淺析水利工程中邊坡加固處理技術

□趙 芳（貴州省水利水電勘測設計研究院）

在水利水電工程中經常會遇到邊坡穩定的問題。工程中的邊坡穩定性直接決定了項目建設的可行性，對工程的安全運行和項目投資有著很大的影響。曾經很多大型水利水電工程項目在施工過程中出現了邊坡失穩的問題，例如漫灣水電站左岸壩肩高邊坡、天生橋水電站廠區邊坡、安康水電站壩區邊坡、龍羊峽水電站虎山坡邊坡等。在治理這些工程邊坡失穩問題時花費了大量的人力和金錢，同時施工工期也受到了影響，這個問題在我國水利工程項目施工過程中越來越嚴峻，甚至有些項目的邊坡工程是影響工程施工進度和是否竣工的關鍵。我國正在建設一大批大型重點水利項目，例如李家峽、三峽、龍灘、拉西瓦等水利工程都面臨著嚴重的邊坡穩定問題。其中國家重點項目三峽工程，庫區范圍內存在著十幾處近億立方米的滑坡體，龍灘水電站的邊坡也存在總計超過1000萬m3的傾斜蠕變體，在拉西瓦水電站的下游同樣也有著大約700m的大型不穩定山體。這些水利工程的項目規模和所面臨的技術難度都是非常重大的,所以重視水利工程邊坡工程的科學研究，努力研究出一套科學有效的邊坡工程勘測、設計、施工、監測技術，已經成為水利工程領域熱門的科研課題。以下將通過噴錨防護、預應力錨索梁和巖質邊坡綠化噴播技術3個重要的方面對水利工程中邊坡加固處理技術進行分析。

1.錨桿支護技術

錨桿支護是一種主動加固巖土體的技術措施，能夠有效地控制巖土體的變形，防止土體發生坍塌。通過錨固的長度可以將錨桿劃分為全長錨固和端頭錨固兩種；還可以根據錨固方式分為粘結錨固、機械錨固、摩擦式錨固等。

1.1 錨桿支護的作用機理

1.1.1 懸吊作用

錨桿支護通過錨桿能夠使松動、軟弱、不穩定的土體懸掛在穩定的巖土體中，避免其發生離層滑落。錨桿主要是提供拉力起懸吊的作用，使其能夠克服不穩定巖土體的自重或者下滑力，來保障邊坡巖土體的穩定。

1.1.2 組合梁作用

薄層狀的巖土體僅僅是簡單疊合在一起，可以看作簡支梁結構。沒有進行錨固工作前，在荷載作用下巖體上下緣分別處于受壓和受拉狀態，單個簡支梁都出現獨自的彎曲變形。而通過錨桿對其進行支護后，相當于一種組合梁結構，各層巖體發生相互擠壓，層間的摩阻力也會隨之增加，組合梁的抗彎強度也得到增強，這樣就提高了邊坡巖土體的承載能力。錨桿直接影響到其強度，隨著錨固力的增大而增大。

1.1.3 擠壓加固作用

通過錨桿作用能夠形成一種錐形壓縮帶，使相鄰錨桿形成的錐形體壓縮區相互重疊，這樣就出現了具有一定厚度的連續壓縮帶，大幅度地提高了邊坡巖體的承載能力。在邊坡出現軟弱破碎巖土體時錨桿擠壓加固作用特別顯著。

1.1.4 圍巖強度強化理論

錨桿支護本質上是改善了邊坡加固區的力學參數，從而保證了邊坡工程中巖體的穩定性。

1.2 國外巖石錨桿設計技術

在設計堅硬巖層錨桿的錨固深度過程中，假定巖石均質，對于單根錨桿而言頂角90°軸線與錨桿中心線重合的圓錐形是其影響區。那么理論上錨桿所需的深度為：

當錨桿垂直于巖層的走向時，錨固效果是最好的。如果工程中出現的不規則節理巖體和軟弱的巖石，可以采用L.Hobst推導的公式來確定錨固深度，該公式假定巖塊側面的摩阻力等于錨桿的抗拔力，而通過圓形或圓錐形的巖塊來傳遞錨桿上的應力，錨桿端部的上撐力產生的側向應力決定了摩阻力的數值，在邊坡表面附近該應力為零，然后隨著錨桿深度增加到根端平面處的最終值σh。σh可通過以下公式計算：

