梨園水電站念生墾溝特大堆積體滑坡治理

賀旭東

(云南金沙江中游水電開發有限公司,云南 昆明 650228)

1 工程概述

梨園水電站念生墾溝堆積體位于壩前右岸寬緩溝谷中,從前緣至后緣呈長 "喇叭"形分布,主溝高程1 500~1 690 m,平均地形坡度約12°,長約1 200 m,寬400~500 m,堆積物厚度一般30~60 m,約1 700X104m3.1 690 m高程以上分左、右耳,左耳變形高程至1 800 m,長約280 m,寬50~200 m,厚度一般20~50 m,約140X104m3;右耳變形高程至1 850 m,長約530 m,寬50~180 m, 厚度一般30~50 m,約160X104m3.

堆積體成分復雜,基覆界面是從幾米至30~40 m不等的殘積層,為粘土質礫和粘土質砂.中上部為第四系沖積、洪積、坡積、崩積、滑坡堆積和冰磧物等混合堆積物,透水層和相對隔水層交錯分布,局部有豐富的滯水帶存在,對堆積體穩定極為不利.

溝內分層布置有多條永久及臨時施工道路,下部布置一臨時棄渣場,前緣臨江部位布置有導流洞明渠,后部1 690 m高程平臺布置施工臨時營地.2008年6月溝內項目陸續施工,2008年8月開始從1 690 m高程至前緣陸續出現了不同程度的變形和滑移,范圍逐漸擴大至整個堆積體,速率逐漸加快.

2 治理措施

2.1 快速止滑

堆積體下部導流明渠工期緊張,需在2009年前基本完成對該堆積體的治理.為此,建設者采取了大量緊急措施止滑,以便使滑移速率盡快降下來,為實施大規模永久治理措施創造條件.

2.1.1 壓載

滑移主要原因是導流洞明渠開挖導致整個堆積體切腳引起抗滑力下降.因此,最有效最直接的快速止滑措施是在明渠部位回填土石料壓腳.共回填壓腳方量約100萬m3,效果明顯.

2.1.2 抽排水

治坡先治水,由于該堆積體滑移速率大,水平排水孔成孔困難,永久排水洞也因時間關系不能立即成洞發揮作用.為降低地下水位,在地下水較多的堆積體中部打井抽水,抽排堆積體內的水.

2.1.3 卸載

結合永久卸載要求,同時在堆積體上、中部和中下部進行削方減載.其中,在高程1 543~1 580 m之間減載75.63萬m3,在1 580~1 690 m之間減載231.28萬m3,共卸載306.9萬m3,大大減小了下滑力,減緩了滑移速率,并通過開挖減薄堆積體厚度,為后續抗滑樁和錨索施工創造條件.

2.1.4 小型鋼管樁、鋼軌樁

分別在中部區域高程1 670、1 650 m平臺實施能夠快速施工、快速發揮作用的小型鋼管樁和鋼軌樁.其中,在1 670 m平臺實施17根直徑800 mm和39根直徑1 000 mm的鋼管樁及16組、每組由16根工字鋼組成的組合鋼軌樁;在1 650 m平臺實施16根鋼管樁和9組組合鋼軌樁.

以上快速止滑措施效果明顯,在實施后半個月至2009年4月底,堆積體滑移速度迅速降至毫米級,為后續大規模永久治理措施的實施創造了條件.

2.2 永久抗滑治理

2.2.1 排水

地下排水系統由排水洞及洞身排水孔組成,分別在堆積體上部1 764 m高程,中部1 630 m及1 610 m高程和下部1 542 m高程布置了4條地下排水洞,總長約2 123 m.在各層排水洞內向上設置輻射狀系統排水孔,排距3 m,每排3孔,同時沿排水洞軸線從地表向下打設φ168 mm排水孔幕與排水洞連通,水平間距5 m,明顯滲水處加密,內置塑料盲溝,共設置363個、總長約14 896 m的排水孔.由地下排出的地下水最終通過地表排水溝排入金沙江.

地表排水系統包括坡面截排水溝和排水孔.為防止雨水滲入堆積體,沿堆積體外緣周邊設置截水溝,在堆積體內部設置縱橫向地表排水溝,地表截、排水溝長約4 800 m.沿堆積體各級卸載形成的邊坡坡腳部位和滲水部位成排設置φ168mm大孔徑深排水孔,孔深約60 m,間距5~10 m,局部滲水處加密,內設塑料盲溝,共設置了256個、總長約15 360 m的排水孔,將堆積體內部地下水引排出,并通過地表排水溝排入金沙江.

