我国水利水电工程高边坡的加固与治理三

我国水利水电工程高边坡的加固与治理摘要：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，总结出了一整套水电高边坡工程勘测、设计、施工新技术。通过混凝土抗滑桩、混凝土沉井、预应力锚索、锚杆、以及减载、排水等加固、治理边坡的方式和措施的应用，成功地建成了天生桥二级、三峡、李家峡等复杂的高边坡工程。关键字：高边坡抗滑结构锚固减载排水治理水利水电工程边坡稳定问题是水利水电工程中经常遇到的问题。边坡的稳定性直接决定着工程修建的可行性，影响着工程的建设投资和安全运行。我国曾有几十个水利水电工程在施工中发生过边坡失稳问题，如天生桥二级水电站厂区高边坡、漫湾水电站左岸坝肩高边坡、安康水电站坝区两岸高边坡、龙羊峡水电站下游虎山坡边坡等等。为治理这些边坡不但耗去了大量的资金，还拖延了工期，成为我国水利水电工程施工中一个比较严峻的问题，有的边坡工程甚至已经成为制约工程进度和成败的关键。我国正在建设和即将建设的一批大型骨干水电站，如三峡、龙滩、李家峡、小湾、拉西瓦、锦屏等工程都存在着严重的高边坡稳定问题。其中三峡工程库区中存在10几处近亿立方米的滑坡体，拉西瓦水电站下游左岸存在着高达700m的巨型潜在不稳定山体，龙滩水电站左岸存在总方量1000万m3倾倒蠕变体等。这些工程的规模和所包含的技术难度都是空前的。因此，加快水利水电边坡工程的科研步伐，开发出一套现代化的边坡工程勘测、设计、施工、监测技术，已经成为水利水电科研攻关的重大课题。高边坡的地质构造往往比较复杂，影响滑坡的因素也很多，因此，我国广大水电科技人员在与滑坡灾害作斗争的过程中，不断总结经验教训，积极开展科技攻关，总结出了一整套水电高边坡工程勘测、设计和施工新技术，成功地治理了天生桥二级、漫湾、李家峡、三峡、小浪底等工程的高边坡问题。本文仅就水利水电工程岩质高边坡的加固与整治措施作一简要介绍。1、混凝土抗滑结构的应用1.1混凝土抗滑桩我国在50年代曾在少量工程中试用混凝土抗滑桩技术。从60年代开始，该项技术得到了推广，并从理论上得到了完善和提高。到80年代，高边坡中的抗滑桩应用技术已达到了一定的水平。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，诱发了面积约4万m2、厚度约25～40m、总滑动量约140万m3的大型滑坡体。初期滑动速度平均每日2mm，到次年2月底每日位移达9mm。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。抗滑桩分成两排布置在厂房滑坡体上，在584m高程上设置1排，在597m高程平台上设置1排，桩中心距6m，桩深为25～39m，其中心深入基岩的锚固深度为总深度的1／4，断面尺寸为3m×4m，设置15kg／m轻型钢轨作为受力筋，回填200号混凝土，每根抗滑桩的抗剪强度为12840kN，17根全部建成后，可以承受滑坡体总滑动推力218280kN。第一批抗滑桩从1987年3月上旬开工，5月下旬开始浇筑，6月1日结束。第二批抗滑桩施工是在1987～1988年枯水期内完成的。抗滑桩开挖深度达3～4m后，在井壁喷30～40cm厚的混凝土。对岩体较好的井壁采用打锚杆、喷锚挂网的方法进行支护，喷混凝土厚度10～15cm。对局部塌方部位增设钢支撑。抗滑桩开挖到设计要求深度后，进行钢筋绑扎和钢轨吊装。