有關(guān)水利工程中高邊坡的加固治理分析

楊文鵬

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830091)

有關(guān)水利工程中高邊坡的加固治理分析

楊文鵬

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830091)

文章首先針對水利工程中影響高邊坡穩(wěn)定性的原因進(jìn)行介紹，總結(jié)為地層巖性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文條件以及地形地貌4方面。在此基礎(chǔ)上不斷的探討影響高邊坡加固治理的有效技術(shù)方法，針常用加固措施的具體施工過程進(jìn)行介紹，為水利工程建設(shè)穩(wěn)定性提升創(chuàng)造有利條件，并幫助進(jìn)一步解決常見技術(shù)性問題，促進(jìn)工程使用效率提升。

水利工程；高邊坡；邊坡失穩(wěn)；加固治理

1 水利工程中高邊坡加固治理的意義

水利工程項(xiàng)目建設(shè)中，高邊坡部分很容易出現(xiàn)滑落問題，影響到最終工程的安全使用。高邊坡受自身結(jié)構(gòu)影響遭受到雷雨天氣后結(jié)構(gòu)表面穩(wěn)定性因此受到影響，僅僅通過后期防護(hù)來解決問題，高邊坡破損問題一旦出現(xiàn)影響也已經(jīng)存在，后續(xù)的養(yǎng)護(hù)維修不但增大的成本投入，同時(shí)也導(dǎo)致水利工程的功能實(shí)現(xiàn)受到影響。而通過高邊坡加固治理措施的落實(shí)這些問題均得到了預(yù)防控制，高邊坡是按照一定范圍進(jìn)行劃分的，其穩(wěn)定性直接關(guān)系到水利工程施工建設(shè)項(xiàng)目是否成功，因此在加固治理措施的選擇上也要充分體現(xiàn)出水利工程的建設(shè)規(guī)模，選擇更合理的加固治理方案，以此來促進(jìn)水利工程使用功能得到實(shí)現(xiàn)，并在現(xiàn)場達(dá)到一個(gè)更理想的建設(shè)管理效果。

2 水利工程中高邊坡失穩(wěn)的原因

2.1 地層巖性

地層結(jié)構(gòu)中巖石的性質(zhì)比較松散，這樣的巖石層在承載性能上嚴(yán)重不足，同時(shí)高邊坡自身結(jié)構(gòu)重量比較大，如果僅依靠巖石層的承載能力來對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，自然在質(zhì)量安全上不能達(dá)預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。常常出現(xiàn)的問題是在所開展的水利工程建設(shè)中高邊坡已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際使用中仍然會受到現(xiàn)場環(huán)境因素的影響，地層巖性承載能力與穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致建設(shè)在基層巖石基礎(chǔ)上的高邊坡出現(xiàn)穩(wěn)定性失衡的現(xiàn)象，并不能為水利工程提供穩(wěn)定基礎(chǔ)環(huán)境。地層巖性及其組合是構(gòu)成高邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ),巖性決定巖石的強(qiáng)度、抗風(fēng)化能力、巖體結(jié)構(gòu)及所能保持的邊坡高度。巖石軟弱,風(fēng)化深度大,構(gòu)造破碎嚴(yán)重,當(dāng)切坡高度、陡度達(dá)到一定值時(shí)會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象[1]。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

這一原因表現(xiàn)為基層存在地質(zhì)斷裂層，承載能力自然也是不均衡的，水利工程的綜合質(zhì)量管理中，這一內(nèi)容也是很難體現(xiàn)的，通過簡單的技術(shù)性方法來配合解決常見問題，最終的工程建設(shè)質(zhì)量才能得到提升。影響高邊坡的穩(wěn)定性因素中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響所占比例也最大，對此加強(qiáng)管理計(jì)劃的落實(shí)應(yīng)用，也能得到更深入的解決，并為后續(xù)計(jì)劃開展創(chuàng)造一個(gè)有利環(huán)境，這也是解決問題的有效方法之一，斷層區(qū)域離地表越近這種影響也更加嚴(yán)重，高邊坡的自身結(jié)構(gòu)受基層地質(zhì)影響也十分嚴(yán)重，僅僅通過簡單的防護(hù)治理方法是很難達(dá)到效果，針對基層地質(zhì)問題仍然要從地基處理加固方面解決[2]。

2.3 地形地貌

受這一因素影響高邊坡很容易發(fā)生滑坡問題，滑坡雖然能夠通過簡單的治理方法解決，但如果在不合理的建設(shè)區(qū)域進(jìn)行水利工程施工，這種影響問題也會更加嚴(yán)重，高邊坡的滑坡問題也會逐漸增大。最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌的嚴(yán)重問題，地形地貌問題是很難解決的，只能在前期設(shè)計(jì)中對區(qū)域進(jìn)行合理選擇。受基層這種地形地貌的影響，會對高邊坡產(chǎn)生一個(gè)張應(yīng)力，坡面頂部因此損壞，出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量安全問題。

