浅析我国水利水电工程高边坡

1、浅析我国水利水电工程高边坡摘要：在水利水电工程建设和运行中，滑坡体和边坡是重要的危险因素，严重威胁水利水电 枢纽工程安全，若防范不当，可能造成人们生命财产的重大损失。因此，边坡稳定分析一直 是岩土工程中的重要研究内容，其中高边坡的稳定性问题在铁路、公路、矿山和水利建设中 越来越引起人们的重视。对高边坡的破坏类型、破坏的内外因素以及边坡防护措施进行了分 析和阐述。关键词：高边坡稳定性加固措施一：我国水利水电工程边坡及其工程技术具有以下特点：（1）边坡工程规模大。开挖边坡高度从白米级发展到现在的数百米级，开挖边坡体积从数 十万立方米至数千万立方米，开挖边坡的水平深度从数十米到数百米级。（2）边坡地

2、质条件复杂。不仅有各种复杂的成因、物质组成、工程特性的覆盖层边坡或滑 坡体，还有各种复杂结构和构造，甚至还涉及高地应力、高地下水位等复杂作用。（3）边坡稳定性至关重要。其安全性不仅关系工程安全、建筑物安全，而且对工程造价和 施工工期也有重要影响，与枢纽总体布置和建筑物设计关系密切。（4）边坡设计和施工要求高。分析评价边坡稳定状态，影响边坡稳定性的主要因素，预测 可能的发展变化趋势，综合考虑施工期、运行期各种作用和边坡岩体、滑坡体物理力学特性 的可能变化、边坡失稳的可能影响，提出合理的施工措施。（5）治理措施针对性强。按照“安全可靠、经济合理、技术先进、环境友好”的设计原则， 提出了治坡先治水的

3、设计思想。边坡开挖加固处理措施中，控制爆破、预加固、锚喷支护、 抗滑桩、混凝土回填、固结灌浆等措施选择余地大，灵活多样，针对性强。防渗排水体系， 安全监测体系成为高边坡治理中必不可少的组成部分。二：高边坡实例南盘江天生桥二级水电站厂房高边坡：其南坡至厂房基坑底部坡高70米，其中永久边坡高 30米，临时边坡高40米，属反倾向薄层砂页岩互层边坡，一倾倒破坏为变形特征。分布江 洞沟组层砂岩夹泥页岩，岩层倾向破内，倾角60左右，组成逆向坡。开挖后的边坡比一 般为1:0.81:0.5。在施工期的4个月中，先后三次发生岩层的倾倒破坏。三：高边坡的破坏形式及变形类型破坏形式：（1）坡体变形:边坡所在山体或斜

4、坡体工程地质条件较差，有不良坡体或岩体结构，有贯通且 延伸度长的倾向临空的不利结构面或软弱夹层,地下水发育,影响范围深。（2）边坡变形：在边坡范围内工程地质条件较差或含水量高时，易发生如坍塌、浅层滑坡、 局部楔形体滑动等。（3）坡面变形：坡体边坡自身是稳定的，但坡面在外界因素作用下，因剥蚀、风化、冲刷 等产生坡面变形,如碎落、剥落、落石、冲沟等，破坏深度一般为坡体表层12 m范围。变形类型：（a）坍塌：多是边坡的局部坍塌，但也有从局部开始发展为整个边坡的大型坍塌，还有可 能发展为滑坡。（b）滑坡：依滑体物质可分为土质滑坡和岩质滑坡。（c）崩塌：依其发生机制可分为沿“-”节理面崩塌、滑动崩塌、倾

5、倒崩塌等，在边坡上多 是局部变形.（d）错落：是引起坡体以垂直下错为主的变形现象。（e）倾倒：向开挖面倾倒的现象。其可以转化为崩塌或滑坡。四：影响边坡稳定性的因素（1）地质构造:地质构造决定岩层的产状，节理裂隙的性质及发育程度，断层破碎带的性 等受构造的影响，如高边坡体上节理裂隙发育，岩体破碎，将严重影响高边坡的稳定性；（2）水文地质条件:水是造成边坡失稳的重要因素地下水软化岩体降低其强度，增大容量 而增大了下滑力，产生静动水压力，从而产生边坡的失稳；（3）地形地貌:地形地貌也是产生滑坡的重要条件。不利形态和规模的边坡往往在坡顶产 生张应力引起坡顶张裂缝，或是在坡脚产生剪应力，这些都会极大的降