混凝土浇筑采用水下混凝土的配合比，由拌和楼拌和，混凝土罐车运输直接入仓，每小时浇筑厚度控制在1.5m内，特别是在滑动面上下4m部位，还需下井进行机械振捣。在浇到离井口5～7m时，要求分层振捣。每个井口设两个溜斗，溜管长度为10～14m，管径25cm。抗滑桩的建成，对桩后坡体起到了有效的阻滑作用。天生桥二级水电站厂房高边坡采用打抗滑桩、减载、预应力锚杆、锚索、排水、护坡等综合治理措施后，坡体的监测成果表明：下山包滑坡体一直处于稳定状态，而且有一定的安全储备。安康水电站坝址区两岸边坡属于稳定性极差的易滑地层，由于对两岸进行了大规模的开挖施工，所形成的开挖边坡最大高度达200余m，单坡段一般高度在30～40m。大量的开挖造成边坡岩体的应力释放，断面暴露，再加上雨水的侵入，破坏了边坡的稳定，致使边坡开挖过程中发生十几处大小不等的工程滑坡，严重地影响了工程的施工，成为电站建设中的重大技术难题。采用抗滑桩是稳定安康溢洪道边坡的主要手段，在263m高程平台上共设置了9根直径1m的钢筋混凝土抗滑桩，每根桩都贯穿几个棱体，最深的达35m，桩顶嵌入溢洪道渠底板内。为了不干扰平台外侧基坑的施工，桩身用大孔径钻机钻成，孔壁完整，进度较快，两个月就全部完成。这9根抗滑桩按两种工作状态考虑：在溢洪道未形成时，抗滑桩按弹性基础上的悬臂梁考虑，不考虑桩外侧滑面上部岩体的抗力；在溢洪道建成后抗滑桩桩顶嵌入溢洪道底板，此时按滑坡的下滑力考虑。傅抗滑旦桩混凝土纲标号贯为伐R282慕5循0刷号，钢筋瓣为甘φ妙4之0绳Ⅱ抓级钢。抗月滑桩怠于您198变2塞年婆1阅月施工察，瓜3痛月完成后逝，基坑继穴续下挖，森边坡上各堤棱体的基碍脚相继暴殖露。同蠢年得1件1度月，线在旷Fb7偿5塔与态F2阔2竞断层构成此的棱体下闻面坡根爆怕破开挖后惊，发现致在丧263衬m玻高程平台凭上捆沿院Fb7盐5度、坛F2邮2抱断层尤及妈7很号抗滑桩淋外侧近南砌北向出现泰小裂缝，度且裂缝不哈断扩大认，牺2市1衰天罚后膏7灾号抗滑桩播外侧昨的彻Fb7摇5兴～衬F2摊2散棱体下滑牺，依类靠村7练号抗滑桩劲的支挡，哗桩内侧山葡体得以保揪存。姨1.登2易混凝土萍沉井凶沉井樱是一种混赚凝土框架意结构，施俩工中一般恶可分成数拖节进行。蜡在滑坡工王程中既起李抗滑桩的衰作用，有课时也具备胖挡土墙的椒作用。努天生沫桥二级水错电站首部泛枢纽左坝越肩下游边您坡，在二巧期工程坝赢基开挖浇舰筑过程中细，曾技于熔198唤6键年吸6肥月形和燥198稳8箩年性2渗月两次出斧现沿覆盖翻层和部分逆岩基的顺框层滑动。所滑坡体月长熄80慨m订，昏宽樱45扫m义，高度差毕35趣m碌，最大深撞度挡9晴m膀，方量房约曲2逮万找m孙3价。徒为了亦避义免亲198协8秆年汛后左惯导墙和护望坦基础开跟挖过程中开滑体再度将复活，确舍保基坑的充安全施工冈，对左岸网边坡的整芬体进行稳胶定分析后筝，决定在奴坡脚实施记沉井抗滑辽为主和坡雷面保护、须排水为辅袄的综合治相理措施。菌沉井稳结构设计箱根据沉井驶的受力状枕态、基坑搜的施工条芹件和沉井式的场地布附置等因素说决定，沉末井结构平茄面哄呈竞“逮田晌”页字形，井承壁和横隔盖墙的厚度引主要由满长足下沉重蹈量而定。筋井壁上部迁厚臣80c华m慈，下部园厚坡90c洪m歉；横隔墙争厚度贝为朴50c退m愈，隔墙底戚高于刃脚昼踏铃面挺1.5底m孔，便于操累作人员在融井底自由扑通行。沉内井床深印11考m详，分金成影4政、篮3奴、步4筋m家高懒的播3走节。台沉井阴施工包括路平整场地瓜、沉井制骗作、沉井马下沉、填役心察4戴个阶段。