高灘水電站麻將灣邊坡處理

郭衛翔

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 工程概況

高灘水電站工程位處沅水一級支流酉水下游的沅陵縣高砌頭鄉，是一個以發電為主的兼有航運的水電樞紐工程，于1996年投產運行。高灘水電站為低水頭徑流式電站，水庫正常蓄水位為118.0 m，總庫容為0.273億m3，裝機容量為57 MW。

2008年5月27日凌晨5時左右，由于普降暴雨，宿舍樓北面山坡（麻將灣后山）下部突然發生滑坡，導致一棟民宅跨塌，生活區的一棟樓房和其他附屬設施遭受不同程度損壞。麻將灣滑坡導致近10 000 m3滑坡體物質堆積在生活區北面山坡上，一旦遭遇連續強降雨，導致滑坡體物質飽和，將會形成新的地質災害。同時，下部山體發生滑坡后，中上部邊坡臨空，失去巖土體阻擋，存在繼續滑坡的可能性。

2 滑坡成因初步分析

宿舍樓北面山坡滑坡的形成，首先是具備了易滑的地形、地質條件；其次，暴雨是最主要、最直接的觸發因素。

（1）地形、地質因素。

宿舍樓北面山坡為順向坡，地形比較平緩，坡度10°～25°，有利于降雨入滲。東側為沖溝，西側北北西向節理裂隙形成的陡坎，構成側向切割面，北側發育張扭性節理，與邊坡斜交延伸較長，沖溝溝口為滑移提供了臨空面和滑移空間。

構成斜坡主體的白堊系紅色砂、泥巖強度低，易風化；長石石英砂巖、泥質粉砂巖中節理裂隙比較發育，有利于水的入滲和其他風化營力的作用，使其下的粉砂質泥巖軟化和泥化，成為控制性滑動面；巖層傾向與坡面傾向一致，使得北面山坡為順向坡，有利于滑動。

（2） 暴雨。

普降暴雨且持續時間長，是觸發這次滑動的主要原因。它從以下兩個方面對斜坡的穩定性產生不利的影響：一是大量降水入滲地下，使邊坡巖體充分飽水，地下水動、靜水壓力的影響達到最大程度；二是軟化了泥巖層面，降低了層面的抗剪強度。上述作用相互配合，觸發了這次滑坡。

3 邊坡穩定性計算

3.1 設計依據

3.1.1 邊坡級別

根據 《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007），確定此次設計邊坡級別為3級，取正常工況下抗滑穩定安全系數為1.15。

3.1.2 巖土體物理力學指標

根據現場地質調查，巖層走向與邊坡的走向近于一致，為一典型的層狀同向結構巖質邊坡（順向坡）。設計中采用的巖土體物理力學指標為：巖層傾角19°，綜合摩擦系數 0.36，巖體容重 26.8 kN/m3，土體容重 19.2 kN/m3。

3.2 穩定性計算及邊坡穩定性評價

邊坡抗滑穩定安全系數的計算，選取《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007）附錄D“抗滑穩定計算”中的第D.1.3節中計算公式。

此次穩定計算取綜合的摩擦系數0.36，不考慮c值，選取現有滑坡體滑移物質清除后的3個不同的典型斷面進行抗滑穩定計算，計算斷面位置見圖1，計算成果詳見附表。

圖1 邊坡計算及處理平面圖

從計算結果可以看出，3個典型斷面的邊坡穩定系數均為1.05，邊坡處于極限平衡狀態，在外界條件發生改變時，有再次發生滑動的可能。因此，必須對邊坡進行加固處理，保證邊坡安全。

