長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)高陡環(huán)境邊坡分析及采取的綜合治理施工技術(shù)

張 曾

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)高陡環(huán)境邊坡分析及采取的綜合治理施工技術(shù)

張 曾

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

目前，環(huán)境邊坡施工已逐步應(yīng)用于水利水電、鐵路、公路等工程中，但由于環(huán)境邊坡治理問(wèn)題在國(guó)內(nèi)提出的時(shí)間較短，尚無(wú)具體的治理措施及治理深度、無(wú)明確的施工規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境邊坡治理直接關(guān)系到邊坡的整體穩(wěn)定及其下部開(kāi)挖邊坡的施工、建筑物的安全，安全影響大，值得特別注意。結(jié)合長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)典型高陡環(huán)境邊坡工程實(shí)例，對(duì)環(huán)境邊坡治理施工展開(kāi)了研究，總結(jié)出一套切實(shí)可行的環(huán)境邊坡綜合治理施工技術(shù)，達(dá)到了邊坡整體穩(wěn)定的目的，確保了環(huán)境邊坡治理施工及其下部開(kāi)挖邊坡、建筑物的安全，取得了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

高陡環(huán)境邊坡；分析；綜合治理；施工技術(shù)；長(zhǎng)河壩水電站

1 概 述

1.1 環(huán)境邊坡的概念

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水電、鐵路、公路等工程已向條件相對(duì)惡劣的地區(qū)發(fā)展、在陡峻山嶺地區(qū)修建工程，環(huán)境邊坡施工已逐步應(yīng)用于工程中。環(huán)境邊坡(environmental slope)是自然邊坡的一部分，范圍視建筑物及其重要程度、失穩(wěn)地質(zhì)體的規(guī)模及其穩(wěn)定性、勢(shì)能及其危險(xiǎn)度而定，下界以開(kāi)口線為準(zhǔn)，上界一般可取第一分水嶺(圖1)。環(huán)境邊坡受其地形、地質(zhì)特點(diǎn)的影響，在受到自然應(yīng)力(如地震等)或人為作用(如施工爆破震動(dòng)等)下可能發(fā)生邊坡失穩(wěn)、滑坡、崩塌、滾石等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)而可能對(duì)工程、人員、建筑物等造成威脅。因此，必須對(duì)環(huán)境邊坡進(jìn)行認(rèn)真地分析研究，做出預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)并采取有效的治理措施。

圖1 環(huán)境邊坡示意圖

1.2 長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡概況

長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)進(jìn)、出口環(huán)境邊坡高陡(最高邊坡約260 m、坡度在85°以上)，處理范圍大。邊坡巖體受地質(zhì)構(gòu)造作用影響強(qiáng)烈，巖體內(nèi)斷層、層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶、節(jié)理裂隙發(fā)育，由發(fā)育危巖體、不利裂隙結(jié)構(gòu)面及拉裂體組成，巖石裸露、破碎，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡分析及評(píng)價(jià)

2.1 環(huán)境邊坡破壞的類型

環(huán)境邊坡受外界不利因素的影響，可能發(fā)生深層失穩(wěn)破壞或淺表層破壞。其中深層失穩(wěn)破壞一般是在坡面2 m以下深處、沿滑移面產(chǎn)生剪切滑移破壞，其破壞危害較大，包括邊坡滑坡、崩塌、坍塌等；而淺表層破壞僅發(fā)生在坡面的表層或坡面下不足2 m的范圍內(nèi)的巖土受自然風(fēng)化等因素影響發(fā)生的變形和破壞，其規(guī)模有限，包括坡面滾石、剝落、碎落等。

2.2 環(huán)境邊坡分析及評(píng)價(jià)

環(huán)境邊坡分析通過(guò)研究邊坡的穩(wěn)定性來(lái)確定危險(xiǎn)滑動(dòng)面和邊坡的安全系數(shù)、邊坡滾石等災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)程度，以對(duì)環(huán)境邊坡進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)、為環(huán)境邊坡治理提供依據(jù)，服務(wù)于工程實(shí)際。