徒下沉狸采用人工竹开挖方式歼，由人力抬除渣，简棉易设备运悲输，下沉概过程中需子控制防偏迁问题，做扔到及时纠躲正。合理鸟的开挖顺桂序是：先兔开挖中间年，后开挖妹四边；先畅开挖短边拾，后开挖蜂长边。沉胆井就位后判清洗基面沫，设显置矛φ订2社5愈锚访杆副(腊锚杆间距场为也2进m芽，肥深民3.5m雀)流，再浇辟筑存15册0宗号混凝土羊封底，最匙后述用马10假0乓号毛石混嘉凝土填心殿。西沉井董工程建成劳至今，已抖经受了多僻年的运行陕考验。目坐前，首部做边坡是稳进定的，沉灾井在边坡右稳定中的幕作用是明筹显的。蝶1.迎3君混凝土研框架和喷我混凝土护翅坡传混凝执土框架对奏滑坡体表均层坡体起刊保护作用佳并增强坡习体的整体射性，防止家地表水渗搂入和坡体担的风化。遣框架护坡领具有结构独物轻，材犯料用量省抬，施工方域便，适用课面广，便尺于排水，朴以及可与议其他措施旁结合使用嚷的特点。豆天生颜桥二级水省电站下山与包滑坡治嘉理采用混奔凝土护面辰框架，框暮架分两种众型式。滑胁面附近框前架，其节舱点设长锚弓杆穿过滑馅面，为一联设置在弹辩性基础上饿节点受集阳中力的框僻架系统；车距滑面较拥远的坡面浑框架，节迎点设短锚筹杆，与强的风化坡面惰在一定范袍围内形成夸整体。客下山霸包滑坡北贷段强风化肾坡面框架池采息用食50×5列0c腿m国、节点中蚀心奔2崭m稻的方形框头架，节点绕处设置两刃种类型锚斤杆：江在所55拼0上～滥560影m伸高程间坡液面，滑面金以上节点酿垂直于坡究面设邪置东φ围3裳6趴及岭φ晶3康2撤、寺长雅12酬m裂砂浆锚杆线，室在脖56铅5枝～馅580茅m喷高程间坡邻面则设垂幅直于坡面种的婚φ陪2叠8喷、材长迟6鸡m怜的砂浆锚供杆，管相应地框拆架配筋煤为盯8震φ今2菜0封和国4沟φ粥2捧0划。框架要扣求在坡面摔挖检30c忙m绘深为，喷50c宋m均宽的槽，歪部分嵌入醒坡面内，钞表层填土歇并掺入耕闻植上，形计成草本植求被的永久们护坡。学在岩盾性较好的臣部位可采脖用锚杆和困喷混凝土惰保护坡面阶。承资搜1.轮4逗混凝土非挡墙邮混凝偷土挡墙是馅治坡工程热中最常用替的一种方炕法，它能萄有效地从名局部改变膊滑坡体的占受力平衡啊，阻止滑峡坡体变形矿的延展。与纱在隶198这6筋年者6殊月，天生夺桥二级水咳电站工程甚下山包厂望址未定之鱼前，由于呢连降大葱雨丈(繁其降雨量获达剖91.2敞mm才)幼，仆550绩m读高程夹泥嫩层上面的丛岩体滑篇动粘1驴0赴余友c破m才，转584锯m山高程平台哀上出佣现驻3毕条裂缝，劲其中最长拥一届条永55马m开长晴，鸦2.2c移m添宽，下爆错执2c牺m基。为此采认取了像在规550滴m宪高程浇串筑歪5溪0柳余嫌m绒长的混凝蛋土挡墙和泽打锚杆等迁措施。土天生逆桥二级水堵电站厂房雅高边坡坡轰顶设置了陈混凝土挡约土墙，以命防止古滑到坡体的复具活，部分且坡面采用袭浆砌块石律护面加固蹄，坡艰脚娃680瓜m刃高程设置培混凝土防略护墙。草在漫吴湾水电站窄边坡工程床中也采取凉了浇混凝团土挡墙及冰浆砌石挡蝶墙、混凝荷土防掏槽搏等措施，租综合治理瞧边坡工程汁。抹1.注5内锚固洞据在漫而湾水电站吐边坡工程轮中，采用双各种不同钉断面的锚祥固塘洞呀6摇4咽个，形成临较大的抗改剪力。在拦左岸边坡童滑坡以前颠，已完额成海2m×2呈m捉断面小锚蹈固量洞态1煌8出个，每个房洞可承受建剪槐力童9000帐k毙N贸。此外，血还利用地石质探洞回假填等增加滚一部分剪努力。由于廉锚固洞具晓有一定的扎倾斜度，嘴防止了混怀凝土与洞疑壁结合不闪实的可能务性，同时乳采取洞桩纷组合结构宴的受力条饭件远较传匹统悬臂结垒构合理，不可望提供退较大的抗握力。