丹水出口段右岸潘家堂變形體邊坡穩定分析及加固治理

2019-06-28 07:07:54王彩虹翁朝暉覃蓮超盧少為

水電與新能源 2019年6期

王彩虹，翁朝暉，覃蓮超，盧少為

(湖北省水利水電規劃勘測設計院，湖北武漢 430064)

邊坡是在復雜的地質應力作用下形成，又在各種因素作用下變化發展。因此，影響邊坡穩定性的因素非常復雜。為便于分析，將巖質邊坡破壞的原因歸納起來可分為以下3種，人為因素、地形自身的影響和外界環境的影響[1]。人為因素主要是指人類活動的影響，地形自身因素包括地下水、地質構造、坡體結構和地層巖性等，外界環境的影響包括雨水侵蝕、地震等因素。丹水出口段右岸潘家堂岸坡變形體主要由斷層破碎帶及斷影響碎裂狀巖體組成，破壞的主要原因是受巖層風化和斷層破碎帶的影響，巖體的抗剪強度減小，從而導致邊坡失穩。本文針對潘家堂變形體邊坡破壞現狀，通過坡頂削坡減載減小坡體下滑力，空心花管高壓注漿加固以增加邊坡巖體抗剪強度、合理設計排水設施等幾方面措施增加邊坡的抗滑穩定性；并通過HH-slope軟件計算對加固治理后的邊坡抗滑穩定性進行計算分析，結果滿足規范要求。

1 潘家堂變形體的治理

1.1 工程概況

潘家堂變形體位于湖北省長陽縣丹水出口段右岸處，潘家堂橋下游，距離潘家堂橋頭約60 m處，對應河道樁號K0+240～K0+300 m；潘家堂變形體邊坡坡高36 m，變形體前緣已經發生沖刷、變形垮塌，垮塌部位高程79.0～94.0 m，體積約200 m3。地表裂縫連續，噴護混凝土破裂嚴重，經坡面探槽揭示，噴護混凝土整體脫空向下錯落，變形范圍前緣高程79 m，后緣頂部高程104 m，總體坡度約43°，厚度一般4～6 m，投影面積約900 m2，體積約4 000 m3。現場照片見圖1。

圖1 右岸潘家堂變形體現狀照片

1.2 地質巖性與結構

潘家堂岸坡變形區坡底高程77.6 m，坡頂高程105～114 m，坡高28～37 m，平均坡角約52°，高程90 m馬道以下砼護坡角45o，以上主要為噴護砼坡。變形體呈圈椅狀，底部至78.5 m高程，頂部至103 m高程，94 m高程以下發生塌方破壞。基巖為寒武系下統水井沱組炭質灰巖夾炭質頁巖，其中樁號K0+250～0+265 m為斷層破碎帶巖體。主要發育有F1、Tf1、F4三條斷層，碎裂巖、斷層充填，性狀較差。

變形區岸坡坡頂為少量第四系，坡頂第四系厚度1.0～2.0 m，岸坡總體為視順向坡結構，視傾角6°～8°，岸坡主要為斷層破碎帶及斷層影響碎裂狀巖體組成。斷層在岸坡交匯發育，F1與Tf1之間斷層影響破碎帶寬約5.0～15.0 m，現場及鉆孔揭示F1斷層下盤砂質頁影響帶巖體及其破碎，部分呈碎屑夾泥特征。部分岸坡已經發生塌方破壞，103.0 m高程以下噴護砼已經整體拉裂脫空，鉆孔錄像揭示岸坡巖體有軟硬相間巖體組成，較破碎，鉆孔聲波值2 500～4 500 m/s，受斷層F1、Tf1影響明顯，岸坡穩定性差；岸坡由斷層破碎帶巖體構成，巖體強度低，渠底前緣在渠道過水沖刷掏蝕影響下，逐步擴展發生較大范圍的脫坡變形破壞。地勘平面及斷面圖見圖2～圖3。