4 邊坡處理

4.1 邊坡處理計算方法

計算方法采用《水庫滑坡與防治技術》推薦的傳遞系數法，計算在規定安全系數條件下的剩余下滑力，為工程設計提供依據。

傳遞系數法基本假定：

（1）滑坡體不可壓縮并作整體下滑，不考慮條塊之間擠壓變形。

（2）條塊之間只傳遞推力不傳遞拉力，不出現條塊之間的拉裂。

（3）塊間作用力（即推力）以集中力表示，它的作用線平行于前一塊的滑面方向，作用分界面的中點。

附表 邊坡穩定、剩余下滑力及錨索計算成果表

（4）垂直滑坡主軸取單位長度的巖土體作計算的基本斷面，不考慮條塊兩側的摩擦力。

此次單寬剩余下滑力的計算仍選取穩定計算的3個典型斷面，取綜合的摩擦系數0.36，不考慮c值，取安全系數為1.15。3個典型斷面單寬剩余下滑力計算成果詳見附表。

4.2 邊坡處理方案選擇

邊坡加固方案應貫徹安全、合理、經濟的設計原則，在保證安全和正常使用的前提下，尋求方便施工、對環境影響小、最經濟的結構形式。在本設計中，對處理方案的技術合理性、施工的可行性和經濟等三方面綜合考慮，選擇最佳的結構形式與布置方案。

對于邊坡加固處理，常用的方法有：削坡卸載、錨桿、錨筋樁、抗滑樁、預應力錨索等。結合本邊坡工程的特點，現對上述各種加固方法分析如下：

（1）削坡卸載：該邊坡為典型的層狀同向結構巖質邊坡（順向坡），巖層傾角約19°，若采用大規模的削坡卸載的方法，不但要開挖較大方量的巖土體，而且開挖范圍大，很難達到使邊坡穩定的效果，同時，可能造成新的水土流失，影響生態環境。

（2）錨桿及錨筋樁：錨桿及錨筋樁承受的剩余下滑力相對較小，從計算成果表可以看出，單寬剩余下滑力很大，若采用單一的錨桿或錨筋樁的加固方式，勢必要采用較大數量的錨桿或錨筋樁，從而破壞邊坡巖體的整體性，同時，錨桿和錨筋樁均為被動加固，難以達到良好的加固效果。

（3）抗滑樁：該措施主要適用于滑坡體中有一個明顯的滑動剪切面且滑動剪切面以下是較完整的基巖，或者是密實的穩定基礎，能提供足夠的錨固力。主要適用于深層滑坡，費用高，施工周期長，此邊坡加固處理工程不宜采用。

（4）預應力錨索：預應力錨索的最大特點是能夠充分利用巖土體自身強度和自承能力，大大減輕結構自重，節省工程材料。與其他加固措施相比，預應力錨索加固技術具有如下優點：

●柔性好，用于加固巖土體時能與巖土體共同作用，充分發揮兩者的能力；

●深層加固，加固深度可達數十米；

●主動加固，通過對錨索施加預應力，能夠主動控制巖土體變形，調整巖土體應力狀態，有利于巖土體的穩定性；

●施工快捷靈活，預應力錨索施工采用機械化作業，具有工藝靈巧、施工進度快、工期短、施工安全等特點；

●經濟性好。

根據以上分析，此次邊坡加固處理以預應力錨索為主，同時輔以小方量的削坡卸載、擋土墻以及排水等綜合處理措施。

4.3 邊坡處理設計

此次邊坡處理主要工程措施包括：削坡卸載工程、擋土墻工程、排水工程以及預應力錨索工程。

4.3.1 削坡卸載工程設計

首先，清除滑坡體物質，從滑坡區邊線裂縫處以1∶0.5的坡比對邊坡進行削坡卸載，開挖至140.08 m高程，形成一大的平臺，平臺寬（17.0～30.0）m，然后從140.08 m平臺再向下開挖至生活區地面高程，即137.58 m平臺，此平臺寬為到宿舍樓外邊線距離為10 m。

4.3.2 擋土墻工程設計

在137.58 m高程平臺上設置2.5 m高重力式漿砌石擋土墻支擋，擋土墻邊線到宿舍樓外邊線距離控制為10 m，墻身設Φ100 PVC排水管，外包土工布一層。從137.58 m平臺設3 m寬踏步上140.08 m平臺。

