梨園水電站念生墾溝特大堆積體滑坡治理

賀旭東

(云南金沙江中游水電開發(fā)有限公司,云南 昆明 650228)

1 工程概述

梨園水電站念生墾溝堆積體位于壩前右岸寬緩溝谷中,從前緣至后緣呈長(zhǎng) "喇叭"形分布,主溝高程1 500~1 690 m,平均地形坡度約12°,長(zhǎng)約1 200 m,寬400~500 m,堆積物厚度一般30~60 m,約1 700X104m3.1 690 m高程以上分左、右耳,左耳變形高程至1 800 m,長(zhǎng)約280 m,寬50~200 m,厚度一般20~50 m,約140X104m3;右耳變形高程至1 850 m,長(zhǎng)約530 m,寬50~180 m, 厚度一般30~50 m,約160X104m3.

堆積體成分復(fù)雜,基覆界面是從幾米至30~40 m不等的殘積層,為粘土質(zhì)礫和粘土質(zhì)砂.中上部為第四系沖積、洪積、坡積、崩積、滑坡堆積和冰磧物等混合堆積物,透水層和相對(duì)隔水層交錯(cuò)分布,局部有豐富的滯水帶存在,對(duì)堆積體穩(wěn)定極為不利.

溝內(nèi)分層布置有多條永久及臨時(shí)施工道路,下部布置一臨時(shí)棄渣場(chǎng),前緣臨江部位布置有導(dǎo)流洞明渠,后部1 690 m高程平臺(tái)布置施工臨時(shí)營(yíng)地.2008年6月溝內(nèi)項(xiàng)目陸續(xù)施工,2008年8月開始從1 690 m高程至前緣陸續(xù)出現(xiàn)了不同程度的變形和滑移,范圍逐漸擴(kuò)大至整個(gè)堆積體,速率逐漸加快.

2 治理措施

2.1 快速止滑

堆積體下部導(dǎo)流明渠工期緊張,需在2009年前基本完成對(duì)該堆積體的治理.為此,建設(shè)者采取了大量緊急措施止滑,以便使滑移速率盡快降下來,為實(shí)施大規(guī)模永久治理措施創(chuàng)造條件.

2.1.1 壓載

滑移主要原因是導(dǎo)流洞明渠開挖導(dǎo)致整個(gè)堆積體切腳引起抗滑力下降.因此,最有效最直接的快速止滑措施是在明渠部位回填土石料壓腳.共回填壓腳方量約100萬m3,效果明顯.

2.1.2 抽排水

治坡先治水,由于該堆積體滑移速率大,水平排水孔成孔困難,永久排水洞也因時(shí)間關(guān)系不能立即成洞發(fā)揮作用.為降低地下水位,在地下水較多的堆積體中部打井抽水,抽排堆積體內(nèi)的水.

2.1.3 卸載

結(jié)合永久卸載要求,同時(shí)在堆積體上、中部和中下部進(jìn)行削方減載.其中,在高程1 543~1 580 m之間減載75.63萬m3,在1 580~1 690 m之間減載231.28萬m3,共卸載306.9萬m3,大大減小了下滑力,減緩了滑移速率,并通過開挖減薄堆積體厚度,為后續(xù)抗滑樁和錨索施工創(chuàng)造條件.

2.1.4 小型鋼管樁、鋼軌樁

分別在中部區(qū)域高程1 670、1 650 m平臺(tái)實(shí)施能夠快速施工、快速發(fā)揮作用的小型鋼管樁和鋼軌樁.其中,在1 670 m平臺(tái)實(shí)施17根直徑800 mm和39根直徑1 000 mm的鋼管樁及16組、每組由16根工字鋼組成的組合鋼軌樁;在1 650 m平臺(tái)實(shí)施16根鋼管樁和9組組合鋼軌樁.

以上快速止滑措施效果明顯,在實(shí)施后半個(gè)月至2009年4月底,堆積體滑移速度迅速降至毫米級(jí),為后續(xù)大規(guī)模永久治理措施的實(shí)施創(chuàng)造了條件.