6、低边坡的稳定性。（4）降雨:大气降水是滑坡致灾的最主要外因。降水对滑坡的作用是一个动态过程大气 降水注入滑体，增加岩土的含水量、增加岩土体容重、软化岩体、降低岩体的抗剪强度。降 雨渗入到风化岩土体之下的基岩面或断水层面变成润滑剂，降低了接触面的抗滑稳定性，从而 导致了滑坡的发生。（5）人为因素：边坡设计的不合理，爆破开挖等等造成边坡变形破坏，甚至整体失稳。五：高边坡的安全监测实例：三峡永久船闸高边坡安全监测1：永久船闸高边坡安全问题的特点（1）源自于构成的材料；三峡永久船闸地区的闪云斜长花岗岩是很坚硬的岩石，岩体力学 性质主要受节理裂隙影响。尽管在施工开挖之有侧吐行了大量地质勘探和岩石力学试验

7、，但 其数量毕竟有限，对于边坡岩体结构面的多少、分布和产状、以及岩体物理力学性质的认识， 存在着相当程度不确定性。（2）岩石高边坡安全问题的特点还来自于所承受的荷载。混凝土大坝特别是重力坝所承受 的主要工程荷载是库水压力，在施工过程中它还不存在，混凝土大坝在施工过程中其基岩 开挖也基本上没有类似高边坡的安全问题。大部分高边坡安全检测内容有：1）巡视检查：裂缝、坍塌、排水、支护、监测设施等2）外部变形：表面变形监测点、裂缝3）深部变形：钻工轴向变形、垂直钻孔轴向变形4）加固效应：锚索（杆）荷载、锚杆应力、抗滑支挡结构5）渗流：地下水位、神流浪、水质分析6）专项监测：爆破振动、声波、地应力7）环境

8、量：降水量、江河水位三峡永久船闸高边坡安全监测设计的关键技术:考虑到船闸工程安全的特殊重要性，针 对高边坡的整体稳定性，选定了两个关键监测部位断面，即第一闸首及其基础，和第三闸首 及南北两侧高边坡；5个重要监测部位断面。监测方法变形监测： 水平位移监测闸首南北坡侧闸墩各设一条正、倒垂线，中隔墩两侧各设一条 正垂线，其间设一条伸缩仪测线，监测岩体相对变形。这些正垂线也是挠度和倾斜变形的监 测垂线。 垂直位移监测闸首南北坡侧闸底基础排水廊道都设有静力水准和精密水准测点 并各以一双金属标作为工作基点。闸首边墩顶部设精密水准测点。闸首基底设基岩变形计 左线支、右线支。渗流监测： 从船闸的左侧山体经一闸

9、首及右侧的非溢流坝段设置一个渗流监测横断面， 断面上闸首左、右闸墩基底以及闸槽基底的排水幕线上和幕前，均设有测压管。连同两侧非 溢流坝段和两侧山体共布置测压管支。整个永久船闸第一至第六闸首沿条基础排水廊道 各设立一个渗流监测纵断面，其中第一闸首每个断面上设支测压管。闸首直立墙背混凝 土与基岩的个接触面上各布置支渗压计，共计支。闸首纵向基础排水廊道内，以及左、 右侧基础排水平洞中共设置个量水堰。应力、应变、温度接缝及裂缝监测：应力、应变监测为监测两线闸墩的应力集中情况，布 置应变计组巧支、拉应力计支、压应力计支。钢筋计主要布置在左线闸墩迎水面上和中心线 底板上，共计支。在左线闸墩两侧墙背的锚杆上

