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我国水利水电工程高边坡的加固与治理

  1.4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。

  在1986年6月,天生桥二级水电站工程下山包厂址未定之前,由于连降大雨(其降雨量达91.2mm),550m高程夹泥层上面的岩体滑动10余cm,584m高程平台上出现3条裂缝,其中最长一条55m长,2.2cm宽,下错2cm.为此采取了在550m高程浇筑50余m长的混凝土挡墙和打锚杆等措施。

  天生桥二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,坡脚680m高程设置混凝土防护墙。

  在漫湾水电站边坡工程中也采取了浇混凝土挡墙及浆砌石挡墙、混凝土防掏槽等措施,综合治理边坡工程。

  1.5锚固洞

  在漫湾水电站边坡工程中,采用各种不同断面的锚固洞64个,形成较大的抗剪力。在左岸边坡滑坡以前,已完成2 m×2m断面小锚固洞18个,每个洞可承受剪力9000kN.此外,还利用地质探洞回填等增加一部分剪力。由于锚固洞具有一定的倾斜度,防止了混凝土与洞壁结合不实的可能性,同时采取洞桩组合结构的受力条件远较传统悬臂结构合理,可望提供较大的抗力。

  2、锚固技术的应用

  采用预应力锚索进行边坡加固,具有不破坏岩体,施工灵活,速度快,干扰小,受力可靠,且为主动受力等优点,加上坡面岩体抗压强度高,因此,在天生桥二级、漫湾、铜街子、三峡、李家峡等工程的边坡治理中都得到大量应用。

  在漫湾水电站边坡工程中,采用了1000kN级锚索1371根、1600kN级锚索20根、3000kN级锚索859根、6000kN级锚索21根,均为胶结式内锚头的预应力锚索,采取后张法施工。预应力锚索由锚索体、内锚头、外锚头三部分组成。内锚头用纯水泥浆或砂浆作胶结材料,其长度1 000 kN级为5~6m,3000kN级为8~10m,6000kN级为10~13m;外锚头为钢筋混凝土结构,与基岩接触面的压应力控制在2.0 MPa以内。

  为提高锚索受力的均匀性,漫湾工程施工单位设计了一种小型千斤顶,采用“分组单根张拉”的方法,如3000kN锚索19根钢绞线,每组拉3根,7次张拉完;6000kN锚索37根,10次张拉完,既简化操作程序,又提高锚索受力均匀性。锚索在补偿张拉时可以用大千斤顶整体张拉(如3000kN锚索),也可继续用分组单根张拉方法(如6000kN锚索),都不会影响锚索受力的均匀性。

  在小浪底工程中大规模采用的无粘结锚索具有明显的优点,其大部分钢绞线都得到防腐油剂和护套的双重保护,并且可以重复张拉。由于在施工时内锚头和钢铰线周围的水泥浆材是一次灌入的,浆材凝固后再张拉,因此减少了一道工序,提高了工效,但其价格相对较高。

  在高边坡施工过程中为保证开挖与锚固同步施工,必须缩短锚索施工时间,及早对岩体施加预应力,以达到加快工程进度,确保边坡稳定的目的。为此,结合八五科技攻关,在李家峡水电站高边坡开挖过程中,成功将1000kN级预应力锚索快速锚固技术应用于工程中。室内和现场试验表明,采用N-1注浆体和Y-1型混凝土配合比可以满足1000kN级预应力锚索各项设计技术指标,而施加预应力的时间由常规的14~28d缩短到3~5d.该项成果对及时加固高边坡蠕变和松弛的岩体具有重要的现实意义,充分体现了“快速、经济、安全”的原则。

