石壩河水庫下游邊坡抗滑樁支護加固方案研究

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563000)

1 工程地質條件

石壩河水庫工程位于仁懷市茅臺鎮境內，所在河流屬赤水河二級支流，壩址以上流域面積22.6km2，總庫容149萬m3，規模為小(1)型水庫。工程任務為人飲及釀酒工業供水，年供水量219萬m3。工程邊坡位于大壩下游左岸，是大壩施工期及運行期主要運輸通道，建設總工期30個月。邊坡地形為緩斜坡地形，主要為階梯狀地形，人工棄渣堆填形成現狀坡面形態，坡高50～60m，順坡向長200～220m，坡寬155～165m。邊坡地形總體前緩后陡，綜合地形坡度20°～30°。地質勘察分別在邊坡前緣、中部和后緣布置三條勘探線，設8個勘探孔。經勘探孔揭露，坡面區域均為第四系殘坡積黏土夾碎石及人工開挖棄渣覆蓋，深度多為 5～9m；下伏基巖地層為侏羅系中統自流井組(J2z)薄層泥巖為主夾少量砂巖，巖層產狀N40°～55°E/NW∠47°～60°。巖層走向與坡面斜交，邊坡結構總體為斜向巖土質混合邊坡，區內構造以裂隙為主。區內地下水主要為孔隙水、基巖裂隙水等類型，地下水主要靠大氣降雨及附近酒廠生產廢水、居民生活污水補給，然后順坡向沿表層松散堆積層、基巖強風化密集帶向河床排泄。

2 邊坡穩定性評價

2.1 邊坡變形過程及變形性質

邊坡上部為酒廠和民房區，分布酒廠17家、民房約20棟，邊坡長期處于蠕變、滑移中。水庫工程施工前居民房屋院壩、酒廠廠房和窖坑均已出現裂縫。同時，上壩公路高擋墻的實施加劇了邊坡變形破壞，經半月持續觀察，邊坡前緣明顯擠壓、隆起、滑出，隆起高度0.2～0.3m，且呈現加劇惡化發展趨勢，臨時板房四周裂縫增多，對坡面上部酒廠及居民房造成較大安全隱患。邊坡變形坡體典型剖面，如圖1所示。

圖1 大壩下游左岸邊坡典型剖面

實測蠕滑變形體最大坡高約70m，最大寬度約160m，滑移深度6～11m不等，影響面積約3萬m2，總方量約18萬m3，邊坡變形體為斜向巖土質混合邊坡。坡體出現多處橫向和縱向拉張裂縫，裂縫長度一般 6～9m，寬約5～7cm，可見深度一般在0.2～0.8m，坡體前緣出現少量的滲水現象，變形體屬于淺表層推移式滑坡。

2.2 邊坡變形原因

據邊坡變形破壞跡象及發展過程分析，變形破壞主要原因為：?邊坡地形總體上陡下緩，擋墻以上由于平場填渣及公路內側放坡開挖形成陡坎和陡坡型式的滑移臨空面；?坡面覆蓋層較厚，且結構松散，黏聚力低；下伏淺表層巖體節理裂隙發育，巖體風化破碎；受水軟化及飽水情況下，巖土體物理力學指標急劇下降；?邊坡上居民生活污水及酒廠生產廢水隨意排放，加之邊坡排水不暢，土體及強風化破碎巖體長期處于飽水狀態，物理力學性質驟減，導致坡體蠕滑變形破壞；?上壩公路擋墻及平場土石渣人為增加荷載，施工機械不斷擾動加速了坡體的蠕滑。

3 邊坡加固方案比選

坡面治理可采用削坡減載、坡面格柵加固、擋土墻及抗滑樁板墻結構等方案。由于石壩河水庫工程出渣難度極大，邊坡支護措施不宜選擇新增大量工程棄渣方案，應盡量選擇開挖量小、施工快，對邊坡干擾較小的支護方案。削坡減載不但棄渣工程量較大，且后側上方緊靠酒廠，不具備削坡條件，故不采用；擋土墻支擋，施工技術相對簡單，但由于該處邊坡覆蓋層較厚，擋土墻基礎開挖量和填筑量均較大，深基礎開挖宜形成土質高邊坡，對邊坡穩定不利，且棄渣量較大；坡面格柵加固在覆蓋層邊坡中效果不佳，同樣不宜采用；而抗滑樁支擋開挖量和填筑量均較小，施工技術雖較其他方案復雜，但施工快，且對邊坡穩定干擾較小，固坡效果好。結合石壩河水庫工程邊坡特點及破壞的影響程度，綜合工程布置、施工組織及工程投資等方面，優選抗滑樁作為邊坡支擋措施。同時，由于邊坡變形發展速度快且上部酒廠規模較大，故優選成樁速度快、能夠更早地發揮邊坡支擋作用的機械成孔樁。

4 邊坡加固支護設計

4.1 邊坡工程級別及設計參數取值

根據《水利水電工程邊坡設計規范》邊坡等級劃分[1]，邊坡破壞帶來的危害程度嚴重，確定邊坡等級為4級。地質勘察揭露，場地主要地層為碎石黏土覆蓋層、強風化泥巖及弱風化泥巖，各層巖土物理力學參數取值，如表1和表2所列。

表1 巖土物理力學指標(1)

表2 巖土物理力學指標(2)

依據“水利邊坡工程”和“建筑邊坡工程”規范，4級邊坡正常運用條件下的抗滑穩定安全系數取1.10，但邊坡上部為廠房建筑，故酒廠下緣邊坡抗滑穩定安全系數取1.30，其余邊坡取1.10?？够瑯对O計時，嵌固端位于弱風化中、上部基巖內，其地基系數k參照GB 50330—2013附錄G取200MN/m3[2]。

