張軍鋒 黃艷艷 錢麗云

（中國水電顧問集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710065）

1 引言

邊坡穩(wěn)定性受多方面的影響，如施工過程中的擾動(dòng)因素、自然因素以及人為因素，都有可能造成邊坡變形破壞甚至整體失穩(wěn)。

在黃河上游水電開發(fā)項(xiàng)目中，邊坡治理所面臨的自然條件較差，特別是茨哈峽至拉加峽段河谷，其岸坡高陡、滑坡發(fā)育，嚴(yán)重影響工程順利施工及大壩安全運(yùn)營等方面。

在該地區(qū)水電工程建設(shè)中更應(yīng)注重施工工藝及施工管理，在設(shè)計(jì)方面應(yīng)結(jié)合相關(guān)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及反饋資料等，在變形穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上調(diào)整、修改，實(shí)現(xiàn)邊坡工程的全過程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

本文以黃河上游某一等大（1）型工程導(dǎo)流洞出口邊坡蠕變體支護(hù)處理為實(shí)例，針對(duì)該蠕變體形成過程及原因做出分析并調(diào)整設(shè)計(jì)，以期對(duì)類似工程具有一定參考意義。

2 工程概況

該工程規(guī)模為一等大（1）型工程，施工導(dǎo)流采用河床一次斷流，全年圍堰擋水，隧洞導(dǎo)流的方式。導(dǎo)流隧洞筑物級(jí)別為4級(jí)，導(dǎo)流隧洞為城門洞型。

2.1 地質(zhì)條件

導(dǎo)流洞出口段基巖為三疊系變質(zhì)砂巖，巖體結(jié)構(gòu)差、強(qiáng)度低。表部覆蓋層為滑坡堆積體及強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷第三系軟巖，主要為碎裂狀第三系泥質(zhì)粉砂巖。

導(dǎo)流洞出口天然岸坡呈上緩下陡地勢(shì)，3230 m～3190 m高程以上為緩坡，上部有5 m～8 m厚的松散堆積層，其下主要為第三系泥質(zhì)粉砂巖和礫巖互層，后緣有高約15 m～20 m的礫巖陡坎；3230m～3190m高程以下為陡坡，頂部覆蓋強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷的泥質(zhì)粉砂巖及礫巖互層，下部為順層、陡傾、逆向、薄層變質(zhì)砂巖。

2.2 初始開挖設(shè)計(jì)

邊坡開挖坡比為：①弱風(fēng)化變質(zhì)砂巖按3∶1開挖；②強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖按1∶0.75開挖；③第三系“紅層”全強(qiáng)風(fēng)化開挖邊坡取值為1∶1.00～1∶1.25；④第三系“紅層”弱風(fēng)化～微新開挖邊坡取值為1∶0.75。邊坡支護(hù)型式如下：

（1）在邊坡開挖開口線外側(cè)10 m范圍內(nèi)布置截水溝，每層馬道內(nèi)側(cè)均布置排水溝。開口線外的截水溝施工完成后方可進(jìn)行邊坡開挖，截水溝用15cm厚的混凝土澆筑。

（2）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖邊坡，間隔布置長、短系統(tǒng)錨桿，綜合間排距為1.5 m×1.5 m,梅花型布置；第四系覆蓋層邊坡，采用系統(tǒng)短錨桿，間排距1.5 m×1.5 m，梅花型布置。

（3）變質(zhì)砂巖邊坡，間隔布置長、短系統(tǒng)錨桿，綜合間排距為2 m×2 m，梅花型布置。

（4）每隔20 m設(shè)一層寬3m馬道，每層馬道的上、下兩側(cè)分別布置兩排鎖口錨筋樁，第一排錨筋樁距離馬道1 m，鎖口錨筋樁間排距為3 m×3 m。

（5）紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、礫巖及局部破碎巖石邊坡采用掛網(wǎng)噴混凝土加系統(tǒng)錨桿的支護(hù)方式，砂巖邊坡支護(hù)主要以素噴混凝土加系統(tǒng)錨桿為主。