  三峡永久船闸主体段高边坡工程规模之大、技术难度之高均为国内外边坡工程所罕见,其加固过程中,采取了喷混凝土、挂网锚杆、系统锚杆、打排水孔、设置排水洞、采用3000kN级预应力锚索等综合治理措施,其中,3000kN对穿锚束1924束,在国内尚属首例。系统设计3000kN级预应力对穿锚束1 229束,孔深22.1~56.4m,主要分布在南北坡直立墙和中隔墩闸首及上下相邻段。南北坡直立墙布置两排,水平排距10~20m,孔距3~5m,第一排距墙顶8~10m,第二排距底板高20m左右,均于两侧山体排水洞对穿。中隔墩闸首布置3排,排距10m,孔距3.5~6.4m,第一排距墙顶10m.此外,动态设计3000kN级预应力对穿锚束695束,孔深16~66m,主要布置在中隔墩闸室和竖井部位。对穿锚束分为无粘结和有粘结两种型式,其结构主要由锚束束体和内外锚头组成。由于锚索采取对拉锚索的形式,将内锚头放在山体内的排水廊道中,因此,内锚头不再是灌浆锚固端,而是置于廊道内的墩头锚或双向施加张拉的预应力锚。这类加固方式将排水和锚固结合起来,减少了约占锚索长度1/3~1/4的内锚固段,是一种理想的加固形式。

  预应力锚杆也是常见的一种加固形式,如天生桥二级水电站厂房高边坡工程中实施了减载、排水、抗滑桩等技术后,滑坡位移速度虽有明显减小,可未能完全停止。为了确保雨季在滑坡体前方的施工安全,稳定抗滑桩到滑坡体前缘的约20~40m长,10余万m3的滑坡体,决定在565m高程马道上设置300 kN预应力锚杆。锚杆分两排,孔距2m、孔径90mm,孔与水平成60°夹角,用36的钢筋,共实施了152根预应力锚杆,保证了工程的安全。

  3、减载、排水等措施的应用

  3.1减载、压坡

  在有条件的情况下,减载压坡应是优先考虑的加固措施。如天生桥二级水电站厂房高边坡稳定分析结果表明,滑坡体后缘受倾向SE的陡倾岩层影响,将向S(24°~71°)E方向滑动。该方向与滑坡前缘滑移方向有近20°~60°的夹角,将部分下滑力传至滑坡体前缘及治坡建筑物上,对滑坡整体的稳定不利,因此能有效控制后坡滑移也就能减缓整体滑坡。

  在滑坡体后缘覆盖层最厚的部位,在保证施工道路布置的前提下,尽量在后缘减载。第一次减载14万余m3,至610m高程,第一次减载后,滑动速度明显降低。紧接着再减载12万余m3,至600m高程。两次减载共26万余m3,滑坡抗滑稳定安全系数提高约10%.乌江渡水电站库区左岸岸坡距大坝约400m,有一石灰岩高悬陡坡构成的小黄崖不稳定岩体。滑坡下部软弱的页岩被库水淹没,地表上部见有多条陡倾角孔缝状张开裂隙,最大的水平延伸长度达200m,纵深切割190m.4年多的变形观测结果表明,裂隙顶部最大累计沉陷量达171.1mm,最大累计水平位移量达56.0mm,估计可能滑动的体积约50~100万m3.为保证大坝的安全,对小黄崖不稳定岩体先后进行了两次有控制的洞室大爆破,共爆破石方20.8万m3.从处理后的变形资料可以看出,已达到了削头、压脚、提高岩体稳定性的目的。

  3.2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,低洼积水地方用废碴填平,顺地表水集中的地方设排水沟排走地表水。如天生桥二级水电站厂房边坡工程治理中总共修建拦水沟、排水沟近10km.地下水的排除采取在滑坡体的后缘开挖总长384m的两条排水洞(距滑动面以下5~10m),并相联通,形成一个∪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。

  漫湾水电站边坡工程深层排水采用在坡面打深15~20m的排水孔,每6m×6m设一孔,利用施工支洞和专设排水洞排水,并在洞内向上、向坡外方向打辐射形排水孔,深15 m.三峡船闸高边坡稳定分析结果表明,地下水是影响边坡稳定的主要因素。三维渗流分析成果表明:船闸高边坡形成之后,在坡面喷混凝土防渗条件下遇连续降雨,若无排水设施,边坡山体地下水均在较高位置出逸;当设置排水洞后,地下水位较无排水情况有所降低,但不明显;当在排水洞中设置排水孔幕之后,地下水位有较大幅度降低,南北坡地下水出逸点已接近闸室底板高程,排水效果显著。为此,三峡船闸高边坡采用地表截、防、排水与地下排水相结合的综合排水方案,以地下排水为主,地表截、防排水为辅,有机结合,通过截、防、导、排,尽可能降低边坡岩体地下水位,减小渗水压力,改善边坡稳定条件,提高边坡稳定性。

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