2.4 水文條件

水文深度增大后，基層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性因此而發(fā)生改變，地下水水位變化受多種因素影響，例如降雨、氣候季節(jié)變化等。因此水利工程建設(shè)任務(wù)完成后，在基層中也可能會因水文變化而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力體系改變的現(xiàn)象，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展最終導(dǎo)致整體承載力下降，難以達(dá)到預(yù)期的建設(shè)管理效果。水文條件問題前期治理也能得到適當(dāng)?shù)目刂疲档蛯λこ谈哌吰路€(wěn)定性的影響[3]。

3 水利工程中高邊坡的加固治理措施

3.1 混凝土抗滑結(jié)構(gòu)的運(yùn)用

3.1.1 混凝土沉井

以漫灣水利工程為例，井壁上部厚85cm，下部厚95cm；橫隔墻厚度為60cm，隔墻底高于刃腳踏面2.0m，便于操作人員在井底自由通行。沉井深13m，分成3、2、3m高的5節(jié)。沉井施工包括平整場地、沉井制作、沉井下沉、填心4個(gè)階段。下沉采用人工開挖方式，由人力除渣，簡易設(shè)備運(yùn)輸，下沉過程中需控制防偏問題，做到及時(shí)糾正。沉井就位后清洗基面，設(shè)置φ35錨桿(錨桿間距為3m，深4.5m)，再澆筑150號混凝土封底，最后用100號毛石混凝土填心。針對水利工程的高邊坡施工建設(shè)區(qū)域進(jìn)行整平處理，使平整度達(dá)到均衡，地下水文發(fā)生變化時(shí)，也要避免因地下水涌入而影響到加固效果，檢驗(yàn)周邊的混凝土漿料施工后凝固的強(qiáng)度提升情況，當(dāng)提升到70%左右時(shí)，可以進(jìn)行后續(xù)的封底施工，這樣不會造成周邊結(jié)構(gòu)變形。

3.1.2 混凝土擋墻

同樣是運(yùn)用混凝土材料，但與沉井法加固原理卻截然不同，通過增大高邊坡的側(cè)面支撐力來提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以此來達(dá)到支護(hù)加固效果。擋墻修筑在高邊坡的側(cè)下方，可以有效的治理滑坡問題，當(dāng)使用中的高邊破滑落現(xiàn)象利用擋墻避免范圍繼續(xù)擴(kuò)大，施工中需要注意的問題時(shí)基層排水系統(tǒng)修筑，在擋墻的合理位置預(yù)留排水管道的布設(shè)孔，既要保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)更應(yīng)該避免基層積水不能及時(shí)排出的問題。在加固前對高邊坡尺寸參數(shù)再次確定，并掌握需要加固的強(qiáng)度，這樣在最終的施工厚度控制上才更加合理，進(jìn)一步避免了工程隱患問題發(fā)生。

3.2 錨固技術(shù)的運(yùn)用

3.2.1 錨固洞

漫灣水利工程中，使用1000kN級錨索1647根、1600kN級錨索25根、3000kN級錨索758根、6000kN級錨索18根，均為膠結(jié)式內(nèi)錨頭的預(yù)應(yīng)力錨索，采取后張法施工。預(yù)應(yīng)力錨索由錨索體、內(nèi)錨頭、外錨頭三部分組成。內(nèi)錨頭用純水泥漿或砂漿作膠結(jié)材料，其長度1000kN級為5-6m，3000kN級為8-10m，6000kN級為10-13m；外錨頭為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與基巖接觸面的壓應(yīng)力控制在2.0MPa以內(nèi)。錨固洞深度確定后從上端開始逐漸增大加固的深度，待混凝凝固后形成一個(gè)穩(wěn)定的加固體系，將高邊坡所帶來的壓力均勻的分散在基層結(jié)構(gòu)中，也避免硬性損傷問題出現(xiàn)。選擇運(yùn)用加固技術(shù)前要有明確的針對目標(biāo)與方向，深入探討問題的解決原因，達(dá)到一個(gè)理想的建設(shè)管理效果，這樣才能在確保工程安全使用的同時(shí)避免發(fā)生材料浪費(fèi)的現(xiàn)象，工程造價(jià)成本也得到了合理控制[4]。