4.2 邊坡支護加固方案

4.2.1 設計原則及方法

邊坡設計采用極限平衡法，工況考慮一般工況及暴雨工況?？拐鹆叶葹?度，可不考慮地震作用?？够瑯豆こ淘O計采用“地基系數法”[3]，計算采用理正巖土邊坡穩定分析模塊及抗滑樁設計模塊。

4.2.2 邊坡穩定計算

分別采用圓弧滑動和折線滑動計算現狀邊坡穩定安全系數，其中：圓弧滑動穩定計算時采取給定圓弧出、入口范圍搜索危險滑面；折線形滑動穩定計算時采取自動搜索最危險滑面(給定出、入口點范圍)。根據不同安全系數分別計算剩余下滑力，取大值。邊坡典型斷面穩定性計算成果，如表3所列。

從表3可知，邊坡在自然狀態下處于穩定狀態，但在飽水狀態下由于巖土體物理力學指標急劇下降，部分斷面邊坡穩定接近臨界狀態，多數斷面安全系數偏低，邊坡穩定存在安全隱患。為保障上部酒廠及居民生命財產安全和大壩施工通道，上壩公路高擋墻及酒廠下緣應及時進行邊坡綜合治理。

表3 邊坡典型斷面穩定計算成果

4.2.3 邊坡支護加固抗滑樁設計

邊坡綜合治理方案包括邊坡支護和排水，抗滑樁結構機械成孔成樁速度快，對應急工程有利[4]。機械成孔樁徑統一采用1.5m圓樁，樁板墻結構布置于河岸和臨時板房后側；抗滑樁布置于酒廠下緣和上壩公路擋墻前緣，總體分三排布置，如圖2所示。

圖2 上壩公路邊坡治理平面布置

酒廠下緣A類抗滑樁共布設23根，其中A1～A12號樁中心間距為6.0m；A13～A23樁中心間距為4.0m。上壩公路擋墻前緣B類抗滑樁布設14根(B1～B14)，樁距為4.0m。板房后側樁板墻結合上壩公路拓寬改造進行布置，共布設C類抗滑樁12根(C1～C12)，其中C7～C9號樁中心間距為4.0m，其余樁中心間距為6.0m；擋土板沿樁內側布置，板高4.0m，板厚0.4m。河岸共布設D類抗滑樁39根(D1～D39)，樁距均為3.5m，擋土板沿樁內側布置，擋土板高度均為5.5m，板寬為3.5m，板厚0.4m。

4.3 支護加固抗滑樁結構計算

邊坡現狀處于淺表層的蠕動滑移中，大面積滑動可能性較小，除上壩公路前緣坡面相對較陡外，其余邊坡段坡度較緩，對邊坡有一定阻滑作用，故邊坡剩余下滑力均較小?？够瑯督Y構設計按主動土壓力作用計算更為合理，且不考慮樁前覆蓋層被動土壓力作用，結構嵌深、樁徑、樁間距及配筋均由土壓力作用驗算。酒廠下緣抗滑樁結構重要性系數取1.0，其余抗滑樁取0.9，土壓力荷載分項系數取1.2，混凝土結構構件承載力安全系數取1.15，綜合分項系數取1.35。因邊坡坡面土體長期處于飽水狀態，故邊坡抗滑樁驗算中的土層和巖體物理參數均考慮在飽和狀態。邊坡支護加固典型抗滑樁結構設計計算成果，如表4所列。

表4 典型抗滑樁結構設計計算成果

從表4可知，抗滑樁按懸臂梁考慮，樁頂最大位移為29mm<18000/350=51.4mm，且嵌入段最大位移小于10mm，滿足規范要求。按計算成果進行樁身配筋，主筋直徑取28mm，配筋面積不得小于計算最大縱筋面積，且最小配筋率應大于0.6%。環向螺旋鋼筋采用光圓鋼筋，鋼筋直徑考慮人工綁扎條件。樁身及拉梁混凝土等級均采用C30。擋土板按單向板考慮，實配橫向受力筋直徑為20mm，縱向分布筋直徑為16mm，縱橫向鋼筋均按雙層布置，間距均為250mm，擋土板實配鋼筋滿足計算和構造要求。

4.4 抗滑樁成樁質量檢測

抗滑樁成樁質量檢測，包括樁身完整性和樁身抗壓強度檢測。樁身混凝土質量檢測采用低應變法、聲波透射法及鉆孔取芯法進行質量綜合檢測。根據《水利工程質量檢測技術規程》要求，原則上每根樁為1個檢測單元，但規范適用于大中型水利工程，小型水利工程參照執行[5]。結合石壩河水庫工程邊坡變形特點，抗滑樁總數為88根，且為非樁基工程，抗滑樁質量檢測數量按不少于總樁數的30%進行，其中：低應變法檢測8根；埋管聲波透射法檢測10根；鉆芯檢測抽檢10根?？够瑯冻蓸顿|量檢測全部合格，樁身完整性較好。

5 結 論

抗滑樁主要用于建筑樁基、公路邊坡支護及海防工程中，在水利工程中應用相對較少。相比常規重力式擋墻結構，抗滑樁機械成孔樁技術成熟、施工速度快，且施工干擾較小，適用于邊坡應急支護處理工程。石壩河水庫大壩下游邊坡采用抗滑樁支護加固處理后，目前已經歷了一個汛期考驗，邊坡變形得到有效控制，抗滑樁成樁質量較好、邊坡穩定性得到提高。