2.預應力錨索梁技術

隨著邊坡加固技術水平的不斷發展，出現了一種新型加固措施—預應力錨索梁，它主要由錨梁和錨索兩部分組成。錨索一般分為臨時性錨索和永久性錨索兩大類。

2.1 預應力錨索梁作用機理

錨索能夠使松散軟弱的巖層連接成一個整體，同時將其錨固在深處穩定的巖體上，然后進行預應力的施加，那么錨索長度范圍內的松散軟弱的巖層就會被壓實擠密，巖層間的摩擦力和正壓力都會得到提高，防止松散巖體開裂發生位移，從而實現對邊坡進行有效加固的目的。根據錨固段的受力情況可將錨索分為3種：荷載分散型錨索、荷載集中型錨索以及拉壓復合型錨索。工程中應用最廣泛的是荷載分散型錨索。

2.2 預應力錨索梁技術設計方法

由于目前理論水平的局限性，工程中邊坡預應力錨索梁技術的設計方法通常采用類比法，主要根據技術人員設計的經驗來確定錨索的設計參數，但對于錨索的作用機理的研究還不是非常深入，現在還未能形成一套完善科學的分析設計方法。目前國內水利工程設計領域，對于計算拉力型錨索巖土體中錨索的極限承載力通常采用的是英國BS8081建議的公式，假定條件是粘結應力沿錨固段全長均勻分布。日本工程學者尾高英雄等依據變形一剪應力理論(即局部變形假定)提出壓力分散型錨索的設計方法，該方法需要假定錨索體與注漿體的復合體與周邊巖體界面的粘結強度τ不隨錨固體的長度而發生變化，是一個定值，以此來計算得出錨索的極限承載力。

2.3 壓力分散型錨索優缺點

壓力分散型錨索的優點和缺點都很明顯。其優點主要有：錨固段注漿體受壓、受力更合理，錨索的承載體分散受力，這種錨索結構在抗剪強度不高的軟巖體或者某些土層的邊坡加固工程中特別適用。它的缺點是：在長期的工作狀態下鋼絞線的拉伸應力難以保持一致，施工過程中錨索的預應力調整不是非常方便，對錨具的要求非常高，而且施工過程非常繁瑣。

3.坡面防護

巖質邊坡綠化噴播技術是坡面防護工程中重要的技術手段，巖質邊坡綠化噴播技術主要指在坡面形成一種綠化植物能夠正常生長發育，同時基質又不會被沖刷的穩定坡面結構；它利用特制的工程機械把植物養料、土壤、保水材料、植物種子、水泥等混合料加水后噴射到邊坡巖面上，因為水泥會產生粘結作用，混合物能夠在邊坡表面形成一層的硬化體。這一層硬化體具有連續空隙的特點，不僅能夠保證種植免遭沖蝕，而且硬化體的空隙中填有種子、土壤等，種植基質有一定的填充空間，植物根系也有充足的生長空間。這種技術主要用于處理開挖后的巖體邊坡不宜直接進行綠化的情況。

巖質邊坡綠化噴播技術的主要施工過程是：先進行修整邊坡，錨桿、掛網，然后噴射7～8cm厚不含植物種子的混合料，第二次噴射2～3cm厚含有種子的混合料，在噴射工作結束后要進行覆蓋保濕，防止雨水沖刷。如果混合料噴播后沒有下雨應該每天進行澆水以保障土壤濕潤，在成坪后才可以逐步減少澆水的次數。

4.結語

目前我國水利工程建設發展迅速，出現大量的重要邊坡工程，其邊坡加固問題極其重要。在水利工程中對邊坡進行防護，首先要考慮邊坡的穩定和加固問題，避免邊坡受到雨水的沖刷，防止和減弱邊坡巖石表面的風化、剝蝕和破碎過程，采取科學有效的加固技術保證工程邊坡的整體穩定。

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