長河壩水電站泄洪系統高陡環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)

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長河壩水電站泄洪系統高陡環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、無明確的施工規范和驗收標準。環境邊坡治理直接關系到邊坡的整體穩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典型高陡環境邊坡工程實例，對環境邊坡治理施工展開了研究，總結出一套切實可行的環境邊坡綜合治理施工技術，達到了邊坡整體穩定的目的，確保了環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 環境邊坡的概念

隨著社會經濟的發展，水電、鐵路、公路等工程已向條件相對惡劣的地區發展、在陡峻山嶺地區修建工程，環境邊坡施工已逐步應用于工程中。環境邊坡(environmental slope)是自然邊坡的一部分，范圍視建筑物及其重要程度、失穩地質體的規模及其穩定性、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)下可能發生邊坡失穩、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 環境邊坡示意圖

1.2 長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡概況

長河壩水電站泄洪放空系統進、出口環境邊坡高陡(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、節理裂隙發育，由發育危巖體、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環境邊坡分析及評價

2.1 環境邊坡破壞的類型

環境邊坡受外界不利因素的影響，可能發生深層失穩破壞或淺表層破壞。其中深層失穩破壞一般是在坡面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生的變形和破壞，其規模有限，包括坡面滾石、剝落、碎落等。

2.2 環境邊坡分析及評價

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

針對長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡，項目部運用數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)環境邊坡在未治理狀態下暫處于穩定狀態，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定性的影響高于豎直作用力影響；

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

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

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

根據上述對環境邊坡進行的分析、評價后得知：長河壩水電站泄洪放空系統環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、滑坡、崩塌及滾石等安全風險，需對環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環境邊坡采取的綜合治理技術

針對泄洪放空系統環境邊坡的各種破壞型式，根據其所發揮作用的不同，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環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 環境邊坡治理原則

根據對環境邊坡進行的分析、評價，結合工程自身實際情況，對環境邊坡采取“不同區域、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。

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

以“點”控制：對于環境邊坡邊緣、較高部位等距離工程區和施工區較遠的部位，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：在環境邊坡中部采取線性控制的治理方案。該區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：對于工程區附近的環境邊坡，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、動態治理的原則。

從施工安全的角度出發，采用自上而下的順序施工，以保證其下部施工安全。因環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，進一步詳細勘察現場，通過檢測、監測等手段反饋現場情況，對治理方案進行動態調整和優化。

(3)分類匯總、區別對待的原則。

根據環境邊坡現場情況，對各類治理方式分類匯總、區別對待，主要包括邊坡陡緩、離工程區遠近、危巖體數量及程度、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、施工對工程區影響、監測手段，地表結構面與巖體內結構面治理方式與深度、深層錨固動態調整、群錨效應分析、松散和分散個體化零為整后的邊坡穩定性分析。

3.2 環境邊坡的表層處理及防護

長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡巖體風化程度嚴重、破碎，坡面存有大量危石，根據現場實地踏勘并通過對環境邊坡滾石進行的計算與分析得出的結果表明：環境邊坡滾石問題較為突出、滾石風險較大，危害較大。針對環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、建筑物上部邊坡范圍的危石、松動巖塊及松散堆積體，減少邊坡危石數量、降低邊坡滾石概率；②在環境邊坡上部及邊坡治理范圍內，根據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域、沖溝范圍，采用多級主被動防護網系統及混凝土、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生。

3.3 環境邊坡的淺層加固

長河壩水電站泄洪放空系統環境邊坡巖體節理裂隙發育、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環境邊坡采取了錨桿、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能力，有效地限制了巖體變形的自由發展，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 環境邊坡的深層錨固

長河壩水電站泄洪放空系統環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，對邊坡的整體穩定有較大影響，可能造成滑坡、崩塌等危害。對環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。其中環境邊坡根據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，有效地控制了環境邊坡結構面的滑移失穩，使巖體處于穩定狀態，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環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環境邊坡高陡、地形地質條件復雜，治理區域均為山脊、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，根據環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環境邊坡治理采用索道、滑道提升系統解決了施工材料、設備運輸問題。工程實際應用證明：索道、滑道提升系統具有結構簡單、施工便捷、施工成本低、施工工期短、對周邊環境無破壞等特點，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、環保及施工操作等方面具有明顯的優勢，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高陡環境邊坡工程治理實例，針對其環境邊坡復雜的地質條件，根據數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，增大了邊坡穩定安全系數、確保了邊坡整體穩定，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，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

B

1001-2184(2016)06-0003-03

張 曾(1985-)，男，寧夏中衛人，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.