10、，布置有锚杆应力计支。温度监测左、 右两闸首底板中部各设一深的地温监测孔，每孔布置支温度计，在边墩及底板混凝土中按 网格状布置温度计。共计布置温度计支。接缝及裂缝监测为监测混凝土边墩与陡坡接触 缝，共布置测缝计支。在左、右闸首与中隔墩岩体接触缝上，埋设支测缝计。在闸首底板与 闸墩顺水流向纵缝上布置支测缝计。六：高边坡加固处理措施1：混凝土抗滑桩。抗滑桩由于能有效而经济地治理滑坡，尤其是滑动面倾角较缓时，其效果更 好，因此在边坡治理工程中得到了广泛采用。如:天生桥二级水电站于1986年10月确定厂房 下山包坝址后,11月开始在厂房西坡进行大规模的开挖,加上开挖爆破和施工生活用水的影 响，诱发了面

11、积约4万m2、厚度约2540 m、总滑动量约140万m3的大型滑坡体。初期滑 动速度平均每日2 mm,到次年2月底每日位移达9 mm。如继续开挖而不采取任何工程处理 措施，预计雨季到来时将会发生大规模的滑坡，为此，采取了抗滑桩等一整套治理措施。2：锚固。通常对岩质边坡进行表面系统锚固。必要时使用预应力锚索对边坡进行整体锚固。 和地下工程一样,对岩质边坡的坡面进行系统的喷锚，对提高边坡的稳定性十分有利,但水电 工程中广泛采用的砂浆锚杆存在着施工中难以检查注浆饱满、密实程度的缺点。近年来在 柴石滩等工程中采用了自钻式注浆锚杆。这类锚杆本身即为钻头成孔后不再拔出。并保证 了每一根锚杆都在一定的压力下

12、与浆材结合,是一个值得推广的新技术。3：减载、压坡。在有条件的情况下，减载压坡总应该是优先考虑的加固措施。天生桥二级厂 房发生大规模的滑移时,卸载约22 2万m3,使安全系数增加65%左右,边坡变位速率明显降 低。可见其重要性。4：排水、截水。地表水渗入滑坡体内，既增加滑坡体的重量，增加滑动力，又降低了滑动 面上岩层的内摩擦力，对滑坡体的稳定是不利的。对于滑坡体以外的山坡上的地表水，采取 层层修建拦水沟、排水沟的方法排水。在坡体范围内的地表水，对开裂的地方用黄土封堵， 低洼积水地方用废渣填平，顺地表水集中的地方设排水沟排走地表水。如天生桥II级水电站 厂房边坡工程治理中总共修建拦水沟、排水沟近

13、10km。地下水的排除采取在滑坡体的后缘 开挖总长384m的2条排水洞(距滑动面以下510m)，并相联通，形成一个U形环，在排 水洞内再设排水孔，把滑动体内地下水引入排水洞。5：混凝土挡墙。混凝土挡墙是治坡工程中最常用的一种方法，它能有效地从局部改变滑坡 体的受力平衡，阻止滑坡体变形的延展。天生桥II级水电站厂房高边坡坡顶设置了混凝土挡 土墙，以防止古滑坡体的复活，部分坡面采用浆砌块石护面加固，坡W680m高程设置混凝 土防护墙。6：灌浆加固。灌浆加固可增加岩石完整性和岩石强度、经验表明，水泥灌浆加固可使岩体 抗拉强度提高0.1MPa，相当于安全系数提高50%以上，在施工顺序上一般先进行锚固，再 逐段灌浆加固；结语：边坡加固方法与技术虽然很多，但随着工程建设规模的不断增大，边坡高度增加， 复杂性增大，对边坡加固技术的要求也越来越高。我国广大水电建设者在与滑坡灾害作斗争 的过程中不断总结经验教训，开展科技攻关，使得边坡加固技术能够得到不断提高，相信在 不久的将来，高边坡的防护等等治理措施会更加完善。参考文献：1中国典型工程边坡水利水电工程卷主编 周建平中国水利水电出版社高边坡加固综述J.水利科技与经济,2007,13(1),65-66.潘