2.2 永久抗滑治理

2.2.1 排水

地下排水系統(tǒng)由排水洞及洞身排水孔組成,分別在堆積體上部1 764 m高程,中部1 630 m及1 610 m高程和下部1 542 m高程布置了4條地下排水洞,總長(zhǎng)約2 123 m.在各層排水洞內(nèi)向上設(shè)置輻射狀系統(tǒng)排水孔,排距3 m,每排3孔,同時(shí)沿排水洞軸線從地表向下打設(shè)φ168 mm排水孔幕與排水洞連通,水平間距5 m,明顯滲水處加密,內(nèi)置塑料盲溝,共設(shè)置363個(gè)、總長(zhǎng)約14 896 m的排水孔.由地下排出的地下水最終通過地表排水溝排入金沙江.

地表排水系統(tǒng)包括坡面截排水溝和排水孔.為防止雨水滲入堆積體,沿堆積體外緣周邊設(shè)置截水溝,在堆積體內(nèi)部設(shè)置縱橫向地表排水溝,地表截、排水溝長(zhǎng)約4 800 m.沿堆積體各級(jí)卸載形成的邊坡坡腳部位和滲水部位成排設(shè)置φ168mm大孔徑深排水孔,孔深約60 m,間距5~10 m,局部滲水處加密,內(nèi)設(shè)塑料盲溝,共設(shè)置了256個(gè)、總長(zhǎng)約15 360 m的排水孔,將堆積體內(nèi)部地下水引排出,并通過地表排水溝排入金沙江.

2.2.2 支擋

念生墾溝堆積體長(zhǎng)度大、高差大、厚度大、方量大、含水量大,導(dǎo)致總下滑力巨大,由于導(dǎo)流明渠的開挖導(dǎo)致堆積體切腳引起抗滑力減少,必須布置大量的支擋措施來提高抗滑力,主要支擋措施包括抗滑樁和錨拉板.

抗滑支擋主要分3級(jí)進(jìn)行,即分別在前緣 (導(dǎo)流明渠右側(cè)1 510~1 531 m高程之間)、中部水位變動(dòng)區(qū) (1 600~1 640 m高程之間)和上部 (1 690~1 780 m高程之間)布置了3層支擋措施.

2.2.2.1 抗滑樁

抗滑樁以機(jī)械樁為主,人工挖孔樁主要布置在上部1 690 m高程平臺(tái),作為左、右耳的支擋措施.

(1)前緣明渠右側(cè)1 510 m高程平臺(tái).1、2期共設(shè)置2排106根鋼筋混凝土抗滑樁.其中,1期第1排74根沿明渠右側(cè)全長(zhǎng) (整個(gè)堆積體前緣滑動(dòng)區(qū)域)布置;2期在堆積體左側(cè)滑移最大處即主滑區(qū)前緣布置第2排32根,與1期樁軸線平行布置于其后.采用圓形機(jī)械造孔,直徑2.2 m,樁身高30~48 m,深入基巖13~16 m(約1/3樁長(zhǎng)),頂部設(shè)連系梁將所有樁連為一個(gè)整體,第2排32根也通過連系梁與第1排聯(lián)合受力.前排每根抗滑樁上部設(shè)置3根3 000 kN級(jí)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索,錨索穿過堆積體錨入基巖,長(zhǎng)度一般為50~70 m.

(2)中部1 600 m高程平臺(tái).1期在1 600 m高程平臺(tái)左側(cè) (滑移最大處)邊坡坡腳處設(shè)置1排抗滑樁41根,2期設(shè)置24根抗滑樁,與1期樁軸線平行布置于其前.3期在1 600 m高程平臺(tái)堆積體右側(cè)部位設(shè)置36根抗滑樁,將1、2期未包括部位涵蓋.采用圓形機(jī)械造孔,直徑2.2 m,樁身高26~50 m,深入基巖10~18 m(約1/3樁長(zhǎng)),2排樁均利用連系梁連為一個(gè)整體聯(lián)合受力,每根樁設(shè)置2根2 000 kN級(jí)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索,錨索穿過堆積體錨入基巖,長(zhǎng)度一般為50~70 m.

