聯(lián)合加固技術(shù)在青山水庫(kù)大壩左岸邊坡加固中的應(yīng)用

(桓仁縣水務(wù)局， 遼寧 桓仁 117200)

聯(lián)合加固技術(shù)在青山水庫(kù)大壩左岸邊坡加固中的應(yīng)用

韓東海

(桓仁縣水務(wù)局， 遼寧 桓仁 117200)

隨著水利水電工程建設(shè)向地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)推進(jìn)，單一的加固措施已經(jīng)不能滿足大型邊坡加固的需求。本文以遼寧省葫蘆島市青山水庫(kù)大壩左岸邊坡為例，提出以錨桿、抗剪洞為主，輔以其他加固方式的聯(lián)合加固措施。工程實(shí)踐顯示，錨桿早期發(fā)揮抗剪能力，抗剪洞可以在邊坡滑動(dòng)破壞過(guò)程中發(fā)揮重要作用，兩者的協(xié)調(diào)作用可以大幅提升邊坡加固的工程效果。

邊坡加固；青山水庫(kù)；錨桿；抗剪洞；協(xié)調(diào)作用

邊坡失穩(wěn)不僅會(huì)引發(fā)眾多工程建設(shè)方面的問(wèn)題，甚至還會(huì)造成人員傷亡和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，因此加固措施就成為保障邊坡穩(wěn)定的重要手段[1]。隨著中國(guó)水利工程建設(shè)進(jìn)一步向偏遠(yuǎn)地區(qū)推進(jìn)，工程本身面臨的地質(zhì)環(huán)境日趨復(fù)雜，單一的邊坡加固措施已經(jīng)不能滿足實(shí)際工程需求。因此，邊坡聯(lián)合支護(hù)技術(shù)在工程實(shí)踐中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用[2]。由于不同加固措施之間相互作用的存在，使得聯(lián)合加固過(guò)程中各加固措施的協(xié)調(diào)作用十分復(fù)雜，一旦設(shè)置不當(dāng)，不僅不能達(dá)到預(yù)期加固效果，甚至還可能誘發(fā)工程事故。因此，加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)的協(xié)調(diào)作用研究具有重要意義。

1 工程背景

青山水庫(kù)是遼西地區(qū)六股河干流上的一座新建水庫(kù)，該水庫(kù)以防洪和供水為主要功能，兼顧改善葫蘆島市城區(qū)以及水庫(kù)下游生態(tài)環(huán)境效益，是一座綜合性大型水利工程。青山水庫(kù)的設(shè)計(jì)庫(kù)容為6.63億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容為3.06億m3，防洪標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇。

青山水庫(kù)工程主要由水利樞紐工程和輸水工程兩大部分組成[3]。其中，樞紐工程包括主壩、副壩、溢洪道和輸水洞、導(dǎo)流洞。輸水工程包括輸水管線和加壓泵站1座，工程計(jì)劃總投資27.2億元。青山水庫(kù)建成后，能夠有效提高遼寧省的水資源調(diào)控能力和當(dāng)?shù)胤篮闃?biāo)準(zhǔn)，保護(hù)和改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，對(duì)葫蘆島市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

青山水庫(kù)壩址位于綏中縣西臺(tái)村六股河的河道拐彎處，工程區(qū)屬于低山丘陵區(qū)，分布有比較廣泛的風(fēng)蝕和侵蝕地貌[4]。右岸為土質(zhì)邊坡，為階梯狀斜坡坡地，坡度不大。左岸受六股河河水的側(cè)向侵蝕作用影響，地形陡峭。庫(kù)區(qū)和近庫(kù)岸斷裂構(gòu)造較發(fā)育，規(guī)模較大的斷裂帶共有九條，主要是壓性和壓扭性斷裂。

2 壩肩左岸邊坡坡體結(jié)構(gòu)

壩址左岸邊坡中存在部分軟弱結(jié)構(gòu)面，主要表現(xiàn)為以下幾種形式：?以f5、f8、f2為代表的斷層發(fā)育，其規(guī)模一般較大，一般為NE-NNE向，破碎帶寬度為1～3m，斷層面比較光滑，剪切面特征明顯；?板巖夾層構(gòu)造在擠壓作用下發(fā)生錯(cuò)動(dòng)形成層間擠壓錯(cuò)動(dòng)帶；?以SL44-1裂縫為代表的節(jié)理裂隙密集帶發(fā)育；?強(qiáng)風(fēng)化、松弛拉裂的煌斑巖脈，主要分布于左岸壩基和抗力體內(nèi)部。具體而言，壩址左岸邊坡的主要坡體結(jié)構(gòu)以及可能的失穩(wěn)破壞形式見(jiàn)表1。