1.3 工程設計

本次潘家堂變形體加固治理主要從坡頂削坡減載、空心花管高壓注漿、坡面錨噴支護、坡腳設置地梁支撐及增設排水管等幾方面來增加岸坡的抗滑穩定性[2]。具體工程措施如下：

先對潘家堂變形體上部護坡進行削坡處理，上面四級邊坡馬道高程分別在110.20、102.70、95.20、90.00 m，坡度分別為1∶1.5、1∶1、1∶1、1∶1。馬道內側設0.3 m×0.3 m排水溝，坡頂設截水溝。然后，對岸坡下最后一級邊坡進行削坡處理后，在邊坡上部設間排距為2 m，長度15 m(需貫穿F1斷層)，直徑108 mm的梅花形空心花管并進行高壓注漿處理；邊坡下部設間排距為2 m，長度5 m，直徑57 mm的梅花形空心花管，并進行高壓注漿；待各級削坡處理完成后，再進行C25鋼筋混凝土擋墻砌筑，空心花管焊接直徑25 mm鋼筋與C25鋼筋混凝土擋墻外層鋼筋網連接。并在渠道鋼筋混凝土底板下層設置地梁，地梁坡腳處設連續擋墻，擋墻墻背豎直，高2 m，底板高程處寬2 m。已垮塌部分鋼筋混凝土擋墻擋墻頂寬2 m，未垮塌部分擋墻頂寬1 m，底面設置8°仰角。此外，每一層邊坡設間排距2 m，長度3 m，直徑25 mm的梅花形布置系統錨桿，并設間排距3 m，直徑100 mm的梅花形布置的排水孔。坡面進行掛網噴錨支護，掛網鋼筋直徑6 mm，間排距20 cm，噴C20混凝土厚度10 cm。典型斷面設計圖見圖4、圖5。

圖2 丹水出口段右岸潘家堂變形體地質平面圖

圖3 右岸潘家堂變形體地質剖面圖1(1-1斷面)

圖4 潘家堂變形體設計斷面圖

圖5 支護與排水典型斷面圖

1.4 邊坡穩定性分析

1.4.1 典型剖面的選取與計算方法

丹水出口段右岸潘家堂岸坡變形體主要是強風化頁巖、斷層帶或斷層影響帶，其具有巖體強度低、裂隙發育、巖體破碎，滑動面呈圓弧形的特征，按照規范要求抗滑穩定分析采用畢肖普法[3]，計算采用HH-SLOPE軟件分別對現狀潘家堂變形體和加固后的變形體進行邊坡抗滑穩定性計算分析，選取滑坡處地質剖面1-1作為典型斷面作為計算斷面。

1.4.2 巖土體物理力學參數的取值

考慮到斷層影響帶巖石破碎，加上蠕變比較嚴重，在進行削坡等工程施工時，可能會造成邊坡失穩，安全隱患比較嚴重。故在工程施工前首先對斷層破碎帶進行高壓注漿處理，以增加巖體之間的粘聚力，提高邊坡的穩定性。通過水泥漿體在斷層破碎帶中的有效擴散及化學反應后，凝固的漿體在斷層破碎帶中形成骨架，通過一定的化學反應改變斷層破碎帶的物理成分和結構特性，可有效減小斷層破碎帶遇水軟化，且可使斷層破碎帶的結構更加致密，使斷層破碎帶整體結構和抗剪強度指標得到加強。同時在壓力作用下漿體可在斷層破碎帶中劈裂，形成原充填物與漿體的互層，使斷層破碎帶經過擠密、脫水和壓實，整體性質得到改善。經過注漿后，滑動帶巖土體物理力學性質有明顯改善，各種物理力學指標都有較大提高[4-6]。因此，本文水泥高壓注漿處理后斷層破碎帶的內摩擦角基本保持不變，粘聚力C可提高到30 kPa。相關地層參數詳見表1。

表1 丹水出口段右岸潘家堂岸坡巖體物理力學參數設計值

1.4.3 計算工況

根據工作狀況、作用力出現的幾率和持續時間的長短及相關規范，分別計算了正常蓄水位(渠水位高80 m)、設計洪水位(渠水位高90 m)、水位驟降(90 m驟降至87 m，87 m驟降至84 m，84 m驟降至81 m，83 m驟降至80 m)、校核洪水位(渠水位高92 m)共4工況進行相應計算分析。

1.4.4 計算結果

1)模型驗證。為了驗證計算參數和計算方法的正確性，首先對原始狀態進行分析，典型計算斷面(1-1剖面)在正常蓄水位工況下的滑動模式見圖6，計算搜索出的滑動區域與實際地質勘測發現的變形體域基本一致，垮塌主要受斷層破碎帶影響。通過對正常蓄水位、設計洪水位、驟降、校核洪水位工況下邊坡穩定進行計算，其安全系數均小于1(見表2)，均不能滿足規范要求，需要進行工程處理。