張 曾

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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長河壩水電站泄洪系統(tǒng)高陡環(huán)境邊坡分析及采取的綜合治理施工技術

張 曾

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

目前，環(huán)境邊坡施工已逐步應用于水利水電、鐵路、公路等工程中，但由于環(huán)境邊坡治理問題在國內提出的時間較短，尚無具體的治理措施及治理深度、無明確的施工規(guī)范和驗收標準。環(huán)境邊坡治理直接關系到邊坡的整體穩(wěn)定及其下部開挖邊坡的施工、建筑物的安全，安全影響大，值得特別注意。結合長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)典型高陡環(huán)境邊坡工程實例，對環(huán)境邊坡治理施工展開了研究，總結出一套切實可行的環(huán)境邊坡綜合治理施工技術，達到了邊坡整體穩(wěn)定的目的，確保了環(huán)境邊坡治理施工及其下部開挖邊坡、建筑物的安全，取得了良好的社會與經濟效益。

高陡環(huán)境邊坡；分析；綜合治理；施工技術；長河壩水電站

1 概 述

1.1 環(huán)境邊坡的概念

隨著社會經濟的發(fā)展，水電、鐵路、公路等工程已向條件相對惡劣的地區(qū)發(fā)展、在陡峻山嶺地區(qū)修建工程，環(huán)境邊坡施工已逐步應用于工程中。環(huán)境邊坡(environmental slope)是自然邊坡的一部分，范圍視建筑物及其重要程度、失穩(wěn)地質體的規(guī)模及其穩(wěn)定性、勢能及其危險度而定，下界以開口線為準，上界一般可取第一分水嶺(圖1)。環(huán)境邊坡受其地形、地質特點的影響，在受到自然應力(如地震等)或人為作用(如施工爆破震動等)下可能發(fā)生邊坡失穩(wěn)、滑坡、崩塌、滾石等地質災害，進而可能對工程、人員、建筑物等造成威脅。因此，必須對環(huán)境邊坡進行認真地分析研究，做出預測和評價并采取有效的治理措施。

圖1 環(huán)境邊坡示意圖

1.2 長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡概況

長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)進、出口環(huán)境邊坡高陡(最高邊坡約260 m、坡度在85°以上)，處理范圍大。邊坡巖體受地質構造作用影響強烈，巖體內斷層、層間擠壓錯動帶、節(jié)理裂隙發(fā)育，由發(fā)育危巖體、不利裂隙結構面及拉裂體組成，巖石裸露、破碎，地形、地質條件復雜。

2 長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡分析及評價

2.1 環(huán)境邊坡破壞的類型

環(huán)境邊坡受外界不利因素的影響，可能發(fā)生深層失穩(wěn)破壞或淺表層破壞。其中深層失穩(wěn)破壞一般是在坡面2 m以下深處、沿滑移面產生剪切滑移破壞，其破壞危害較大，包括邊坡滑坡、崩塌、坍塌等；而淺表層破壞僅發(fā)生在坡面的表層或坡面下不足2 m的范圍內的巖土受自然風化等因素影響發(fā)生的變形和破壞，其規(guī)模有限，包括坡面滾石、剝落、碎落等。

2.2 環(huán)境邊坡分析及評價

環(huán)境邊坡分析通過研究邊坡的穩(wěn)定性來確定危險滑動面和邊坡的安全系數(shù)、邊坡滾石等災害發(fā)生的風險程度，以對環(huán)境邊坡進行準確的評價、為環(huán)境邊坡治理提供依據(jù)，服務于工程實際。

針對長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡，項目部運用數(shù)值模擬和極限平衡分析方法，通過對不同地質帶、不同范圍、不同工況進行計算、分析得知：

(1)環(huán)境邊坡在未治理狀態(tài)下暫處于穩(wěn)定狀態(tài)，但當其下部邊坡開挖后并考慮地震和其它擾動作用時安全系數(shù)將大大降低，甚至小于1，潛在較大的滑坡和崩塌風險；

(2)邊坡的安全系數(shù)隨地震應力和其它作用力的增大而減小，其中水平作用力對邊坡穩(wěn)定性的影響高于豎直作用力影響；

(3)經巖體力學參數(shù)敏感性分析得知，位于滑面內的地層力學參數(shù)對邊坡安全系數(shù)影響較大，若潛在危險滑動面穿過斷層，則斷層的巖體力學參數(shù)也會對邊坡的安全系數(shù)產生一定的影響；

(4)數(shù)值模擬計算結果分析表明：長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡滾石問題較為突出、安全風險較大；