4.3.3 排水工程設計

眾多的研究和實踐表明，降雨入滲是導致邊坡產生滑坡的一個重要因素，為減少降雨入滲及地表徑流對滑坡體表面的沖刷影響，須設置地表排水溝系統，以迅速排走地表積留的雨水，避免大量的雨水滲入土體，對邊坡造成不利影響。

坡頂截水溝為梯形結構，底寬0.6 m，高0.6 m，坡比 1∶0.5，采用300 mm厚M7.5漿砌石砌筑，20 mm厚1∶2水泥砂漿抹面。坡面排水溝為矩形結構，底寬1.0 m，高1.0 m，采用300 mm厚M7.5漿砌石砌筑，20 mm厚1∶2水泥砂漿抹面。排水溝接入電站生活區原有排水系統。

為了順暢地排出巖石裂隙和層面間的地下水，降低坡體內的水壓力，對削坡卸載后的開挖坡面，采用坡面機械鉆孔設置排水孔兩排，高程分別為145.00 m、150.00 m，排水孔孔徑 Φ100 mm，水平間距4 m，孔深10 m，排水孔內插排水軟管，外包土工布一層，防止泥砂堵塞。

4.3.4 預應力錨索工程設計

預應力錨索結構體系主要由錨固頭、自由段、錨固段組成。錨索的長度必須穿過潛在滑裂面，起到阻滑作用。錨固段需設置在穩定、密實的巖土層內。錨索與水平面間的夾角宜為15°～40°。

由于單寬剩余下滑力較大，若采用1 000 kN或1 500 kN級預應力錨索，則錨索數量太多，布置太密，錨索施工鉆孔時將破壞巖石整體性，從而加固效果不佳。因此，選取2 000 kN級預應力錨索。

預應力錨索計算采用 《水工預應力錨固設計規范》（SL 212-98）中關于錨固段長度、錨索長度及最佳錨固角的計算公式。

根據上述計算公式及單寬剩余下滑力成果，計算預應力錨索的根數、錨索長度及最佳錨固角等。計算成果詳見附表。邊坡處理詳見圖1及圖2。

計算成果表中為單寬范圍內2 000 kN級預應力錨索的數量。顯而易見，斷面1-1處4m寬范圍內3根錨索即可滿足加固要求，斷面2-2及斷面3-3處6 m寬范圍內2根錨索即可滿足加固要求，第一、二、三排（緊臨坡底為第一排）錨索長度分別為10，16，22m。預應力錨索最佳錨固角為35.9°。

圖2 邊坡處理典型斷面圖

根據計算成果，預應力錨索布置如下：

在斷面1-1處坡面上設置3排2 000 kN級預應力錨索，在斷面2-2、斷面3-3處坡面上設置2排2 000 kN級預應力錨索；斷面1-1、斷面2-2處錨索水平間距4 m，斷面3-3處錨索水平間距6 m。

第一、二、三排錨索錨頭高程分別為141.71，147.97，154.23 m，第一、二、三排錨索根數分別為18根、18根、6根，錨索總數為42根，各根錨索外錨段設置C35混凝土錨墩。

為加強錨固效果，同一排每3根錨索之間用一段橫向的C35混凝土錨梁連接，錨梁長度12 m、18 m不等；同一列各根錨索之間用豎向的C25混凝土聯系梁連接，聯系梁延伸至坡頂。從而形成一個整體錨固網，網格內用M7.5漿砌石砌筑。

5 結論

高灘水電站麻將灣邊坡按上述方案進行處理后，邊坡保持著穩定狀態，目前未發現拉裂及滑坡現象。說明以預應力錨索為主的綜合處理邊坡的方法加固效果較好，對類似邊坡的加固處理具有一定的借鑒參考作用。