針對(duì)長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡，項(xiàng)目部運(yùn)用數(shù)值模擬和極限平衡分析方法，通過(guò)對(duì)不同地質(zhì)帶、不同范圍、不同工況進(jìn)行計(jì)算、分析得知：

(1)環(huán)境邊坡在未治理狀態(tài)下暫處于穩(wěn)定狀態(tài)，但當(dāng)其下部邊坡開(kāi)挖后并考慮地震和其它擾動(dòng)作用時(shí)安全系數(shù)將大大降低，甚至小于1，潛在較大的滑坡和崩塌風(fēng)險(xiǎn)；

(2)邊坡的安全系數(shù)隨地震應(yīng)力和其它作用力的增大而減小，其中水平作用力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響高于豎直作用力影響；

(3)經(jīng)巖體力學(xué)參數(shù)敏感性分析得知，位于滑面內(nèi)的地層力學(xué)參數(shù)對(duì)邊坡安全系數(shù)影響較大，若潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面穿過(guò)斷層，則斷層的巖體力學(xué)參數(shù)也會(huì)對(duì)邊坡的安全系數(shù)產(chǎn)生一定的影響；

(4)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析表明：長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡滾石問(wèn)題較為突出、安全風(fēng)險(xiǎn)較大；

(5)環(huán)境邊坡采取治理加固措施后的計(jì)算分析結(jié)果表明邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)增大、表層滾石風(fēng)險(xiǎn)降低，能夠滿足較大作用力影響。

根據(jù)上述對(duì)環(huán)境邊坡進(jìn)行的分析、評(píng)價(jià)后得知：長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡在下部邊坡開(kāi)挖后及外界作用力影響下存在較大的失穩(wěn)、滑坡、崩塌及滾石等安全風(fēng)險(xiǎn)，需對(duì)環(huán)境邊坡采取必要的治理措施以控制邊坡的深層變形、淺層巖體脫落、表層危巖滾落等危害。

3 針對(duì)長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡采取的綜合治理技術(shù)

針對(duì)泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡的各種破壞型式，根據(jù)其所發(fā)揮作用的不同，結(jié)合工程實(shí)際地形、地質(zhì)特點(diǎn)，最終決定對(duì)長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡采取表層處理及防護(hù)、淺層加固和深層錨固的綜合治理方式。

3.1 環(huán)境邊坡治理原則

根據(jù)對(duì)環(huán)境邊坡進(jìn)行的分析、評(píng)價(jià)，結(jié)合工程自身實(shí)際情況，對(duì)環(huán)境邊坡采取“不同區(qū)域、不同類型、分別處理、綜合治理”的原則，治理方案主要從工程和施工的安全、工期、成本等方面綜合考慮。

(1)安全第一、兼顧工期和成本的原則。

根據(jù)運(yùn)行期永久建筑物的重要性等，按照環(huán)境邊坡與工程區(qū)的毗鄰位置關(guān)系，以“點(diǎn)、線、面”的不同治理模式確定環(huán)境邊坡治理的具體項(xiàng)目和部位。

以“點(diǎn)”控制：對(duì)于環(huán)境邊坡邊緣、較高部位等距離工程區(qū)和施工區(qū)較遠(yuǎn)的部位，最先進(jìn)行治理施工。采取點(diǎn)控制治理的方式，僅對(duì)特定危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行治理，主要治理措施包括危石清撬、就地錨固、主動(dòng)網(wǎng)防護(hù)等。對(duì)該范圍內(nèi)的治理方式以防止危險(xiǎn)源起動(dòng)為主，在較短時(shí)間內(nèi)完成該范圍的治理，以保證其下部施工和永久建筑物的運(yùn)行安全。

以“線”控制：在環(huán)境邊坡中部采取線性控制的治理方案。該區(qū)域除對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)單獨(dú)實(shí)施治理外，主要以被動(dòng)網(wǎng)、擋墻防護(hù)等形式形成隔離帶，防止其上部以“點(diǎn)”控制范圍可能的遺漏造成對(duì)施工和永久建筑物的危害。

以“面”控制：對(duì)于工程區(qū)附近的環(huán)境邊坡，主要以深層錨固和淺層加固為主，治理范圍較大，對(duì)于線性防護(hù)至工程邊坡之間的范圍基本形成封閉邊坡。