3 蠕變形成及原因分析

3.1 第一次蠕變形成

導(dǎo)流洞出口段開挖支護(hù)工程實(shí)際施工時(shí)，未做相應(yīng)的截排水及支護(hù)處理措施。邊坡下挖至EL3185 m，邊坡上游側(cè)出現(xiàn)蠕變。此次蠕變范圍較小，在邊坡中間部位發(fā)生，為表層失穩(wěn)蠕變。

3.2 第二次蠕變形成

2011年9月28日，導(dǎo)流洞出口邊坡再次出現(xiàn)蠕變。原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）自2011年3月邊坡開挖以來，邊坡EL3160 m以上上覆植被挖除，邊坡EL3160 m以上地層為全強(qiáng)風(fēng)化層，結(jié)構(gòu)碎裂，透水性相對(duì)較強(qiáng)，坡面長期裸露，形成了透水通道。

（2）2011年9月份降雨量過大，使該邊坡淺表層土體飽和，地質(zhì)參數(shù)降低。

（3）EL3185 m以下邊坡開挖，根部支撐解除；第二次變形前截水溝尚未襯砌，截水溝變?yōu)榧疁?，馬道各層排水溝尚未施工，集水促使蠕變體土體飽和，地質(zhì)參數(shù)降低。

第二次蠕變范圍較第一次有較大發(fā)展，蠕變體范圍延伸擴(kuò)大，由淺表層蠕變演變?yōu)樯顚尤渥儭?/p>

3.3 第三次蠕變形成

通過穩(wěn)定計(jì)算分析，第二次蠕變體采用減載和錨固共同作用的處理方案。開挖減載后的邊坡采取錨索、網(wǎng)格梁、錨筋樁及混凝土貼坡?lián)鯄Φ戎ёo(hù)措施。

2012年自3月中旬以來，氣溫、地溫升高較快，凍融交替，坡體排水不暢，而坡體上降雪及遠(yuǎn)部消融的雪水入滲軟化坡體及惡化底滑面，滑動(dòng)面參數(shù)降至殘余值。截止第三次蠕變發(fā)生之前，蠕變體上的錨索、網(wǎng)格梁以及混凝土貼坡式擋墻尚未施工，EL3220 m馬道以下的錨筋樁尚未施工。

2012年3月23日導(dǎo)流洞出口邊坡EL3185 m以上第三系紅層發(fā)生了第三次蠕變變形，較第二次蠕變范圍有所擴(kuò)大，蠕變體充分解體。

第三次蠕變變形后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘情況和照片等資料，判斷蠕變?cè)蛉缦拢?/p>

（1）EL3185 m左右為原巖層面，即原巖和碎裂狀巖體的分界面。原巖以上碎裂狀巖體張拉裂隙發(fā)育，巖體中可見空洞，該張拉裂縫組成蠕變體的上端張拉面。

（2）原巖和碎裂狀巖體的分界面由于外界地溫升高，原巖面上的冰融化成水，原巖面受水的作用和多次滑動(dòng)作用，滑動(dòng)面參數(shù)降至殘余值。

（3）邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，開挖后邊坡處于臨界狀態(tài)，設(shè)計(jì)上對(duì)該邊坡采取了錨索、錨筋樁、混凝土面板擋墻等措施，現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)措施不到位，支護(hù)滯后，也是造成此次蠕變主要原因。

（4）邊坡高達(dá)140 m，開挖外部荷載解除，邊坡應(yīng)力不斷調(diào)整，致使邊坡巖體應(yīng)力降低、巖體松弛。

4 治理措施

4.1 物理力學(xué)參數(shù)反演

準(zhǔn)確地對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是提出經(jīng)濟(jì)合理治理措施的前提。理論上，只要對(duì)邊坡材料力學(xué)特性有足夠的了解，上述問題是可以得到精確解決的。然而在實(shí)際工程中，受限于各種實(shí)驗(yàn)研究的局限性，以及分析方法和目的要求的不同，計(jì)算常引入一定的假定和近似與之相適應(yīng)。

對(duì)于施工期內(nèi)的巖體，邊坡巖體重度、凝聚力等力學(xué)參數(shù)依據(jù)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)提供結(jié)果，反演推算滑面和滑體間內(nèi)摩擦角。本文采用剩余推力法（極限平衡）進(jìn)行計(jì)算，邊坡安全系數(shù)略低于1時(shí)所得參數(shù)即為反演參數(shù)。將反演結(jié)果與試驗(yàn)參數(shù)綜合比較，取二者中的較小值作為治理措施計(jì)算依據(jù)。

