復(fù)雜地質(zhì)邊坡塌方加固技術(shù)應(yīng)用

吳江華

中國水利水電第十六工程局有限公司，中國·福建 福州350000

復(fù)雜地質(zhì)塌方邊坡加固技術(shù)應(yīng)用，邊坡開挖過程中塌方后，根據(jù)揭露的地質(zhì)情況，在完成塌方后邊坡穩(wěn)定的計算之后，塌方邊坡加固從安全、工程量、工程投資及現(xiàn)場施工難度等選用經(jīng)濟合理的邊坡治理技術(shù)。

邊坡；塌方；加固技術(shù)

1 工程概況

某水庫最大供水流量為0.338m3/s。水庫正常蓄水位為648.00m，總庫容為436 萬m3，有效庫容為377 萬m3。水庫為小（I）型水庫，工程等別為IV 等工程，主要建筑物級別為4 級，次要建筑物級別為5 級。本工程主要建筑物為大壩擋水及泄水建筑物等，按4 級建筑物設(shè)計；次要建筑物為消能防沖建筑物等，按5 級建筑物設(shè)計[1,2]。

2 邊坡塌方原因分析

右岸壩基上游側(cè)崩塌的主要原因如下：①右岸壩基上游側(cè)邊坡為近順向坡，發(fā)育兩條陡傾角結(jié)構(gòu)面及兩條順層緩傾角結(jié)構(gòu)面，兩組結(jié)構(gòu)面的不利組合，是邊坡失穩(wěn)的主要影響因素。②右岸壩基上游側(cè)邊坡605.00～654.00m 高程由于發(fā)育了兩條陡傾角結(jié)構(gòu)面，且兩條結(jié)構(gòu)面擠壓強烈，風(fēng)化較深，結(jié)構(gòu)面附近的巖體由于受擠壓影響，巖體較破碎，強風(fēng)化下限相對偏低，是邊坡失穩(wěn)的次要影響因素。③雨季地表水下滲大大降低了邊坡巖體及結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)參數(shù)，且使得結(jié)構(gòu)面內(nèi)的孔隙水壓力升高，是邊坡失穩(wěn)的重要誘發(fā)因素。

3 邊坡塌方后穩(wěn)定計算

3.1 計算原理

根據(jù)現(xiàn)場后邊坡實際情況及推斷的可能滑動面（或推測蠕動面），建立計算模型，采用理正巖土巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析軟件中的簡單平面滑動穩(wěn)定分析模塊進行計算。計算方法采用SL386—2017《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的不平衡推力傳遞法[3]。

3.2 計算斷面、計算參數(shù)與計算工況

根據(jù)大壩上游側(cè)右岸壩肩后邊坡現(xiàn)狀、地層分布及現(xiàn)場的基本情況，本階段選取剖面分析后邊坡巖體在層面與破碎帶組合及強風(fēng)化層間組合下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，其計算分析模型見圖1。根據(jù)最新地質(zhì)資料，本次著重分析右岸壩肩上游側(cè)邊坡在表1 所列工況下的整體穩(wěn)定情況。

表1 右岸壩肩上游側(cè)邊坡穩(wěn)定分析計算工況

圖1 邊坡剖面整體抗滑穩(wěn)定計算分析模型

3.3 計算結(jié)果及分析

由最新地質(zhì)成果可知，大壩上游右岸后邊坡受斷層破碎帶J2、f3、f4 與軟弱夾層層面NJ5、NJ6 的組合影響其邊坡穩(wěn)定，本次邊坡計算根據(jù)理正巖土巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析軟件中的簡單平面滑動穩(wěn)定分析方法，計算大壩上游右岸加固后邊坡在不同工況下各種滑裂面組合的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果詳見表2。

表2 右岸壩基上游側(cè)邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表

根據(jù)表2 計算結(jié)果可知，大壩右岸上游側(cè)邊坡在NJ5、NJ6 夾層層面與f3、f4、J2 破碎帶組成的各種劃裂面，除NJ5-J2 劃裂面組合在正常蓄水位、庫水位降落期、庫水位降落期+暴雨、施工期及施工期+暴雨等工況下計算值大于規(guī)范規(guī)定的允許值外，其他劃裂面組合在各種工況下邊坡的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值均小于規(guī)范規(guī)定的允許值，從計算結(jié)果可以看出，邊坡存在整體不穩(wěn)定。

4 邊坡塌方加固技術(shù)方案及方案比選

4.1 邊坡塌方加固技術(shù)方案

根據(jù)測量的實測邊坡進行抗滑整體抗滑穩(wěn)定計算，其結(jié)果顯示已開挖的邊坡其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求，需對右岸壩基上游側(cè)邊坡（即高程為654.00 ～581.00m 間、順河向樁號為0-080～0-000m（壩軸線）、垂直河流向樁號為壩0+110m～壩0+200m 范圍內(nèi)的邊坡）進行加固。本次邊坡塌方加固擬定如下兩個方案：

