳。

2．4 樹根樁

變電站南側圍墻外平臺上布設三排樹根樁，樁頂設平臺，形成整體，確保樁后填矸的穩定。設計樁徑150 mm，樁間距750 mm，樁排距750 mm，設計樁長為15．0 m左右。其作用主要有以下兩點:1)錨管(土釘)及噴射混凝土面層的支擋體系屬原位加筋技術的柔性支擋體系，只有在坡體產生位移的情況下該支護體系才能發揮作用，由于構成邊坡的介質主要為松散～稍密狀矸石，較小的變形也有可能在坡頂產生裂縫，因此有必要在坡頂設置剛性樁體系限制裂縫的產生或折斷裂縫向變電站場區內發展的趨勢;2)樹根樁施工的同時，可起到對矸石體內進行適當注漿的目的，起到對矸石預加固的作用，有利于下一步錨管的施工。樹根樁不參與邊坡穩定性計算，除起到以上兩方面作用外，對邊坡穩定性所起的作用作為安全儲備。

3 穩定性分析

3．1 穩定計算參數選取及計算工況

參考以往進行的現場原位巖體剪切試驗及室內實驗，并結合邊坡實際的工程地質條件，該邊坡穩定性計算擬采用的巖土體物理力學指標如表1所示。

表1 邊坡穩定性計算參數表

根據DZ/T 0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規范［3］的有關規定，該邊坡安全等級為二級，治理后整體安全系數(按圓弧法計算)不小于1．25。

3．2 計算方法

計算采用美國普度大學編制的PCSTABL4(邊坡穩定性分析)程序，運用瑞典圓弧法計算邊坡的穩定性。瑞典圓弧法(簡稱瑞典法或費倫紐斯法)是條分法中最古老最簡單的方法［4］，它假定土體是理想塑性材料，把土條作為一個剛體，按極限平衡的原則進行受力分析。該方法不但可以用來計算簡單土坡，也可以用于計算各種復雜情況的土坡(如不均勻的土坡，分層土坡，有滲流的土坡及坡頂有荷載作用的土坡等)，因此在工程中的應用比較廣泛。

3．3 計算結果分析

采用上述加固方案后，邊坡四個剖面的抗滑穩定安全系數如圖1～圖4所示。依據圖1～圖4可以看出，邊坡每個剖面最危險滑動面的安全系數都大于1．25，滿足規范要求。

圖1 A—A剖面穩定性簡圖

圖2 B—B剖面穩定性簡圖

圖3 C—C剖面穩定性簡圖

圖4 D—D剖面穩定性簡圖

4 結語

1)采用本文加固方案對邊坡進行加固后，計算加固后的允許最小安全系數均滿足規范要求。

2)應采取邊坡表層排水措施，建議在放坡后形成的平臺及坡腳處應設置截水溝來攔截坡面的積水，從而確保邊坡的穩定性。為防止溫差效應、渠道基底不均勻沉降和陡緩坡連接處不均勻變形等因素，造成截水溝斷裂，所有鋪砌結構均要進行分縫。

［1］黃 剛，李瀛濤，張 權．礦坑道路邊坡加固技術及穩定性分析［J］．河北交通職業技術學院學報，2011，8(2):32-34．

［2］羅曉紅，米 猛，肖華波．西部某電站左岸壩肩邊坡穩定性分析［J］．四川地質學報，2011，31(4):450-456．

［3］DZ/T 0219-2006，滑坡防治工程設計與施工技術規范［S］．

［4］胡 輝，姚磊華，董 梅．瑞典圓弧法和畢肖普法評價邊坡穩定性的比較［J］．路基工程，2007(6):110-112．