(3)上部1 690 m高程平臺(tái).該部位主要系對(duì)左、右耳牽引滑動(dòng)區(qū)進(jìn)行支擋,人工挖孔樁為主.其中,1期布置在1 690 m高程平臺(tái)右耳根部8根、左耳根部5根3 mX5 m人工挖孔樁.由于1期施工時(shí)間主要在2009年,堆積體蠕動(dòng)變形一直未停止,人工挖孔樁施工過程中樁身變形較大,嚴(yán)重影響施工安全.因此,右耳8根樁入巖3~5 m后被迫澆筑混凝土,抗滑效果不明顯.2010年以后,右耳部位變形一直未完全收斂,在3期治理中,對(duì)右耳進(jìn)行了加強(qiáng).考慮到施工主要在汛后進(jìn)行,其時(shí)變形已較小,施工安全有保證,仍然采用人工挖孔樁,在原挖孔樁后側(cè)平行增設(shè)1排11根半埋式人工挖孔樁,斷面3 mX6 m,樁身長(zhǎng)16.5~55 m,入巖深度4.5~16 m,不小于1/4樁身長(zhǎng)度,樁頂用連系梁連為整體,每根樁頂部設(shè)置2根3 000 kN級(jí)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索,長(zhǎng)60~70 m.

2.2.2.2 錨拉板

(1)前緣 (導(dǎo)流明渠右側(cè)).分別在2級(jí)邊坡即1 510.8~1 521.5 m高程之間和1 521.5~1 531.5 m高程之間設(shè)置錨拉板,利用水平板、樁頂連系梁將錨拉板和抗滑樁連為整體,在板上按間排距4 m布置2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索337根,長(zhǎng)約50~70 m,錨入基巖.

(2)中部 (水位變動(dòng)區(qū)).分別在高程1 600~1 620 m、1 620~1 640 m的2級(jí)邊坡設(shè)置錨拉板,在邊坡坡腳利用樁頂連系梁與1 600 m高程的抗滑樁連為整體,在板上按間排距4 m布置2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索279根,長(zhǎng)約50~70 m,錨入基巖.

(3)上部 (右耳部位).在高程1 760~1 780 m設(shè)置錨拉板,在板上按間排距4 m布置2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索55根,長(zhǎng)約30~40 m,錨入基巖.

3 治理效果

該堆積體自2008年8月開始滑移到2009年4月開始大規(guī)模治理,再到2011年8月3期治理結(jié)束至今,前后歷時(shí)4年10個(gè)月,其中治理時(shí)間近2年半,期間經(jīng)過明渠開挖、暫停開挖、回填壓腳、恢復(fù)開挖以及2009年、2010年、2011年和2012年4個(gè)汛期的考驗(yàn),前緣導(dǎo)流明渠過流已超過3年.該堆積體經(jīng)過了局部小范圍變形到滑移速率逐漸加快,直至堆積體整體急速滑移,后在采取快速止滑措施后滑移逐漸減緩,隨后經(jīng)過1、2、3期近2年半的治理.目前,各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈收斂狀態(tài),日變形率趨于零.這說明念生墾溝堆積體已完全穩(wěn)定,各項(xiàng)治理措施發(fā)揮了應(yīng)有的作用.

