復雜地質邊坡塌方加固技術應用

吳江華

中國水利水電第十六工程局有限公司，中國·福建 福州350000

復雜地質塌方邊坡加固技術應用，邊坡開挖過程中塌方后，根據揭露的地質情況，在完成塌方后邊坡穩定的計算之后，塌方邊坡加固從安全、工程量、工程投資及現場施工難度等選用經濟合理的邊坡治理技術。

邊坡；塌方；加固技術

1 工程概況

某水庫最大供水流量為0.338m3/s。水庫正常蓄水位為648.00m，總庫容為436 萬m3，有效庫容為377 萬m3。水庫為?。↖）型水庫，工程等別為IV 等工程，主要建筑物級別為4 級，次要建筑物級別為5 級。本工程主要建筑物為大壩擋水及泄水建筑物等，按4 級建筑物設計；次要建筑物為消能防沖建筑物等，按5 級建筑物設計[1,2]。

2 邊坡塌方原因分析

右岸壩基上游側崩塌的主要原因如下：①右岸壩基上游側邊坡為近順向坡，發育兩條陡傾角結構面及兩條順層緩傾角結構面，兩組結構面的不利組合，是邊坡失穩的主要影響因素。②右岸壩基上游側邊坡605.00～654.00m 高程由于發育了兩條陡傾角結構面，且兩條結構面擠壓強烈，風化較深，結構面附近的巖體由于受擠壓影響，巖體較破碎，強風化下限相對偏低，是邊坡失穩的次要影響因素。③雨季地表水下滲大大降低了邊坡巖體及結構面的物理力學參數，且使得結構面內的孔隙水壓力升高，是邊坡失穩的重要誘發因素。

3 邊坡塌方后穩定計算

3.1 計算原理

根據現場后邊坡實際情況及推斷的可能滑動面（或推測蠕動面），建立計算模型，采用理正巖土巖質邊坡穩定分析軟件中的簡單平面滑動穩定分析模塊進行計算。計算方法采用SL386—2017《水利水電工程邊坡設計規范》中規定的不平衡推力傳遞法[3]。

3.2 計算斷面、計算參數與計算工況

根據大壩上游側右岸壩肩后邊坡現狀、地層分布及現場的基本情況，本階段選取剖面分析后邊坡巖體在層面與破碎帶組合及強風化層間組合下的抗滑穩定安全系數，其計算分析模型見圖1。根據最新地質資料，本次著重分析右岸壩肩上游側邊坡在表1 所列工況下的整體穩定情況。

表1 右岸壩肩上游側邊坡穩定分析計算工況

圖1 邊坡剖面整體抗滑穩定計算分析模型

3.3 計算結果及分析

由最新地質成果可知，大壩上游右岸后邊坡受斷層破碎帶J2、f3、f4 與軟弱夾層層面NJ5、NJ6 的組合影響其邊坡穩定，本次邊坡計算根據理正巖土巖質邊坡穩定分析軟件中的簡單平面滑動穩定分析方法，計算大壩上游右岸加固后邊坡在不同工況下各種滑裂面組合的整體穩定安全系數。其整體抗滑穩定安全系數計算成果詳見表2。

表2 右岸壩基上游側邊坡整體抗滑穩定安全系數計算成果表

根據表2 計算結果可知，大壩右岸上游側邊坡在NJ5、NJ6 夾層層面與f3、f4、J2 破碎帶組成的各種劃裂面，除NJ5-J2 劃裂面組合在正常蓄水位、庫水位降落期、庫水位降落期+暴雨、施工期及施工期+暴雨等工況下計算值大于規范規定的允許值外，其他劃裂面組合在各種工況下邊坡的整體抗滑穩定安全系數計算值均小于規范規定的允許值，從計算結果可以看出，邊坡存在整體不穩定。

4 邊坡塌方加固技術方案及方案比選

4.1 邊坡塌方加固技術方案

根據測量的實測邊坡進行抗滑整體抗滑穩定計算，其結果顯示已開挖的邊坡其整體抗滑穩定安全系數均不滿足規范要求，需對右岸壩基上游側邊坡（即高程為654.00 ～581.00m 間、順河向樁號為0-080～0-000m（壩軸線）、垂直河流向樁號為壩0+110m～壩0+200m 范圍內的邊坡）進行加固。本次邊坡塌方加固擬定如下兩個方案：