2.2.2 支擋

念生墾溝堆積體長度大、高差大、厚度大、方量大、含水量大,導致總下滑力巨大,由于導流明渠的開挖導致堆積體切腳引起抗滑力減少,必須布置大量的支擋措施來提高抗滑力,主要支擋措施包括抗滑樁和錨拉板.

抗滑支擋主要分3級進行,即分別在前緣 (導流明渠右側1 510~1 531 m高程之間)、中部水位變動區 (1 600~1 640 m高程之間)和上部 (1 690~1 780 m高程之間)布置了3層支擋措施.

2.2.2.1 抗滑樁

抗滑樁以機械樁為主,人工挖孔樁主要布置在上部1 690 m高程平臺,作為左、右耳的支擋措施.

(1)前緣明渠右側1 510 m高程平臺.1、2期共設置2排106根鋼筋混凝土抗滑樁.其中,1期第1排74根沿明渠右側全長 (整個堆積體前緣滑動區域)布置;2期在堆積體左側滑移最大處即主滑區前緣布置第2排32根,與1期樁軸線平行布置于其后.采用圓形機械造孔,直徑2.2 m,樁身高30~48 m,深入基巖13~16 m(約1/3樁長),頂部設連系梁將所有樁連為一個整體,第2排32根也通過連系梁與第1排聯合受力.前排每根抗滑樁上部設置3根3 000 kN級壓力分散型預應力錨索,錨索穿過堆積體錨入基巖,長度一般為50~70 m.

(2)中部1 600 m高程平臺.1期在1 600 m高程平臺左側 (滑移最大處)邊坡坡腳處設置1排抗滑樁41根,2期設置24根抗滑樁,與1期樁軸線平行布置于其前.3期在1 600 m高程平臺堆積體右側部位設置36根抗滑樁,將1、2期未包括部位涵蓋.采用圓形機械造孔,直徑2.2 m,樁身高26~50 m,深入基巖10~18 m(約1/3樁長),2排樁均利用連系梁連為一個整體聯合受力,每根樁設置2根2 000 kN級壓力分散型預應力錨索,錨索穿過堆積體錨入基巖,長度一般為50~70 m.

(3)上部1 690 m高程平臺.該部位主要系對左、右耳牽引滑動區進行支擋,人工挖孔樁為主.其中,1期布置在1 690 m高程平臺右耳根部8根、左耳根部5根3 mX5 m人工挖孔樁.由于1期施工時間主要在2009年,堆積體蠕動變形一直未停止,人工挖孔樁施工過程中樁身變形較大,嚴重影響施工安全.因此,右耳8根樁入巖3~5 m后被迫澆筑混凝土,抗滑效果不明顯.2010年以后,右耳部位變形一直未完全收斂,在3期治理中,對右耳進行了加強.考慮到施工主要在汛后進行,其時變形已較小,施工安全有保證,仍然采用人工挖孔樁,在原挖孔樁后側平行增設1排11根半埋式人工挖孔樁,斷面3 mX6 m,樁身長16.5~55 m,入巖深度4.5~16 m,不小于1/4樁身長度,樁頂用連系梁連為整體,每根樁頂部設置2根3 000 kN級壓力分散型預應力錨索,長60~70 m.

2.2.2.2 錨拉板

(1)前緣 (導流明渠右側).分別在2級邊坡即1 510.8~1 521.5 m高程之間和1 521.5~1 531.5 m高程之間設置錨拉板,利用水平板、樁頂連系梁將錨拉板和抗滑樁連為整體,在板上按間排距4 m布置2 000 kN級預應力錨索337根,長約50~70 m,錨入基巖.

(2)中部 (水位變動區).分別在高程1 600~1 620 m、1 620~1 640 m的2級邊坡設置錨拉板,在邊坡坡腳利用樁頂連系梁與1 600 m高程的抗滑樁連為整體,在板上按間排距4 m布置2 000 kN級預應力錨索279根,長約50~70 m,錨入基巖.

(3)上部 (右耳部位).在高程1 760~1 780 m設置錨拉板,在板上按間排距4 m布置2 000 kN級預應力錨索55根,長約30~40 m,錨入基巖.

