昆明二电厂2300MW工程煤场边坡稳定性分析及其锚固治理.doc

昆明二电厂2300MW工程煤场边坡稳定性分析及其锚固治理 【摘 要】 本文从边坡岩体特征及结构构造等方面对边坡可能出现的变形失稳机理进行了分析，基于边坡破坏形式进行锚固支护设计并实施治理施工，其成功经验可为今后类似工程的设计、施工治理提供借鉴。 【关键词】 边坡 锚固 治理 预应力锚索 1.工程概况昆明二电厂2300MW工程煤场边坡位于昆明二电厂北侧，成昆铁路东面。在场地平整工程施工边坡开挖过程中，形成30多米高，200多米长的高陡边坡，由于多种因素的影响，产生一系列的山体变形、坡面坍塌等高边坡病害，给工程项目的继续进行造成一定的困难。经过专家的多次论证：场区首先要进行高边坡病害治理，以确保边坡的稳定及场地内厂房建成后的正常使用，才可进行下一步工程建设。2.工程地质概况拟建场地处于山前斜坡地形，地貌属低中山残丘坡地，原始地形坡度2025，边坡上部为红褐色含角砾（碎石）粘土，硬塑状态，中部为角砾混碎石层，下部基岩为褐红色板岩局部夹灰黑色炭质页岩、板岩。属软质岩石，呈半坚硬状，极易风化，强风化后呈叶片状、条状及土状。岩层纵横节理发肓。各地层主要物理力学指标如下： 拟建区域无主干断层通过，岩层单斜产出，倾向125135，倾角5565；发育有二组节理，节理产状为24057、15560，节理密度为34/m。场地地处山麓斜坡部位，地下水为第四系所含孔隙型潜水及其下伏基岩裂隙水，旱、雨季地下水位升降幅度较大，旱季边坡几乎处于干燥状态，雨季坡面有水渗出。边坡前期开挖后形成近55的边坡，坡高约30米，边坡病害表现为中部局部发生坍塌，坡顶出现裂缝，对场地内的工程建设及厂房建成后的正常使用造成安全隐患。3.边坡稳定性分析3.1 边坡失稳形成机理处于相对稳定状态的自然坡体，由于工程建设的需要，特进行边坡开挖而调整边坡的坡度。随着调陡边坡开挖的不断进行，临空面不断加高，改变着斜坡的应力状态，使之由稳定向不稳定状态发展。于是，在重力、施工震动、降雨等各种内外因素的作用下，沿各种地质软弱面形成不稳定体，逐渐向下挤压、滑动，边坡上部出现拉、张裂缝。此时，坡体的内外应力水平发生变化，坡脚附近产生剪应力集中。随着边坡开挖的进一步开展，临空面的加高，削弱了抗滑支撑部分，产生边坡的坍塌滑动。3.2 边坡与结构面的组合关系二电厂工程煤场边坡平面上呈内凹近直角相交的形态，倾向120，直立。坡向与岩层倾向基本一致，坡向与节理倾向间夹角为4575，坡向与节理面倾向均呈较大角度斜交关系。3.3 边坡变形破坏原因分析从上述边坡与岩层及边坡与节理的组合关系分析，边坡产生沿层面的顺层滑动或沿贯通节理面的追踪滑移破坏的可能性极大。由于陡倾的岩面与节理面的组合，一是形成双结构面，二是形成类似于硬性结构面发育且两组相交所形成的碎裂块状岩体。因此，边坡可能出现的变形破坏工程地质模型主要有三种：一种是顺层滑动，即沿着岩层的软弱结合面产生滑动，此种模型的变形破坏形式为线型滑动；二是由于双结构面产生的，结构面交线倾向坡外，与边坡坡向小角度相交，交线倾角50左右，此种模型的变形破坏形式为楔形体的滑动；第三种模型即碎裂块体工程地质模型，此种模型的变形破坏形式为碎屑式近视于圆弧形滑动。此外，由于边坡岩体破碎，施工开挖坡度较陡，因而，边坡在开挖过程中可能产生的较小规模的变形破坏形式为崩塌。在三种主要的变形破坏形式中，楔形破坏最容易发生，但却以顺层滑动所产生的线型破坏的规模最大。二电厂工程煤场边坡开挖高陡临空，造成坡体卸荷，原始的极限平衡被破坏，坡脚应力集中发展，超过坡脚岩土的承载能力而失稳；另外区内裂隙发育，坡向与地层倾向一致，在软弱下部支撑被卸载的情况下，坡体在自重作用下迅速变形积聚发展，从而沿着原始软弱结构面下滑所致。