(5)環(huán)境邊坡采取治理加固措施后的計算分析結果表明邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)增大、表層滾石風險降低，能夠滿足較大作用力影響。

根據(jù)上述對環(huán)境邊坡進行的分析、評價后得知：長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡在下部邊坡開挖后及外界作用力影響下存在較大的失穩(wěn)、滑坡、崩塌及滾石等安全風險，需對環(huán)境邊坡采取必要的治理措施以控制邊坡的深層變形、淺層巖體脫落、表層危巖滾落等危害。

3 針對長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡采取的綜合治理技術

針對泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡的各種破壞型式，根據(jù)其所發(fā)揮作用的不同，結合工程實際地形、地質特點，最終決定對長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡采取表層處理及防護、淺層加固和深層錨固的綜合治理方式。

3.1 環(huán)境邊坡治理原則

根據(jù)對環(huán)境邊坡進行的分析、評價，結合工程自身實際情況，對環(huán)境邊坡采取“不同區(qū)域、不同類型、分別處理、綜合治理”的原則，治理方案主要從工程和施工的安全、工期、成本等方面綜合考慮。

(1)安全第一、兼顧工期和成本的原則。

根據(jù)運行期永久建筑物的重要性等，按照環(huán)境邊坡與工程區(qū)的毗鄰位置關系，以“點、線、面”的不同治理模式確定環(huán)境邊坡治理的具體項目和部位。

以“點”控制：對于環(huán)境邊坡邊緣、較高部位等距離工程區(qū)和施工區(qū)較遠的部位，最先進行治理施工。采取點控制治理的方式，僅對特定危險點進行治理，主要治理措施包括危石清撬、就地錨固、主動網防護等。對該范圍內的治理方式以防止危險源起動為主，在較短時間內完成該范圍的治理，以保證其下部施工和永久建筑物的運行安全。

以“線”控制：在環(huán)境邊坡中部采取線性控制的治理方案。該區(qū)域除對危險點單獨實施治理外，主要以被動網、擋墻防護等形式形成隔離帶，防止其上部以“點”控制范圍可能的遺漏造成對施工和永久建筑物的危害。

以“面”控制：對于工程區(qū)附近的環(huán)境邊坡，主要以深層錨固和淺層加固為主，治理范圍較大，對于線性防護至工程邊坡之間的范圍基本形成封閉邊坡。

(2)自上而下、立體交叉、動態(tài)治理的原則。

從施工安全的角度出發(fā)，采用自上而下的順序施工，以保證其下部施工安全。因環(huán)境邊坡治理范圍較大，為縮短工期，在施工布置上采取立體交叉施工的方式，在保證安全的前提下多區(qū)域、多工作面同時施工。在治理方案實施過程中，進一步詳細勘察現(xiàn)場，通過檢測、監(jiān)測等手段反饋現(xiàn)場情況，對治理方案進行動態(tài)調整和優(yōu)化。

(3)分類匯總、區(qū)別對待的原則。

根據(jù)環(huán)境邊坡現(xiàn)場情況，對各類治理方式分類匯總、區(qū)別對待，主要包括邊坡陡緩、離工程區(qū)遠近、危巖體數(shù)量及程度、是否倒懸、沖溝、巖石裸露程度、覆蓋層厚薄、植被覆蓋程度、巖石塊體大小、施工對工程區(qū)影響、監(jiān)測手段，地表結構面與巖體內結構面治理方式與深度、深層錨固動態(tài)調整、群錨效應分析、松散和分散個體化零為整后的邊坡穩(wěn)定性分析。

3.2 環(huán)境邊坡的表層處理及防護

長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡巖體風化程度嚴重、破碎，坡面存有大量危石，根據(jù)現(xiàn)場實地踏勘并通過對環(huán)境邊坡滾石進行的計算與分析得出的結果表明：環(huán)境邊坡滾石問題較為突出、滾石風險較大，危害較大。針對環(huán)境邊坡表層的大量危石及滾石風險，最終決定采取以下表層處理及防護治理措施：①采取人工清撬的方式自上而下清理坡面上可能影響到施工區(qū)、建筑物上部邊坡范圍的危石、松動巖塊及松散堆積體，減少邊坡危石數(shù)量、降低邊坡滾石概率；②在環(huán)境邊坡上部及邊坡治理范圍內，根據(jù)實際地形設置截排水溝以攔截、引排坡面地表水，避免和減少地表水進一步對坡面巖體的沖蝕破壞；③針對大面積危石群、無法或不能完全清理的危石區(qū)域、沖溝范圍，采用多級主被動防護網系統(tǒng)及混凝土、鋼支撐防護擋墻等進行覆蓋、包裹坡面危石并攔截坡面滾石，有效減少和降低邊坡滾石的發(fā)生。