表1 左岸邊坡坡體結(jié)構(gòu)及失穩(wěn)破壞的可能形式

續(xù)表

3 壩肩左岸邊坡聯(lián)合加固方案

根據(jù)壩址左岸邊坡的地形、地質(zhì)條件和潛在破壞特征，結(jié)合類(lèi)似邊坡的工程經(jīng)驗(yàn)，采取如下聯(lián)合加固方案：以預(yù)應(yīng)力錨索和抗剪洞為主，再輔以混凝土框格梁坡面加固措施、噴混凝土和預(yù)灌漿支護(hù)措施[5]。其中，預(yù)應(yīng)力錨索柔性支護(hù)主要用于開(kāi)挖施工過(guò)程中的變形，抗剪洞等加固措施主要作用是通過(guò)加強(qiáng)確定性結(jié)構(gòu)面的控制以提升巖體的整體穩(wěn)定性。

3.1 聯(lián)合加固方案的具體設(shè)計(jì)

3.1.1 錨索加固方案

由于邊坡內(nèi)的斷層發(fā)育、煌斑巖脈和周?chē)罅科扑閹r體的相互作用，使其中的楔形巖體呈現(xiàn)出明顯的卸荷裂隙發(fā)育特征。在邊坡加固中，利用預(yù)應(yīng)力錨索加固楔形體[6]。錨索的具體加固設(shè)計(jì)為在同一廊道內(nèi)以上下交錯(cuò)的方式布置間距為4m的上下兩層3000kN級(jí)錨索，錨索的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為60～90m，上層錨索的傾角為向下5°，下層錨索的傾角為向下9°，錨索的錨固段深入f5、f8斷層以及煌斑巖脈的影響帶內(nèi)。在水平方向上，錨索以間距5m布置，其傾角為上游5°。

3.1.2 抗剪洞方案

為提升結(jié)構(gòu)面的抗剪能力，對(duì)變形拉裂體的底滑面進(jìn)行抗剪洞置換[7]。具體設(shè)計(jì)為在89.00m、115.00m和138.00m高程沿?cái)鄬雍突桶邘r脈走向布置3層斷面為9m×10m的抗剪洞。在抗剪洞的中部設(shè)置斷面為4m×5m的十字形鍵槽，并按照抗剪洞周邊的巖層狀況進(jìn)行一定深度的固結(jié)灌漿，進(jìn)一步增大抗剪洞的阻滑作用?？辜舳吹钠矫娌贾萌鐖D1所示。

圖1 抗剪洞平面布置示意圖

3.1.3 其他加固措施

青山水庫(kù)大壩左岸邊坡中的巖土普遍存在松弛張開(kāi)現(xiàn)象，邊坡表層存在大量不穩(wěn)定塊體。為了防止巖體滑落，增加邊坡的穩(wěn)定性，對(duì)淺層巖體、錨桿束孔進(jìn)行灌漿處理。灌漿孔孔徑設(shè)計(jì)為90mm，孔深12～18m，間距2.5m；對(duì)深層巖體，以錨固長(zhǎng)度為60～80m的2000kN單孔多錨頭錨索對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行加固；在坡面噴射掛網(wǎng)混凝土，掛網(wǎng)混凝土采用雙向布置的φ10mm@150mm鋼筋、強(qiáng)度等級(jí)為C25；并在全坡面交替布置φ28mm(長(zhǎng)6m)和φ32mm(長(zhǎng)9m)的全長(zhǎng)黏結(jié)砂漿錨桿；在每一級(jí)馬道布置間距2.5m，由3根φ32、長(zhǎng)12m的鋼筋組成的錨桿束；對(duì)f5、f8斷層、煌斑巖脈采用斷面為60cm×80cm的混凝土縱梁和間排距4m×4m的框格梁加固。淺層和深層加固剖面示意圖如圖2所示。

3.2 邊坡變形監(jiān)測(cè)資料分析

3.2.1 表面變形監(jiān)測(cè)

在水庫(kù)大壩左岸邊坡設(shè)置80個(gè)外部觀測(cè)墩，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量方向X為河流方向，以下游方向?yàn)檎?；Y為跨河方向，以向河對(duì)岸方向?yàn)檎?；H為豎直方向，以垂直向下為正。部分位移較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 淺層和深層加固剖面示意圖

表2 表面變形移較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的X向位移全部向上游方向變形，但相對(duì)于其他兩方向相對(duì)較?。槐O(jiān)測(cè)點(diǎn)Y向位移全部為向河對(duì)岸變形，且數(shù)值較大，最大可達(dá)到106.0mm，說(shuō)明左岸坡體以向坡外的回彈變形為主；Z向變形主要表現(xiàn)為沉降變形。從空間位置上看，上部高程對(duì)開(kāi)挖卸載的反應(yīng)極為敏感，回彈變形較大。

3.2.2 淺表變形監(jiān)測(cè)

在左岸邊坡設(shè)置54套多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行淺表變形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，各測(cè)點(diǎn)的孔口位移大多數(shù)較大，其中有12套超過(guò)5.0mm，其中變形量最大的是M14C3L點(diǎn)位，位移量為17.76mm。但是這些變形均形成于早期邊坡開(kāi)挖時(shí)，目前變形速率趨于收斂，并且低于0.02mm /d。

3.2.3 深層變形監(jiān)測(cè)