水2氧、锚固技里术的应用舟采用异预应力锚薯索进行边口坡加固，粘具有不破比坏岩体，梢施工灵活煮，速度快府，干扰小布，受力可茎靠，且为赚主动受力趟等优点，植加上坡面郑岩体抗压忌强度高，夸因此，在敢天生桥二妈级、漫湾犹、铜街子痰、三峡、步李家峡等泼工程的边戏坡治理中妙都得到大组量应用。凭在漫胁湾水电站沟边坡工程坛中，采用京了逃1000危k灵N欣级锚汪索等137炒1风根吼、定1600训k辩N炊级锚吵索血2狐0意根痛、瓣3000史k姨N尊级锚控索零85丸9好根宣、购6000洪k戏N氏级锚龟索傅2回1谱根，均为构胶结式内连锚头的预梢应力锚索膀，采取后房张法施工数。预应力唐锚索由锚寄索体、内修锚头、外凯锚头三部纷分组成。烫内锚头用绝纯水泥浆伸或砂浆作盒胶结材料挽，其长挂度绑1000太k扁N挪级狭为恢5石～贡6克m灵，萝3000大k蔽N是级宏为允8程～承10m,孕6000是k役N姨级尼为鸟1疗0阳～油13叼m定；外锚头揪为钢筋混朗凝土结构抖，与基岩驰接触面的僵压应力控淋制训在技2.0M宿P维a味以内。订为提猛高锚索受板力的均匀例性，漫湾哀工程施工候单位设计不了一种小费型千斤顶舌，采蜓用殃“粱分组单根浙张疗拉请”梨的方法，慢如算3000桌k社N锻锚读索突1良9裹根钢绞线铜，每组承拉敢3扫根凭，益7等次张拉完霸；革6000耻k羊N狐锚辱索僻3取7峰根租，掩1趟0花次张拉完肚，既简化收操作程序姿，又提高封锚索受力距均匀性。睡锚索在补延偿张拉时抱可以用大饺千斤顶整赶体张饿拉蔽(脱如篇3000咽k蔬N逢锚伙索游)婆，也可继菠续用分组旬单根张拉缎方蛙法闪(肃如筐6000叨k颗N稍锚复索灵)栋，都不会开影响锚索新受力的均设匀性。垒在小导浪底工程黑中大规模猪采用的无捐粘结锚索坟具有明显粥的优点，欧其大部分匆钢绞线都跌得到防腐即油剂和护疫套的双重桑保护，并烟且可以重牛复张拉。毫由于在施纳工时内锚据头和钢铰子线周围的炎水泥浆材腐是一次灌枕入的，浆罚材凝固后印再张拉，捷因此减少桂了一道工顺序，提高怨了工效，狱但其价格弯相对较高寺。君在高那边坡施工扮过程中为肾保证开挖筹与锚固同著步施工，离必须缩短陵锚索施工皮时间，及奖早对岩体鼓施加预应来力，以达宅到加快工凝程进度，猛确保边坡铸稳定的目贺的。为此椅，结合八跳五科技攻腿关，在李尤家峡水电考站高边坡后开挖过程液中，成功酸将岩1000响k搏N晃级预应力诉锚索快速渡锚固技术符应用于工榨程中。室夕内和现场崖试验表明田，采甚用等N-测1留注浆体对和恒Y-祖1弄型混凝土舰配合比可烤以满总足锯1000沾k原N赞级预应力朝锚索各项怀设计技术宋指标，而醋施加预应个力的时间冻由常规被的后1衫4顶～逮28坛d害缩短盘到蚁3鼠～做5想d成。该项成底果对及时测加固高边耕坡蠕变和后松弛的岩羊体具有重澡要的现实协意义，充挡分体现怖了叼“辜快速、经黑济、安氧全稀”踏的原则。乎三峡逐永久船闸赌主体段高须边坡工程哗规模之大问、技术难演度之高均劳为国内外钓边坡工程枯所罕见，冷其加固过监程中，采刺取了喷混艳凝土、挂银网锚杆、塘系统锚杆李、打排水直孔、设置宽排水洞、袋采类用倚3000馋k宏N淋级预应力砌锚索等综苏合治理措烫施，其中瞧，志3000补k甚N质对穿锚织束趁192宋4烤束，在国寒内尚属首栏例。系统拒设寄计母3000舍k叹N乡级预应力沫对穿锚项束作122牌9砍束，孔充深析22.电1蠢～副56.4蒸m稠，主要分茧布在南北态坡直立墙察和中隔墩店闸首及上萄下相邻段顷。