方案一：對現(xiàn)狀邊坡進行削坡處理，從坡腳至f4 斷層處坡比為1:1.5，且每隔15m 設(shè)有2m 寬馬道，在高程588.00m 處設(shè)有兩級擋墻，每級擋墻高5m。另外，針對削坡形成的坡面及現(xiàn)狀坡面采取如下加固措施：①對坡比為1:1.5 坡面采用長度為3m 的Φ25 砂漿錨桿（間距1.5m×1.5m）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）封閉；②對削坡形成的f4 坡面（近似垂直面）采用入巖長度為12m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時注意設(shè)置止?jié){塞）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進行錨噴封閉防護；③634.00m～654.00m 高程邊坡之間采用入巖長度為12m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時注意設(shè)置止?jié){塞，錨桿軸向拉力設(shè)計值經(jīng)計算后取為360kN）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進行錨噴封閉防護；④在錨噴支護基礎(chǔ)上再對NJ6 夾層層面以上625.00m～640.00m 高程之間邊坡布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索豎向間距為5m（共4 排），水平間距為5m，錨索長35m，其中錨固段長6m，自由段長29m；錨墩尺寸為1.5×1.5×0.6m，混凝土強度等級為C30。

方案一關(guān)鍵點在于現(xiàn)狀邊坡按1:1.5 坡比削坡后形成的NJ6-f4 劃裂面穩(wěn)定性。其整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果詳見表3。根據(jù)表3 計算結(jié)果可知，按1:1.5 坡比削坡后形成NJ6-f4 組合劃裂面在各工況下計算值均大于規(guī)范規(guī)定的允許值，說明削坡后形成的劃裂面是穩(wěn)定的，說明方案一加固技術(shù)是合理的。

表3 NJ6-f4 組合劃裂面整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表

方案二：對NJ6 以下現(xiàn)狀邊坡表面作清坡處理；對NJ6 以上與f4 破碎帶間現(xiàn)狀邊坡削坡至623m 高程，可降低滑動體潛在的安全隱患[4-9]。針對現(xiàn)狀坡面及削坡形成的坡面采取如下加固措施：①對NJ6 以下現(xiàn)狀邊坡采用長度為3m 的砂漿錨桿（間距1.5m×1.5m）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）封閉。②634.00～654.00m 高程邊坡之間采用入巖長度為12 m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時注意設(shè)置止?jié){塞，錨桿軸向拉力設(shè)計值經(jīng)計算后取為360kN）、Φ8 鋼筋網(wǎng)（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進行錨噴封閉防護。③在錨噴支護基礎(chǔ)上再對NJ6 夾層層面以上625.00～640.00m 高程之間邊坡布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索豎向間距為5m（共4 排），水平間距為5m，錨索長35m，其中錨固段長6m，自由段長29m；錨墩尺寸為1.5×1.5×0.6m，混凝土強度等級為C30。

方案二關(guān)鍵點在于NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面（削坡至623m 高程）的穩(wěn)定性。其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果詳見表4。

表4 NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 劃裂面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算成果表

根據(jù)表4 計算結(jié)果可知，NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面在各工況下計算值均大于規(guī)范規(guī)定的允許值，說明NJ6 夾層層面以下現(xiàn)狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面（削坡至623m 高程）是穩(wěn)定的，說明方案二加固技術(shù)是合理的。

4.2 方案比選

為選出最優(yōu)加固技術(shù)方案，下面主要從工程量、工程投資及現(xiàn)場施工難度三個角度對兩種加固方案進行對比，兩方案工程量及投資比較見表5。

表5 邊坡加固方案工程量及投資比較表

從工程量及投資比較上分析，方案一和方案二工程量相差較大，且方案二比方案一投資節(jié)省47.47 萬元。從現(xiàn)場施工難度來講，方案一需對現(xiàn)狀邊坡按1:1.5 坡比削坡，且開挖工程量較大，而方案二僅對現(xiàn)狀邊坡作簡單清坡即可，可減少不必要開挖工作。另外，兩種加固方案的錨噴支護工作難度相當(dāng)，且錨索施工孔徑所需造孔設(shè)備相當(dāng)，施工難度相同。綜合分析，本次邊坡加固技術(shù)方案采用方案二。

5 結(jié)語

因地質(zhì)原因?qū)е逻吰滤剑韪鶕?jù)工程的實際情況，并綜合分析處理后的穩(wěn)定性、施工方案可行性、施工安全、工程費用及經(jīng)濟效益等因素，采用科學(xué)、合理、切實可行的處理方案。在邊坡塌方加固時，做到合理投入資源、精心組織施工、科學(xué)管理、嚴格監(jiān)控，做到零風(fēng)險邊坡塌方加固處理。