4 幾點(diǎn)思考

4.1 提高認(rèn)識(shí),加強(qiáng)勘察,做好預(yù)控

西南高山峽谷地帶的緩坡臺(tái)地或沖溝谷口,多是由沖、洪積物或崩坡堆積物組成,應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到其穩(wěn)定不利的一面.筆者就多次遇到暴雨引起的泥石流或類似念生墾溝因人工擾動(dòng)發(fā)生的邊坡滑移等地質(zhì)災(zāi)害.在勘察設(shè)計(jì)階段應(yīng)加強(qiáng)勘察調(diào)查,對(duì)其周邊環(huán)境、成因、組成、性狀等進(jìn)行仔細(xì)研究,對(duì)其穩(wěn)定性做全方位的計(jì)算和評(píng)估,不要輕易擾動(dòng)或布置建筑物,確實(shí)因條件限制或結(jié)構(gòu)布置需要改變其原狀時(shí),應(yīng)充分預(yù)估施工可能引起堆積體抗滑力不足或其他條件改變 (如暴雨、振動(dòng)等)影響其自身的穩(wěn)定性,應(yīng)預(yù)先按等效替代原則,采取工程措施維持其原有抗力或清除其不利條件,而不是等到滑移或泥石流發(fā)生后再去治理.由于滑面產(chǎn)生后堆積體摩擦力急劇減小引起抗滑力急劇下降,加之巨大的慣性作用,抗滑治理成本也將大為增加,念生墾溝堆積體滑移就是一個(gè)很好的教訓(xùn).對(duì)于類似念生墾溝堆積體這種成分復(fù)雜、地下水豐富、結(jié)構(gòu)松散的堆積物應(yīng)特別提高警惕.

4.2 根據(jù)滑移特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的治理

念生墾溝堆積體量大、滑移速率快、延續(xù)時(shí)間長(zhǎng),加之工期緊張,需要在較短時(shí)間內(nèi)取得治理效果,加之其成分復(fù)雜、地下水豐富,給施工帶來不小的難度.根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的治理:①為快速止滑進(jìn)行的壓腳、排水等,為后續(xù)治理創(chuàng)造了條件;②人工挖孔樁施工難度高、進(jìn)度慢、安全風(fēng)險(xiǎn)大,主要部位不能采用人工挖孔樁,而是采取施工快捷、安全的機(jī)械樁;③調(diào)查滲水部位,進(jìn)行有針對(duì)性的排水;④分期治理確保明渠開挖,以保證整個(gè)工程工期和工程永久運(yùn)行安全;⑤分級(jí)治理確保上、中、下各部位安全并利于施工布置;⑥通過認(rèn)真模擬計(jì)算,采取有針對(duì)性的卸載以最有效降低下滑力.

4.3 對(duì)錨拉板和排水的作用探討

錨拉板是邊坡治理中增加抗滑力的一種主要手段,在各種邊坡治理中大量應(yīng)用.由于念生墾溝堆積體成分復(fù)雜、地下水豐富、結(jié)構(gòu)松散、顆粒細(xì)小,且錨索長(zhǎng)度普遍在50 m以上,很容易因堆積體蠕變而使錨拉板產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng),從而導(dǎo)致錨索失效.因此,應(yīng)確保錨拉板盡量和抗滑樁布置在一起并連為一體共同受力.本工程中,在1 510.8~1 531.5 m高程之間靠近導(dǎo)流洞進(jìn)口部位的部分錨拉板就因未能與抗滑樁連為整體而失效.

治坡先治水,排水對(duì)于滑坡治理作用很大,念生墾溝堆積體能夠快速止滑,與采取的多種排水措施關(guān)系很大.但由于念生墾溝堆積體透水體和隔水層交錯(cuò),周邊山體滲水通道難以完全調(diào)查清楚,排水孔堵塞嚴(yán)重,穩(wěn)定計(jì)算及治理時(shí)排水措施主要考慮其前期快速止滑的作用,后期永久治理則主要將其作為安全儲(chǔ)備,并要求定期維護(hù).

5 結(jié) 語

目前,念生墾溝堆積體總體穩(wěn)定,治理思路和方法卓有成效.在治理過程中所采取的壓腳、卸載、排水、抗滑樁、錨拉板等措施均是邊坡治理的主要方法,對(duì)其他類似滑坡治理有一定的借鑒意義.希望其他工程建設(shè)者遇到類似問題、類似邊坡能夠采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施,確保工程安全、經(jīng)濟(jì).

[1] 黃熠輝,高雅芬,熊立剛.龍開口混凝土重力壩右壩頭邊坡處理措施[J].水力發(fā)電,2011,37(8):18-20.