3.2.2 噴混凝土護(hù)坡

混凝土噴射護(hù)坡加固方法同樣也具有滑坡治理效果，同時(shí)也增大了整體邊坡的承載能力與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。按照所計(jì)算得出的比例對混凝土漿料進(jìn)行預(yù)制，由于邊坡具有一定的坡度，如果漿料凝固時(shí)間久可能會出現(xiàn)噴射加固不均勻的現(xiàn)象，針對這一問題，可以通過使用化學(xué)外加劑來進(jìn)一步提升加固效果，在噴射階段避免對噴頭造成堵塞，漿料在邊坡表面流動進(jìn)入到更深層次，這樣符合加固的使用需求，凝固后結(jié)構(gòu)表面強(qiáng)度也會有明顯提升。如果邊坡的面積比較大，選擇這種加固方法可能會受到一定影響，必要時(shí)也可以通過邊坡局部噴射的方法來提升結(jié)構(gòu)承載能力，來達(dá)到理想的加固效果。經(jīng)過結(jié)構(gòu)之間的相互配合來進(jìn)一步促進(jìn)穩(wěn)定性提升?；炷磷o(hù)坡施工速度十分快，工作效率高，治理加固高邊坡的成本較低，并可以與錨桿相結(jié)合，發(fā)揮良好的加固作用。噴混凝土護(hù)坡施工之前，需要清理巖層碎石，并安裝錨栓，從而更好的固定巖石，防止出現(xiàn)滑坡等問題。

3.2.3 預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在很多工程加固支護(hù)中都會選擇使用，可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行，并且加固效果理想，對于加固過程中可能會遇到的問題，通過這種相互控制方法也能得到更深入的解決。高邊坡深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在斷裂或者巖石結(jié)構(gòu)脆弱的現(xiàn)象時(shí)，向地基中預(yù)埋鋼筋材料，并觀察材料進(jìn)入到基層后基層的承載能力是否得到了提升。也可以通過地下混凝土漿料加固的方法來達(dá)到預(yù)應(yīng)力提升效果。為后續(xù)施工建設(shè)創(chuàng)造一個(gè)適合的基礎(chǔ)環(huán)境。通過這種方法來繼續(xù)深入提升現(xiàn)場的加固控制效果。預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)選擇前對于鋼筋混凝土材料的強(qiáng)度與標(biāo)號都要合理控制，否則達(dá)不到預(yù)期的加固效果。

3.3 排水節(jié)水技術(shù)運(yùn)用

當(dāng)?shù)鼗写嬖诖罅康募夹g(shù)不能及時(shí)排出的高邊坡穩(wěn)定性也會因此受到影響，針對這一問題，在所選擇的加固支護(hù)技術(shù)中，通過節(jié)水排水也可以達(dá)到預(yù)期效果。水利工程使用環(huán)境避免特殊，對于基層結(jié)構(gòu)修筑要選擇防滲透材料，避免滲透造成基層積水增多，降低對高邊坡基層的影響壓力。也可以選擇修筑溝渠的方法來促進(jìn)排水，自然降雨所產(chǎn)生的積水會隨著溝渠導(dǎo)流到指定區(qū)域內(nèi)，對于溝渠的布設(shè)也要嚴(yán)格設(shè)計(jì)，確保能夠發(fā)揮排水效果，同時(shí)也要降低對周邊生態(tài)環(huán)境所帶來的影響，這樣才能切實(shí)有效的解決問題。采取措施排除地表水，能夠降低巖土體中空隙水壓力，減少滑動力，從而增強(qiáng)高邊坡穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

綜上所述，在節(jié)約能源，開發(fā)新能源的時(shí)代背景下，水利水電工程的數(shù)量不斷增加，然而在很多水利水電工程施工中，出現(xiàn)了高邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，造成了較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。高邊坡穩(wěn)定性問題在水利水電工程施工中十分重要，甚至在一些情況下成為決定工程成敗的關(guān)鍵性因素。

[1]王玉峰,程謙恭,黃英儒.不同支護(hù)模式下黃土高邊坡開挖變形離心模型試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014(05):25-26.

[2]蔣水華,李典慶,黎學(xué)優(yōu),等.錦屏一級水電站左岸壩肩邊坡施工期高效三維可靠度分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2015(02):20-21.

[3]揭光政.極限分析和Monte-Carlo方法相結(jié)合的路基高邊坡的局部可靠度和加固效果研究[J].湖南交通科技,2016(02):28-29.

[4]馬克,唐春安,李連崇,等.基于微震監(jiān)測與數(shù)值模擬的大崗山右岸邊坡抗剪洞加固效果分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013(06):56-57.

1007-7596(2017)07-0117-03

2017-06-18

楊文鵬(1981-)，男，四川雅安人，工程師，從事工程地質(zhì)工作。

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