4.边坡治理工程措施根据上述对边坡破坏形式的分析，同时考虑在确保边坡稳定的前提下，在原有开挖坡比上进行加固的要求，以防止或有效地控制坡体应力松弛、加固不利结构面组合变形和破坏为主，采用以锚固支挡为主的防治方案进行综合治理。结合边坡较高且陡，岩体为软质岩石及边坡开挖的实际情况，设计上部采用锚杆格构梁支护、中部采用预应力锚索格构梁支护、下部为重力式挡墙支挡，格构梁间植草护坡美化场区环境，保证边坡的整体稳定。设计参数选取：坡高31米，坡度45，水平向地震系数0.16，岩体密度22.5 KN/m3，岩体粘聚力65.00Kpa，岩体内摩擦角22，锚索采用1860级钢绞线，锚固体与土体摩阻强度0.38Mpa。锚索锚固段长度取为10米，设计抗拔力取为600KN。加固后边坡的极限安全系数=1.589，边坡稳定安全系数=1.35。在现边坡上部最高处设置4排预应力锚杆，锚杆水平间距为4m，纵向垂直间距为2.83m，锚杆单根长15m，锚筋为132钢筋线，孔径110mm，与水平面夹角为25，锚杆间用锚杆格构梁连接。在现边坡中部设置4排预应力锚索，锚索水平间距为4m，纵向垂直间距为2.83m，锚索单根长20m，锚筋为415.24钢绞线，锚固段长均为10m，孔径130mm，与水平面夹角为25，锚索间用锚索格构梁连接。在坡脚设置挡土墙，坡顶适宜位置设置梯形截水沟。在格构梁间坡面实施人工生物工程护坡，对坡面进行绿化植草封闭处理，阻止大气降水的下渗和边坡物质的物理风化。（具体设置见立面及剖面图）5.锚固施工及边坡加固效果评价5.1 边坡锚固施工工序边坡锚固采用自上而下的施工工序：测放开挖边线一层土（石）方开挖一层锚索（杆）施工一层锚垫板施工一层锚索预紧第二层土（石）方开挖二层锚索（杆）施工二层锚垫板施工二层锚索预紧依次开挖重复以上施工工序至支护标高。5.2 预应力锚索的施工工艺预应力锚索的施工工艺复杂、技术含量高、各工序间的连续性强、机械化程度高，具有一套完整的施工工艺，其施工工序为：施工放线锚索钻孔清孔、锚索制作和安装配置浆液向孔内注浆锚索地梁浇筑预应力张拉锁定封锚。（1）锚索（杆）钻孔根据场地地质条件，锚索成孔采用干钻成孔技术，以高压风作为冷却介质，若遇岩层破碎，易产生塌孔、卡钻等异常情况，采用跟管钻进或注浆处理等措施，禁止采用湿作法以确保边坡岩体地质条件不被恶化和保证孔壁的粘结性能。将钻机平整、稳定、定位准确安放，选用130mm钻具成孔，设计角度25，嵌入边坡中风化岩层一般不大于10m。钻至规定深度（需超钻50cm）经技术人员鉴定符合设计要求后，方可终孔。（2）锚索制作锚索编制前对钻孔实际长度进行测量，根据终孔长度（L1），按锚索长度L=L1+1.5m-0.5m下料组装锚索，每4根为1组。用电动切割机切割钢绞线，再将导向尖锥、扩张环、紧箍环等元件组装成型，按设计图纸要求进行防腐处理。施工注意事项为：锚索制作场地要求干净，原则上保证锚索不受油脂、泥土等异物粘附，保证锚索洁净；自由段表面先用防护油涂刷，再以塑料管穿套单根钢绞线；用人工把导向帽的一端对号插入相对应的钻孔内，并确定锚索是否插入到设计深度。如锚索插入有阻力则用高压风清孔，或用钻机冲孔、扫孔，直到锚索安装到位为止。（3）锚索安装、清孔、压浆锚索安装前将压浆管安放在锚索结构中心，一起顺畅送到孔中，及时用压力水或高压风吹洗孔内灰尘，再将搅拌均匀的M30水泥浆通过压浆机灌入孔中，一次性灌满。锚索运输、安装时不被弄脏、不变形；压浆机（灰浆输送泵）由专人操作，其进浆口应套上细筛，以免有水泥堵塞管道产生事故，灌浆工作压力通常为0.30.5MP；水泥浆水灰比为0.400.45，每25根锚索随机抽样制作一组水泥浆试块送检。在浆液池中将浆液搅拌均匀后，一面继续搅拌，一面向孔内注浆，直到孔内流出新鲜浆液停止注浆。