3.3 環(huán)境邊坡的淺層加固

長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育、存在不同程度的風化，巖石裸露、破碎，邊坡存在淺層破壞風險。針對上述邊坡淺層破壞風險，對長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡采取了錨桿、掛網噴護及排水孔等淺層加固措施。其中對邊坡淺層危巖體及破碎部位采用錨噴支護的方式，使邊坡巖體形成了一個共同承載結構，最大限度地調動巖土介質的強度和潛力，主動加強巖土體的自承和自穩(wěn)能力，有效地限制了巖體變形的自由發(fā)展，調整了巖體的應力分布，防止了巖體松散墜落，同時，采用噴混凝土對裸露巖石進行封閉以防止其進一步風化。采用排水孔排出邊坡巖體內的地下水，以減小巖體內的水壓力、減少對巖石的沖蝕破壞。

3.4 環(huán)境邊坡的深層錨固

長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡地質勘測及分析研究結果表明：邊坡巖體深部存在斷裂帶及深層結構面等構造，對邊坡的整體穩(wěn)定有較大影響，可能造成滑坡、崩塌等危害。對環(huán)境邊坡深層治理采取了預應力錨索、深孔錨筋束及固結灌漿等錨固方式。其中環(huán)境邊坡根據(jù)結構面及斷裂帶深度采用預應力P=2 000 kN、2 500 kN，錨索長度L=45 m、50 m、55 m、60 m不同應力、不同深度的拉壓復合型預應力錨索，以提高邊坡巖體的整體性，從根本上改善巖體的力學性能，有效地控制了環(huán)境邊坡結構面的滑移失穩(wěn)，使巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，達到了整治滑坡、崩塌等危害的目的。針對深度較淺、范圍較小的結構面、斷層，采用3φ32 ，L=12 m、3φ28，L=12 m等深孔錨筋束進行錨固，限制巖體有害變形的發(fā)展，改善巖體的應力，提高巖體的自承能力。針對邊坡裂隙較多區(qū)域，采用固結灌漿對巖體裂縫進行填充，使邊坡巖體整體性增強，當注漿量大時，采用間歇、限流、待凝、加砂等方式填堵裂隙，必要時直接推水泥球、噴漿料，不僅確保了施工進度和工程質量，亦有效控制了工程造價。預應力錨索結構及工程應用情況見圖2。

3.5 環(huán)境邊坡治理中的施工通道及材料運輸

圖2 長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡治理中采用的預應力錨索結構圖

長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡高陡、地形地質條件復雜，治理區(qū)域均為山脊、懸崖，安全風險高，施工道路無法或極難布置，只能形成簡易的人行便道以滿足施工人員通行，施工材料、設備運輸通道無法布置。同時，環(huán)境邊坡處理范圍大，邊坡治理所需的施工腳手架、深層錨索、錨桿、噴射混凝土、主被動防護網等施工材料及施工設備運輸量大。

針對施工材料、設備無法運輸問題，根據(jù)環(huán)境邊坡治理范圍分布，結合邊坡實際地形，對長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)環(huán)境邊坡治理采用索道、滑道提升系統(tǒng)解決了施工材料、設備運輸問題。工程實際應用證明：索道、滑道提升系統(tǒng)具有結構簡單、施工便捷、施工成本低、施工工期短、對周邊環(huán)境無破壞等特點，提升過程工序簡單、易于操作、提升快捷、提運過程安全、提運成本低，在成本、安全、工期、環(huán)保及施工操作等方面具有明顯的優(yōu)勢，可為類似高陡邊坡工程的材料、設備運輸提供借鑒和參考。

4 結 語

筆者結合長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)高陡環(huán)境邊坡工程治理實例，針對其環(huán)境邊坡復雜的地質條件，根據(jù)數(shù)值模擬和極限平衡方法進行分析研究，結合工程實際地形、地質等條件，采取深層錨固、淺層加固及表層處理、防護綜合治理措施，增大了邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)、確保了邊坡整體穩(wěn)定，控制了邊坡淺層巖體的變形和破壞，對邊坡滑坡、崩塌、巖體剝落、滾石等災害進行了有效治理和控制，確保了工程施工安全。同時，采用索道、滑道提升系統(tǒng)，有效解決了施工材料、設備運輸困難問題，達到了運輸高效、安全、成本低等效果。

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(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7；TV52；TV223.3+1

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1001-2184(2016)06-0003-03

張 曾(1985-)，男，寧夏中衛(wèi)人，項目工程技術部主任，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.