(2)自上而下、立體交叉、動(dòng)態(tài)治理的原則。

從施工安全的角度出發(fā)，采用自上而下的順序施工，以保證其下部施工安全。因環(huán)境邊坡治理范圍較大，為縮短工期，在施工布置上采取立體交叉施工的方式，在保證安全的前提下多區(qū)域、多工作面同時(shí)施工。在治理方案實(shí)施過(guò)程中，進(jìn)一步詳細(xì)勘察現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等手段反饋現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)治理方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。

(3)分類匯總、區(qū)別對(duì)待的原則。

根據(jù)環(huán)境邊坡現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)各類治理方式分類匯總、區(qū)別對(duì)待，主要包括邊坡陡緩、離工程區(qū)遠(yuǎn)近、危巖體數(shù)量及程度、是否倒懸、沖溝、巖石裸露程度、覆蓋層厚薄、植被覆蓋程度、巖石塊體大小、施工對(duì)工程區(qū)影響、監(jiān)測(cè)手段，地表結(jié)構(gòu)面與巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面治理方式與深度、深層錨固動(dòng)態(tài)調(diào)整、群錨效應(yīng)分析、松散和分散個(gè)體化零為整后的邊坡穩(wěn)定性分析。

3.2 環(huán)境邊坡的表層處理及防護(hù)

長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡巖體風(fēng)化程度嚴(yán)重、破碎，坡面存有大量危石，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘并通過(guò)對(duì)環(huán)境邊坡滾石進(jìn)行的計(jì)算與分析得出的結(jié)果表明：環(huán)境邊坡滾石問(wèn)題較為突出、滾石風(fēng)險(xiǎn)較大，危害較大。針對(duì)環(huán)境邊坡表層的大量危石及滾石風(fēng)險(xiǎn)，最終決定采取以下表層處理及防護(hù)治理措施：①采取人工清撬的方式自上而下清理坡面上可能影響到施工區(qū)、建筑物上部邊坡范圍的危石、松動(dòng)巖塊及松散堆積體，減少邊坡危石數(shù)量、降低邊坡滾石概率；②在環(huán)境邊坡上部及邊坡治理范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際地形設(shè)置截排水溝以攔截、引排坡面地表水，避免和減少地表水進(jìn)一步對(duì)坡面巖體的沖蝕破壞；③針對(duì)大面積危石群、無(wú)法或不能完全清理的危石區(qū)域、沖溝范圍，采用多級(jí)主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)及混凝土、鋼支撐防護(hù)擋墻等進(jìn)行覆蓋、包裹坡面危石并攔截坡面滾石，有效減少和降低邊坡滾石的發(fā)生。

3.3 環(huán)境邊坡的淺層加固

長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、存在不同程度的風(fēng)化，巖石裸露、破碎，邊坡存在淺層破壞風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)上述邊坡淺層破壞風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡采取了錨桿、掛網(wǎng)噴護(hù)及排水孔等淺層加固措施。其中對(duì)邊坡淺層危巖體及破碎部位采用錨噴支護(hù)的方式，使邊坡巖體形成了一個(gè)共同承載結(jié)構(gòu)，最大限度地調(diào)動(dòng)巖土介質(zhì)的強(qiáng)度和潛力，主動(dòng)加強(qiáng)巖土體的自承和自穩(wěn)能力，有效地限制了巖體變形的自由發(fā)展，調(diào)整了巖體的應(yīng)力分布，防止了巖體松散墜落，同時(shí)，采用噴混凝土對(duì)裸露巖石進(jìn)行封閉以防止其進(jìn)一步風(fēng)化。采用排水孔排出邊坡巖體內(nèi)的地下水，以減小巖體內(nèi)的水壓力、減少對(duì)巖石的沖蝕破壞。

