某土質邊坡支護處理方案分析

黃艷艷肖虎王博

(1． 中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西西安710065; 2．機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西西安710043)

0 引言

水利水電工程建設中，時常發生邊坡變形失穩現象，影響邊坡穩定性的因素很多，邊坡體地質構造、邊坡形態、巖土特性、降雨、庫水作用、地震以及人類工程活動等為邊坡穩定性影響因素[1]。邊坡穩定性影響因素的確定是邊坡穩定性判定的前提條件。

水電開發項目中，邊坡治理所面臨的自然條件往往較差，尤其是陜西鎮安水電站工程所處地形條件差，其岸坡高陡、滑坡發育，極其影響工程順利施工及大壩安全運營等方面。

在鎮安抽水蓄能電站工程建設中更應注重施工工藝及施工管理，在設計方面應結合相關預測預報及地勘反饋資料等，在變形穩定分析的基礎上調整、修改，實現邊坡工程的穩定性設計。

本文以鎮安抽水蓄能電站下庫綜合加工廠后邊坡支護處理方案為實例，針對該土質邊坡體變形過程及原因作出分析并調整設計，達到邊坡穩定的目的，以期對類似工程具有一定參考意義。

1 工程概況

鎮安抽水蓄能電站工程規模為一等大(1)型工程，下庫區綜合加工廠位于下庫壩址左岸下游灘地上，地面高程在837 m～864 m之間，下庫區綜合加工廠規劃場平高程為843.5 m，距離下庫壩址約900 m。

1.1 地質條件

下庫綜合加工廠所在區域屬于月河的Ⅰ級階地，臺地后緣為雙月公路，雙月公路內側為反陽坡滑坡堆積體。反陽坡滑坡在天然條件、降雨條件、地震條件下以及泄流雨霧條件下均處于安全穩定狀態，未出現失穩破壞情況。最易發生失穩破壞方式為滑坡體處于降雨飽和狀態，但整體仍處于穩定狀態。由于礦山道路開挖和村民建房等人工開挖削坡，局部滑坡已發生小規模塌滑。

雙月公路內側邊坡開挖高度16 m～17 m，形成坡頂863 m高程和860 m,852 m高程二級馬道。坡頂有1 m～1.3 m黃褐色粉質粘土為原狀土，高程853 m～861 m區間坡面上黃褐色土中夾有樹根、竹片竹葉等雜物，為開挖棄渣。坡面原狀土為灰色碎塊石夾大孤石及灰白色巖粉、巖屑。雙月公路附近巖粉巖屑含量增多，土質疏松，路基外側邊坡開挖揭露，雙月公路以下塊碎石中夾粉質粘土、較密實。

1.2 初始邊坡

邊坡開挖坡比為：崩沖積塊碎石土層開挖邊坡取值為1∶0.83～1∶1.1。

下庫區綜合加工廠場地平整工程在開挖過程中，開挖邊坡出現裂縫，自二級馬道開始產生坍塌破壞。

2 邊坡穩定性分析

2.1 支護處理方案設計

對綜合加工廠后邊坡進行支護處理，主要開挖部位按照1∶1.5 坡比分級削坡并清除表部松散土和棄渣，每級坡高6 m，馬道2 m寬。坡面采用混凝土框格梁加植草的防護措施，并做好坡面及周邊排水措施，邊坡下部設置混凝土擋墻加固。對邊坡體選取典型斷面進行計算分析。

2.2 參數選取

1)物理力學參數地質建議值。

根據綜合加工廠后邊坡工程地質條件，邊坡體天然密度1.8 g/cm3～2.1 g/cm3，飽和密度2.4 g/cm3，干密度1.6 g/cm3～1.8 g/cm3，變形模量20 MPa～30 MPa，允許承載力0.40 MPa～0.45 MPa，抗剪強度f=0.35～0.45，c=20 kPa～25 kPa，飽水狀態下抗剪強度f=0.20～0.25，c=10 kPa～15 kPa，天然含水量10%，開挖坡比為1∶1.25(中下部)～1∶1.5(上部)。

2)地質加固措施建議。

分級削坡并設擋墻加固，應清除表部松散土，下部鋼筋混凝土擋墻，基礎埋深1.5 m。每級坡高度5 m～6 m，坡面采用混凝土框格梁防護，并做好邊坡及周邊排水措施。

3)物理力學參數取值。

計算取地質建議物理力學參數的下限值，即邊坡體天然密度2.1 g/cm3，飽和密度2.4 g/cm3，抗剪強度f=0.35，c=20 kPa，飽水狀態下抗剪強度f=0.20，c=10 kPa。