方案一：對現狀邊坡進行削坡處理，從坡腳至f4 斷層處坡比為1:1.5，且每隔15m 設有2m 寬馬道，在高程588.00m 處設有兩級擋墻，每級擋墻高5m。另外，針對削坡形成的坡面及現狀坡面采取如下加固措施：①對坡比為1:1.5 坡面采用長度為3m 的Φ25 砂漿錨桿（間距1.5m×1.5m）、Φ8 鋼筋網（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）封閉；②對削坡形成的f4 坡面（近似垂直面）采用入巖長度為12m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時注意設置止漿塞）、Φ8 鋼筋網（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進行錨噴封閉防護；③634.00m～654.00m 高程邊坡之間采用入巖長度為12m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時注意設置止漿塞，錨桿軸向拉力設計值經計算后取為360kN）、Φ8 鋼筋網（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進行錨噴封閉防護；④在錨噴支護基礎上再對NJ6 夾層層面以上625.00m～640.00m 高程之間邊坡布設預應力錨索，錨索豎向間距為5m（共4 排），水平間距為5m，錨索長35m，其中錨固段長6m，自由段長29m；錨墩尺寸為1.5×1.5×0.6m，混凝土強度等級為C30。

方案一關鍵點在于現狀邊坡按1:1.5 坡比削坡后形成的NJ6-f4 劃裂面穩定性。其整體抗滑穩定安全系數計算成果詳見表3。根據表3 計算結果可知，按1:1.5 坡比削坡后形成NJ6-f4 組合劃裂面在各工況下計算值均大于規范規定的允許值，說明削坡后形成的劃裂面是穩定的，說明方案一加固技術是合理的。

表3 NJ6-f4 組合劃裂面整體抗滑穩定安全系數計算成果表

方案二：對NJ6 以下現狀邊坡表面作清坡處理；對NJ6 以上與f4 破碎帶間現狀邊坡削坡至623m 高程，可降低滑動體潛在的安全隱患[4-9]。針對現狀坡面及削坡形成的坡面采取如下加固措施：①對NJ6 以下現狀邊坡采用長度為3m 的砂漿錨桿（間距1.5m×1.5m）、Φ8 鋼筋網（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）封閉。②634.00～654.00m 高程邊坡之間采用入巖長度為12 m 的PSB930ΦPS32 張拉錨桿（間距2.5×2.5m，錨固段長3m，施工時注意設置止漿塞，錨桿軸向拉力設計值經計算后取為360kN）、Φ8 鋼筋網（間距200×200mm）、表面噴C20 混凝土（厚100mm）進行錨噴封閉防護。③在錨噴支護基礎上再對NJ6 夾層層面以上625.00～640.00m 高程之間邊坡布設預應力錨索，錨索豎向間距為5m（共4 排），水平間距為5m，錨索長35m，其中錨固段長6m，自由段長29m；錨墩尺寸為1.5×1.5×0.6m，混凝土強度等級為C30。

方案二關鍵點在于NJ6 夾層層面以下現狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面（削坡至623m 高程）的穩定性。其抗滑穩定安全系數計算成果詳見表4。

表4 NJ6 夾層層面以下現狀邊坡和NJ6-f4 劃裂面抗滑穩定安全系數計算成果表

根據表4 計算結果可知，NJ6 夾層層面以下現狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面在各工況下計算值均大于規范規定的允許值，說明NJ6 夾層層面以下現狀邊坡和NJ6-f4 組合劃裂面（削坡至623m 高程）是穩定的，說明方案二加固技術是合理的。

4.2 方案比選

為選出最優加固技術方案，下面主要從工程量、工程投資及現場施工難度三個角度對兩種加固方案進行對比，兩方案工程量及投資比較見表5。

表5 邊坡加固方案工程量及投資比較表

從工程量及投資比較上分析，方案一和方案二工程量相差較大，且方案二比方案一投資節省47.47 萬元。從現場施工難度來講，方案一需對現狀邊坡按1:1.5 坡比削坡，且開挖工程量較大，而方案二僅對現狀邊坡作簡單清坡即可，可減少不必要開挖工作。另外，兩種加固方案的錨噴支護工作難度相當，且錨索施工孔徑所需造孔設備相當，施工難度相同。綜合分析，本次邊坡加固技術方案采用方案二。

5 結語

因地質原因導致邊坡塌方，需根據工程的實際情況，并綜合分析處理后的穩定性、施工方案可行性、施工安全、工程費用及經濟效益等因素，采用科學、合理、切實可行的處理方案。在邊坡塌方加固時，做到合理投入資源、精心組織施工、科學管理、嚴格監控，做到零風險邊坡塌方加固處理。