（4）张拉张拉就是给锚索施加预应力的过程。待锚索锚固段水泥浆、混凝土格构梁均达设计强度的80%后方可进行。根据设计人员的要求，由业主或监理人员选定锚索作抗拔试验，合格后再依据设计要求采用“两次五级加荷”进行张拉，每级稳压间隔时间510min，依据设计要求选择超张拉5%。（5）封锚张拉锁定7天后如没有发现异常情况，可进行封锚处理。用手持电动切割机在距锚具顶面1012cm处切断多余钢绞线，并补浆至满为止，然后对锚具和钢绞线进行防腐处理，再用C15细石混凝土封闭外锚头以防风化侵蚀。5.3 治理过程回顾对边坡锚固工程而言，边坡开挖质量控制的好坏及临时采用的一些预加固措施对边坡治理的成败起着至关重要的作用，边坡治理工程开挖应严格按设计坡比，分台高程进行自上而下逐级削坡，完成一级削坡即锚固一级，然后开挖下一级边坡并锚固，依次削坡和锚固不应一次削坡到底或削好几级再锚固。但在工程施工过程中，因考虑施工进度等综合因素，常常在上部加固尚未生效时，下部开挖已经完成，开挖面长时间暴露导致边坡发生较大变形甚至失稳破坏，故边坡开挖必须贯彻逐级开挖逐级加固的原则，必要时可采取有针对性的预加固施工方案。那么在本工程前期边坡开挖施工过程中，由于管理不到位，土方施工队未严格按设计要求的坡比、高度分级开挖，基本上是一次开挖到底，形成近55的高陡边坡。经过一段长时间暴露，未能及时锚固致使坡顶变形过大，导致坡顶开裂、坡面坍塌，致使坡体出现险情，严重威胁整个边坡体的安全。针对边坡变形、坍塌的具体情况，为控制边坡变形、坍塌的扩大及解除险情采用了下列治理措施：（1）调整边坡开挖坡比为11，坡顶开挖边线外延，重新分级削坡开挖，确保塌方区不再扩大，达到控制边坡变形的目的。（2）制定行之有效的加固方案设计上部采用锚杆格构梁支护、中部采用预应力锚索格构梁支护、下部为重力式挡墙支挡，格构梁间植草护坡美化场区环境，保证边坡的整体稳定。在原来塌方形成的空洞处用C20钢筋砼浇筑起来。严格控制开挖高度，分级开挖高度为10m，开挖削坡完后，进行快速的锚固施工并快速封闭坡面。由于工程施工严格按设计及规范要求实施，固从边坡二次削坡开挖直至锚固施工支护到底，坡顶水平位移没有继续增加，确保了整个边坡治理工程的安全稳定，边坡支护效果良好，受到了业主方的高度评价。5.4 边坡锚固治理效果评价经过对本工程实施情况的总结，结合多方面、多种方案经济效益分析表明，预应力锚索（杆）工程造价低，具有显著的经济效益，无论从安全性、工人劳动条件、人力物力资源的投入，针对岩质边坡、高陡边坡而言锚索加固方案明显优于抗滑桩等其它加固方案。（1）锚索受力可靠，当锚索施加预应力后，对被锚固的岩体立即产生主动压力，发挥锚固效应，对控制边坡的变形极为有利。（2）锚索施工无须放炮开挖，对岩体基本不产生扰动和破坏，在锚索孔内灌浆能增加孔周围岩体的力学性能。另外，施工干扰少，安全易得到保证。（3）采用预应力锚索加固可使作用力均匀地分布在需加固的岩体上，增加了边坡体的整体强度，更容易保持边坡的完整。（4）预应力锚索可以通过锚索的长度安装到较深的岩体之中，其安全性能更加可靠，故在滑面较深的边坡加固工程中具有明显的应用前景。6.结束语预应锚索在高边坡防护加固施工中，显示出了对地形、工程地质条件适应力强，施工工艺简便，操作灵活的特点，与其他支挡结构相比具有许多优点，设计理论和工程实践日趋成熟，具有广阔的应用和推广前景。在边坡设计中，要尊重边坡的自然规律，结合边坡现场岩体特征，参考现有边坡，经严格计算设置边坡坡率等要素，避免不当设计而产生边坡病害，增加工程投入。通过二电厂边坡的工程实践有以下几方面的认识和体会：（1）具主动加固特性的预应力锚固措施对控制边坡施工过程的变形，提高其短期和长期稳定性具有重要的作用；采用预应力锚