3.4 環(huán)境邊坡的深層錨固

長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡地質(zhì)勘測(cè)及分析研究結(jié)果表明：邊坡巖體深部存在斷裂帶及深層結(jié)構(gòu)面等構(gòu)造，對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定有較大影響，可能造成滑坡、崩塌等危害。對(duì)環(huán)境邊坡深層治理采取了預(yù)應(yīng)力錨索、深孔錨筋束及固結(jié)灌漿等錨固方式。其中環(huán)境邊坡根據(jù)結(jié)構(gòu)面及斷裂帶深度采用預(yù)應(yīng)力P=2 000 kN、2 500 kN，錨索長(zhǎng)度L=45 m、50 m、55 m、60 m不同應(yīng)力、不同深度的拉壓復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索，以提高邊坡巖體的整體性，從根本上改善巖體的力學(xué)性能，有效地控制了環(huán)境邊坡結(jié)構(gòu)面的滑移失穩(wěn)，使巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到了整治滑坡、崩塌等危害的目的。針對(duì)深度較淺、范圍較小的結(jié)構(gòu)面、斷層，采用3φ32 ，L=12 m、3φ28，L=12 m等深孔錨筋束進(jìn)行錨固，限制巖體有害變形的發(fā)展，改善巖體的應(yīng)力，提高巖體的自承能力。針對(duì)邊坡裂隙較多區(qū)域，采用固結(jié)灌漿對(duì)巖體裂縫進(jìn)行填充，使邊坡巖體整體性增強(qiáng)，當(dāng)注漿量大時(shí)，采用間歇、限流、待凝、加砂等方式填堵裂隙，必要時(shí)直接推水泥球、噴漿料，不僅確保了施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，亦有效控制了工程造價(jià)。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)及工程應(yīng)用情況見(jiàn)圖2。

3.5 環(huán)境邊坡治理中的施工通道及材料運(yùn)輸

圖2 長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡治理中采用的預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖

長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡高陡、地形地質(zhì)條件復(fù)雜，治理區(qū)域均為山脊、懸崖，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工道路無(wú)法或極難布置，只能形成簡(jiǎn)易的人行便道以滿足施工人員通行，施工材料、設(shè)備運(yùn)輸通道無(wú)法布置。同時(shí)，環(huán)境邊坡處理范圍大，邊坡治理所需的施工腳手架、深層錨索、錨桿、噴射混凝土、主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等施工材料及施工設(shè)備運(yùn)輸量大。

針對(duì)施工材料、設(shè)備無(wú)法運(yùn)輸問(wèn)題，根據(jù)環(huán)境邊坡治理范圍分布，結(jié)合邊坡實(shí)際地形，對(duì)長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡治理采用索道、滑道提升系統(tǒng)解決了施工材料、設(shè)備運(yùn)輸問(wèn)題。工程實(shí)際應(yīng)用證明：索道、滑道提升系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工便捷、施工成本低、施工工期短、對(duì)周邊環(huán)境無(wú)破壞等特點(diǎn)，提升過(guò)程工序簡(jiǎn)單、易于操作、提升快捷、提運(yùn)過(guò)程安全、提運(yùn)成本低，在成本、安全、工期、環(huán)保及施工操作等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可為類似高陡邊坡工程的材料、設(shè)備運(yùn)輸提供借鑒和參考。

4 結(jié) 語(yǔ)

筆者結(jié)合長(zhǎng)河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)高陡環(huán)境邊坡工程治理實(shí)例，針對(duì)其環(huán)境邊坡復(fù)雜的地質(zhì)條件，根據(jù)數(shù)值模擬和極限平衡方法進(jìn)行分析研究，結(jié)合工程實(shí)際地形、地質(zhì)等條件，采取深層錨固、淺層加固及表層處理、防護(hù)綜合治理措施，增大了邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)、確保了邊坡整體穩(wěn)定，控制了邊坡淺層巖體的變形和破壞，對(duì)邊坡滑坡、崩塌、巖體剝落、滾石等災(zāi)害進(jìn)行了有效治理和控制，確保了工程施工安全。同時(shí)，采用索道、滑道提升系統(tǒng)，有效解決了施工材料、設(shè)備運(yùn)輸困難問(wèn)題，達(dá)到了運(yùn)輸高效、安全、成本低等效果。

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(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7；TV52；TV223.3+1

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1001-2184(2016)06-0003-03

張 曾(1985-)，男，寧夏中衛(wèi)人，項(xiàng)目工程技術(shù)部主任，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.