南北坡婆直立墙布突置两排，尿水平排才距辜1鲁0剃～拖20宝m冤，孔兽距第3块～思5唯m淋，第一排丘距墙浅顶航8软～茅10燕m慌，第二排惭距底板所高批20原m艇左右，均潮于两侧山乱体排水洞朴对穿。中题隔墩闸首览布刺置蓄3遇排，排绿距种10谦m简，孔行距践3.肉5负～道6.4爬m嘉，第一排荣距墙悬顶详10晃m古。此外，非动态设份计基3000钻kN或级预应力刊对穿锚便束舱69崖5梯束，孔刑深盏1裤6捐～句66夸m膏，主要布定置在中隔自墩闸室和勒竖井部位映。对穿锚默束分为无狡粘结和有元粘结两种耽型式，其庆结构主要筑由锚束束路体和内外愧锚头组成际。由于锚度索采取对失拉锚索的禽形式，将薯内锚头放总在山体内素的排水廊贵道中，因敞此，内锚批头不再是鼻灌浆锚固闯端，而是押置于廊道禁内的墩头绢锚或双向舒施加张拉馅的预应力些锚。这类阅加固方式秃将排水和悼锚固结合敢起来，减扭少了约占胖锚索长屈度仆1蛾／象3后～闹1院／鞭4理的内锚固缩段，是一捆种理想的侦加固形式察。旁预应借力锚杆也裤是常见的悉一种加固谁形式，如云天生桥二泼级水电站苦厂房高边滑坡工程中姜实施了减漆载、排水苦、抗滑桩歼等技术后太，滑坡位步移速度虽届有明显减翻小，可未澡能完全停赴止。为了您确保雨季主在滑坡体戏前方的施砌工安全，窗稳定抗滑各桩到滑坡腥体前缘的弓约么2漠0果～胳40谨m疾长恩，导1孩0歉余图万派m娃3彼的滑坡体系，决定牢在太565匆m伶高程马道差上设杏置钥300k否N激预应力锚仓杆。锚杆做分两排，屠孔摊距慨2兆m葱、孔仪径欢90m挨m辈，孔与水贼平共成除60中°础夹角，绸用作象3宴6赠的钢筋，匹共实施延了贵15蝶2片根预应力留锚杆，保倍证了工程近的安全。枕爱衬3筑、减载、丝排水等措针施的应用叹3.皱1扮减载、昨压坡花在有暗条件的情喜况下，减礼载压坡应奉是优先考粥虑的加固鹅措施。如愈天生桥二星级水电站附厂房高边取坡稳定分虏析结果表圣明，滑坡境体后缘受寇倾竹向渐S稿E排的陡倾岩县层影响，圆将毯向斑S(24央°购～耕71°)翁E蚊方向滑动隔。该方向柔与滑坡前隔缘滑移方魔向有某近护20臂°晃～栽60疫°汉的夹角，颜将部分下纯滑力传至凯滑坡体前合缘及治坡纹建筑物上急，对滑坡例整体的稳险定不利，出因此能有悦效控制后多坡滑移也仙就能减缓耕整体滑坡乱。陈在滑吸坡体后缘厅覆盖层最昌厚的部位苗，在保证众施工道路给布置的前混提下，尽西量在后缘矛减载。第蛋一次减滔载奋1共4参万梦余蛮m拒3呆，孤至圆610迅m框高程，第愈一次减载玩后，滑动估速度明显吹降低。紧植接着再减紫载踪1田2宫万冤余句m写3帅，嫂至性600期m光高程。两灶次减载未共隆2典6误万始余巾m赢3哈，滑坡抗尺滑稳定安拨全系数提浇高第约秀10病%沸。瘦乌江糠渡水电站池库区左岸乓岸坡距大毯坝迹约骑400体m般，有一石推灰岩高悬激陡坡构成竹的小黄崖逐不稳定岩磁体。滑坡鸽下部软弱过的页岩被蛙库水淹没普，地表上井部见有多夜条陡倾角陵孔缝状张雨开裂隙，最最大的水休平延伸长释度悄达虽200抢m冠，纵深切咬割忽190街m雄。拘4俗年多的变鄙形观测结喜果表明，堤裂隙顶部肠最大累计雀沉陷量弟达盏171.卧1m包m棕，最大累致计水平位朋移量够达始56.0柄m绸m世，估计可慌能滑动的示体积腰约驼5想0踩～算10甲0抗万分m馋3熟。为保证椒大坝的安超全，对小惊黄崖不稳辩定岩体先烦后进行了先两次有控样制的洞室绞大爆破，漠共爆破石墓方柿20.耕8联万涌m孕3惜。从处理率后的变形雪资料可以彻看出，已季达到了削甚头、压脚争、提高岩哥体稳