2.3 計算工況

根據邊坡工程等級及工地現場情況等，主要考慮坡體在天然情況下的穩定狀況；同時，因區域內雨量豐富，雨水對邊坡的穩定性影響深度難以定量分析，因此文章重點分析暴雨工況對邊坡穩定性的影響。計算工況如下：

1)工況一：持久設計工況——初始工況。

此工況主要分析邊坡在現今天然條件下(沒有工程措施)時的穩定性。

2)工況二：短暫設計工況——暴雨工況1。

此工況主要模擬邊坡在現今條件下(沒有工程措施)，在暴雨或連續降雨作用下邊坡穩定情況。此工況假定邊坡體5 m深度范圍內達到飽和，其他部位為天然狀態。

3)工況三：短暫設計工況——暴雨工況2。

此工況主要模擬邊坡在現今條件下，對邊坡坡面采取框格梁護坡措施，框格梁和馬道上設置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，在暴雨或連續降雨作用下的邊坡穩定情況。此工況假定邊坡體2 m深度范圍內達到飽和，其他部位為天然狀態。

4)工況四：短暫設計工況——暴雨工況3。

此工況主要模擬邊坡在現今條件下，對邊坡坡面采取框格梁護坡措施，框格梁和馬道上設置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，在暴雨或連續降雨作用下的邊坡穩定情況。此工況假定邊坡體1.5 m深度范圍內達到飽和，其他部位為天然狀態。

5)工況五：偶然設計工況——地震工況。

此工況主要模擬邊坡在現今條件下(沒有工程措施)，在地震作用(考慮50年超越概率10%情況)下邊坡穩定情況。此工況中對于地震力的施加是按照擬靜力方法施加水平地震加速度。

2.4 計算結果

邊坡穩定性計算采用Autobank軟件中的Fellenious,Bishop,Morgenstern-Price等多種方法。邊坡在不同工況條件下、不同計算方法下的穩定性計算結果見表1。

表1 穩定性計算結果表

從表1可以看出：

1)持久工況下最小安全系數1.252(工況一)，大于1.05，邊坡穩定；

2)短暫暴雨工況1(工況二)下，不采取工程措施，假定邊坡體5 m深度范圍內達到飽和，其他部位為天然狀態，最小安全系數0.693，邊坡不穩定；

3)短暫暴雨工況2(工況三)下，邊坡坡面采取框格梁護坡措施，框格梁和馬道上設置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，此工況假定邊坡體2 m深度范圍內達到飽和，其他部位為天然狀態。該工況最小安全系數0.952，邊坡不穩定；

4)短暫暴雨工況3(工況四)下，邊坡坡面采取框格梁護坡措施，框格梁和馬道上設置排水溝，邊坡加排水孔，坡面植草，此工況假定邊坡體1.5 m深度范圍內達到飽和，其他部位為天然狀態。該工況最小安全系數1.070，邊坡穩定；

5)偶然地震工況(工況五)下，最小安全系數1.186，大于1.0，邊坡穩定。

3 結論及建議

3.1 結論

綜上所述可知，若不采取任何工程措施，短暫暴雨工況下，假定邊坡體5 m深度范圍內達到飽和，邊坡很不穩定；邊坡體2 m深度范圍內達到飽和，邊坡仍不穩定；當邊坡體滲水深度小于1.5 m時，邊坡基本穩定。因此，邊坡表面須做好截、排水措施，邊坡設置排水孔，底部采取仰斜式擋土墻支護等措施，確保邊坡上雨水入滲深度不超過1.5 m。當邊坡體遭遇連續降雨情況下，雨水入滲深度達到1 m時，坡面需采取緊急防水措施。

3.2 建議

1)邊坡開挖后，邊坡表面應及時做好截、排水措施，并且邊坡需要設置排水孔，可采取掛網噴混凝土封閉表面的措施，以有效排泄坡內滲水，阻止雨水入滲，保證邊坡坡體干燥。

2)邊坡體草皮底部可采取鋪三七灰土的防滲措施，避免雨水下滲。

3)考慮美觀效果，坡面采取框格梁加植草的邊坡防護措施。根據二維極限平衡計算分析，當邊坡體遭遇暴雨或者連續降雨情況下，雨水入滲深度超過1.5 m時，邊坡不穩定，應采取緊急防水措施。

4)邊坡坡頂4 m～5 m范圍設置截水溝，有效引排坡頂暴雨來水。

5)邊坡底部設置重力式擋土墻支護措施，增強邊坡穩定性。

6)應加強暴雨等水情預報，同時，應加強邊坡監測工作，重點是邊坡整體穩定性變形監測，包括地表變形監測和巖體深部的變形監測。還應加強暴雨期間的監測、地震反應及爆破振動監測等。