在185.00m高程的地質(zhì)勘探平洞中設(shè)置石墨桿收斂計(jì)以及水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)不同深度巖體的水平變形和沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，石墨桿計(jì)的位移量緩慢增加并逐漸收斂，累計(jì)位移為47.57mm，邊坡的深層變形主要集中于煌斑巖脈和斷層附近。

3.2.4 錨桿和錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)

選取5%的錨索和鋪桿安裝預(yù)應(yīng)力錨索測(cè)力計(jì)，對(duì)錨索的受力情況和加固效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)[8]。檢測(cè)結(jié)果顯示，在拉裂變形體部位的錨索錨固力增加量為15.4%～20.8%，在其他區(qū)域均顯示為錨固力損失，其最大值為9.6%。錨固應(yīng)力隨時(shí)間變化較小?？梢?jiàn)，邊坡淺層巖體內(nèi)并無(wú)太大變形，只有煌斑巖脈周?chē)鷰r體的變形較大，說(shuō)明錨索、錨桿具有良好的加固效果。

3.2.5 抗剪洞變形監(jiān)測(cè)

在三層抗剪洞內(nèi)設(shè)置滲壓計(jì)、三點(diǎn)式位移計(jì)、測(cè)縫計(jì)和錯(cuò)位計(jì)等測(cè)量?jī)x器。檢測(cè)結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)并無(wú)特殊變化，說(shuō)明抗剪洞未出現(xiàn)大的破壞，抗剪洞對(duì)邊坡加固，特別是深層巖體加固具有非常好的效果。

4 結(jié) 論

從變形監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形量并不大，且主要出現(xiàn)于開(kāi)挖初期，之后逐漸趨于收斂，這是由于加固措施發(fā)揮了良好作用，確保了邊坡穩(wěn)定；從錨桿的應(yīng)力監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，對(duì)加固不穩(wěn)定巖體的錨桿，處于較高高程的錨桿應(yīng)力大于較低高程的錨桿應(yīng)力，但對(duì)于整體邊坡而言，影響錨桿應(yīng)力變化的因素十分復(fù)雜；從抗剪洞的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)異常，說(shuō)明抗剪洞在邊坡加固中，始終并穩(wěn)定發(fā)揮著作用。綜合上述結(jié)論，上部錨桿+抗剪洞聯(lián)合加固使邊坡上部的錨桿早期即可發(fā)揮其抗剪能力，而邊坡中部抗剪洞的抗剪力發(fā)揮是非常穩(wěn)定的，聯(lián)合加固方案取得了良好的加固效果。

[1] 宋勝武, 向柏宇, 楊靜熙, 等. 錦屏一級(jí)水電站復(fù)雜地質(zhì)條件下壩肩高陡邊坡穩(wěn)定性分析及其加固設(shè)計(jì)[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2010(3): 442-458.

[2] 徐力生, 占樣烈. 預(yù)應(yīng)力錨索與錨桿聯(lián)合錨固支護(hù)在構(gòu)皮灘水電站右岸5號(hào)公路隧道進(jìn)口段邊坡加固工程中的應(yīng)用[J]. 巖土工程界, 2008(11): 47-49.

[3] 李強(qiáng). 導(dǎo)流明渠在青山水庫(kù)工程施工中的應(yīng)用[J]. 黑龍江水利科技,2016(8): 106-108.

[4] 秦一博, 孫佳竹, 才慶欣. 青山水庫(kù)工程地質(zhì)條件分析[J]. 黑龍江水利科技, 2013(10): 240-241.

[5] 朱濤, 孫曉鴿, 范瑞朋, 等. 邊坡錨索加固及優(yōu)化分析[J]. 水電能源科學(xué), 2010(11): 106-109.

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[7] 姜清輝, 周創(chuàng)兵, 孫金山. 一種巖質(zhì)邊坡加固的錨固洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[P]. 中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利, CN101814104A, 2011-08-03.

[8] 黃志鵬, 董燕軍, 廖年春, 等. 錦屏一級(jí)水電站左岸開(kāi)挖高邊坡變形監(jiān)測(cè)分析[J]. 巖土力學(xué), 2012(S2): 235-242.

ApplicationofjointreinforcementtechniqueintheslopereinforcementoftheleftbankofQingshanReservoir

HAN Donghai

(HuanrenCountyWaterBureau,Huanren117200,China)

Single reinforcement measures cannot meet the needs of large slope reinforcement with the development of water conservancy and hydropower project construction to regions with complex geology. In the paper, the left bank slope of Qingshan Reservoir dam in Huludao of Liaoning Province is adopted as an example to propose a joint reinforcement measure based on anchors and shear holes and supplemented by other reinforcement methods. Engineering practice shows that anchor can play the shearing ability in early stage. The shear hole can play an important role in the process of slope sliding failure. Coordination role thereof can greatly improve the engineering effect of slope reinforcement.

slope reinforcement; Qingshan Reservoir; anchor; shear hole; coordination role

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.021

TV52

B

1005-4774(2017)011-0083-04