4.2 初期支護(hù)處理方案

第一次蠕變采用了削坡減載、放緩邊坡的措施，即EL3170 m馬道以上邊坡開挖坡比由1∶0.75調(diào)整為1∶1.25和1∶1。

第二次蠕變采取了外部排水、適當(dāng)減載和支護(hù)的處理方案。即按地形開挖形成10 m～30 m寬的EL3185m平臺(tái)，開挖臺(tái)階從15 m降至10m，馬道寬由3m增加至5 m。EL3204 m高程以下采用貼坡混凝土、錨索和錨筋樁支護(hù)；EL3204 m以上采用混凝土方格梁、貼坡混凝土、錨索和錨筋樁進(jìn)行綜合支護(hù)。

表1 持久工況擋墻驗(yàn)算成果

4.3 最終支護(hù)處理方案

蠕變體第三次變形嚴(yán)重，邊坡已解體，直接在邊坡上打錨索已無法實(shí)施。且由于3185 m高程以下邊坡正在施工，為確保工程施工安全，利用蠕變體底部3185 m高程附近已開挖形成的10 m～30 m寬平臺(tái)，采用錨索配合混凝土擋墻對(duì)蠕變體進(jìn)行支護(hù)。

首先，需確定錨索噸位及數(shù)量以滿足邊坡整體穩(wěn)定要求，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出4根120 t錨索方案，經(jīng)計(jì)算該方案分別在持久工況、短暫工況1（蠕變體處于飽和狀態(tài)）以及短暫工況2（蠕變體飽和狀態(tài)下考慮孔隙水壓力）下滿足穩(wěn)定性要求。

其次，對(duì)于擋墻具體型式，需綜合考慮其與錨索布置關(guān)系、穩(wěn)定安全及經(jīng)濟(jì)性等問題。

①選擇擋墻墻高。墻高為8 m時(shí)，其上足夠布置4根錨索并滿足滑移穩(wěn)定、抗傾覆及截面偏心等計(jì)算要求，相比較于10 m高擋墻，其型式簡單、經(jīng)濟(jì)性更好。

②進(jìn)行斷面優(yōu)化。表1四種方案中，背坡坡度為1∶0.25時(shí)，安全性滿足要求，且工程量最小，經(jīng)濟(jì)性較好。其中Kc為擋土墻滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)，K0為擋土墻傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)。綜合考慮場(chǎng)地布置條件及類比其他工程，擋墻設(shè)計(jì)為底寬8 m，高8 m，頂寬1 m，面坡坡度為1∶0.1，背坡坡度為1∶0.25，底坡坡度為1∶0.02。擋墻上支護(hù)錨索排距為3 m，每排采用4根120t錨索，其中上面三排錨索與水平面夾角為35°，最下面一排錨索與水平面夾角為45°，詳見圖1。

表2 擋墻驗(yàn)算成果

圖1 擋墻加錨索支護(hù)方式

在該方案下，各個(gè)工況下的穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果詳見表2。

5 結(jié)語

（1）黃河上游地區(qū)，由于自然條件的特殊性，大大增加了施工期邊坡失事風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對(duì)于未按要求及時(shí)實(shí)施相應(yīng)的截排水及支護(hù)處理措施的情況下，極有可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

（2）基于剩余推力法的力學(xué)參數(shù)反演，計(jì)算難度低，其極限平衡的思想滿足了工程要求，在此類表面風(fēng)化程度較深、結(jié)構(gòu)破碎的邊坡治理問題上適用性高。

（3）采用錨索配合混凝土擋墻對(duì)解體邊坡進(jìn)行支護(hù)，能滿足邊坡整體穩(wěn)定性，同時(shí)通過體型優(yōu)化計(jì)算可一定程度降低造價(jià)，該方案對(duì)類似工程具有參考價(jià)值。

[1]《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5353-2006）[S].

[2]《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZT0219-2006)[S].

[3]《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5389-2007)[S].