3 治理效果

該堆積體自2008年8月開始滑移到2009年4月開始大規模治理,再到2011年8月3期治理結束至今,前后歷時4年10個月,其中治理時間近2年半,期間經過明渠開挖、暫停開挖、回填壓腳、恢復開挖以及2009年、2010年、2011年和2012年4個汛期的考驗,前緣導流明渠過流已超過3年.該堆積體經過了局部小范圍變形到滑移速率逐漸加快,直至堆積體整體急速滑移,后在采取快速止滑措施后滑移逐漸減緩,隨后經過1、2、3期近2年半的治理.目前,各測點監測數據呈收斂狀態,日變形率趨于零.這說明念生墾溝堆積體已完全穩定,各項治理措施發揮了應有的作用.

4 幾點思考

4.1 提高認識,加強勘察,做好預控

西南高山峽谷地帶的緩坡臺地或沖溝谷口,多是由沖、洪積物或崩坡堆積物組成,應充分認識到其穩定不利的一面.筆者就多次遇到暴雨引起的泥石流或類似念生墾溝因人工擾動發生的邊坡滑移等地質災害.在勘察設計階段應加強勘察調查,對其周邊環境、成因、組成、性狀等進行仔細研究,對其穩定性做全方位的計算和評估,不要輕易擾動或布置建筑物,確實因條件限制或結構布置需要改變其原狀時,應充分預估施工可能引起堆積體抗滑力不足或其他條件改變 (如暴雨、振動等)影響其自身的穩定性,應預先按等效替代原則,采取工程措施維持其原有抗力或清除其不利條件,而不是等到滑移或泥石流發生后再去治理.由于滑面產生后堆積體摩擦力急劇減小引起抗滑力急劇下降,加之巨大的慣性作用,抗滑治理成本也將大為增加,念生墾溝堆積體滑移就是一個很好的教訓.對于類似念生墾溝堆積體這種成分復雜、地下水豐富、結構松散的堆積物應特別提高警惕.

4.2 根據滑移特點進行有針對性的治理

念生墾溝堆積體量大、滑移速率快、延續時間長,加之工期緊張,需要在較短時間內取得治理效果,加之其成分復雜、地下水豐富,給施工帶來不小的難度.根據其特點進行有針對性的治理:①為快速止滑進行的壓腳、排水等,為后續治理創造了條件;②人工挖孔樁施工難度高、進度慢、安全風險大,主要部位不能采用人工挖孔樁,而是采取施工快捷、安全的機械樁;③調查滲水部位,進行有針對性的排水;④分期治理確保明渠開挖,以保證整個工程工期和工程永久運行安全;⑤分級治理確保上、中、下各部位安全并利于施工布置;⑥通過認真模擬計算,采取有針對性的卸載以最有效降低下滑力.

4.3 對錨拉板和排水的作用探討

錨拉板是邊坡治理中增加抗滑力的一種主要手段,在各種邊坡治理中大量應用.由于念生墾溝堆積體成分復雜、地下水豐富、結構松散、顆粒細小,且錨索長度普遍在50 m以上,很容易因堆積體蠕變而使錨拉板產生相對移動,從而導致錨索失效.因此,應確保錨拉板盡量和抗滑樁布置在一起并連為一體共同受力.本工程中,在1 510.8~1 531.5 m高程之間靠近導流洞進口部位的部分錨拉板就因未能與抗滑樁連為整體而失效.

治坡先治水,排水對于滑坡治理作用很大,念生墾溝堆積體能夠快速止滑,與采取的多種排水措施關系很大.但由于念生墾溝堆積體透水體和隔水層交錯,周邊山體滲水通道難以完全調查清楚,排水孔堵塞嚴重,穩定計算及治理時排水措施主要考慮其前期快速止滑的作用,后期永久治理則主要將其作為安全儲備,并要求定期維護.

5 結 語

目前,念生墾溝堆積體總體穩定,治理思路和方法卓有成效.在治理過程中所采取的壓腳、卸載、排水、抗滑樁、錨拉板等措施均是邊坡治理的主要方法,對其他類似滑坡治理有一定的借鑒意義.希望其他工程建設者遇到類似問題、類似邊坡能夠采取針對性的應對措施,確保工程安全、經濟.

[1] 黃熠輝,高雅芬,熊立剛.龍開口混凝土重力壩右壩頭邊坡處理措施[J].水力發電,2011,37(8):18-20.