水利水電工程高邊坡的加固與治理

林 君

（廣東潤威建設工程有限公司，廣東 廣州 510660）

水利水電工程是助力市場經濟建設及保障地區穩定發展的重點工程項目。隨著國內相關工程項目建設投入日益增多，建設方對工程質量的要求越來越高，因此，必須采取相應的措施加強工程質量管理，重視對高邊坡的治理和加固。但是在深入現場進行考察時發現，部分現場工人在施工前沒有做好地質勘查，未能制訂出一套行之有效的加固方案，加之日常巡查工作不力，未能及時對潛在的安全風險進行排查，從而限制了高邊坡功能的充分發揮，增加了潛在的維護費用，影響了工程的經濟效益。因此，有必要設計方案進行高邊坡的加固與治理。

1 水利水電工程實例介紹

1.1 工程概況

本文所介紹工程項目位于廣東某地區江河干流位置，根據建設方要求，此工程在建成投入使用后將兼具地區防洪抗災、農業灌溉、水利發電、生態環境保護等多項功能，工程概況見表1。

表1 工程概況

1.2 工程高邊坡地質環境

該工程項目的場區鄰近地區的野馬川斷裂區域位于工程的上盤區，全長27.5 km，總體走向278°，剖面偏西，傾角為48°。兩盤斷裂都是二疊系，斷裂帶長度在150～200 m范圍內，上盤的整體產狀為165°∠8°，下盤的綜合產狀為138°∠15°。斷裂位置標號為K93+190（中段位置），與工程線路垂直交叉，距斜坡228 m左右。受斷裂帶的綜合影響，邊坡區的巖體斷裂、節理、裂隙發育顯著，巖層和構造面的產狀變化較大。綜合上述情況可以看出，此工程項目所在場地環境較為復雜，施工難度較大。

2 水利水電工程高邊坡加固措施分析

2.1 削方減載

針對上述水利水電工程項目進行高邊坡加固，首先需要完成削方減載處理。根據坡度設置分層平臺，對邊坡面進行刷方[1]，同時在滑坡的后方減輕重量，在前方施加壓力。具體操作主要包括穩定坡腳、降低分級平臺高度、加寬平臺、降低坡面坡度等[2]。采用這種方式可以對高邊坡中相對較低且較為平緩的邊坡進行加固。將這種加固方式作為后續加固工序的輔助措施可以提升高邊坡加固效果。

2.2 支擋

在完成削方減載后，采用預應力錨索結構實現對高邊坡的支擋。預應力錨索結構示意圖見圖1。

圖1 預應力錨索結構示意圖

在設置預應力錨索結構時需要確定該結構的最佳方向角，可計算出既能保證錨索長度較短，又能滿足最大錨固力的方向角，計算公式為

式中：K為預應力錨索的最佳方向角；a為高邊坡滑動面的內摩擦角；b為高邊坡滑動面的傾斜角度。

對于采用預應力錨索進行加固的高邊坡，在荷載較低的情況下，其穩定主要依靠本身的固結強度[3]。在這種情況下，錨桿與土體之間的相對位移為0，錨桿與土體間的摩擦阻力還沒有顯現出來[4]。當荷載逐漸增大時，錨桿的抗拉變形就會發生，從而導致邊坡穩定地向預應力錨桿的錨固力方向移動。而設置預應力錨索結構可以為高邊坡承擔更大的土體壓力或滑坡推力，保證坡體結構的穩定性。

2.3 加固

在實現對高邊坡的支擋后，引入格構加固技術，采用漿砌塊石、現澆混凝土和預應力混凝土作為邊坡的加固結構。將該結構穩定在巖體中，依靠自身作用力提供抗滑力[5]。這一支擋方式與普通錨桿加固相比能夠實現對格構梁與錨索的綜合運用，可兼顧高邊坡深層和淺層的加固。格構按照材料的不同可分為漿砌塊石結構、現澆混凝土結構和預制預應力混凝土結構[6]，按照形狀可分為方型和菱形兩種形式，見圖2。

圖2 格構結構形式示意圖

根據水利水電工程的實際情況合理選擇格構形式，以確保將格構結構的加固作用提升到最高。

3 水利水電工程高邊坡治理措施分析

3.1 水利水電工程防護治理

按照上述措施實現對高邊坡的加固后，為實現對高邊坡的防護，需要進行相應治理。在坡面上以漿砌石為骨架，通過種植、播種等方式進行綠化。根據實際需要，可選擇拱形、菱形、人字形等骨架結構。為了進一步減輕高邊坡受到的沖刷，要求漿砌石護坡的坡率在1∶1.0到1∶1.5范圍內，每一級的高度不得超過10 m。此外，可采用現澆鋼筋砼框架，在邊坡上回填客土，采用苗木種植或播種等方法進行綠化治理[7]。采用鋼筋砼加固邊坡具有更好的適應性和綠化效果。針對一些較高的風化巖石邊坡，可采用噴射混凝土的方式實現護坡，但在實際應用中采用這種方式會阻止風化，因此要盡可能少使用，避免對水利水電工程周圍景觀的影響。

3.2 噴播防護與厚層基材噴射植被防護

為取得更理想的治理效果，結合噴播防護與厚層基材噴射植被防護方式實現對高邊坡的治理。將植物種子、有機纖維、保水材料、粘合材料、肥料等和水混合后，利用液壓噴播裝置具備的特殊水力將上述混合材料噴灑到指定的地區[8]。混合溶液可實現對面狀植被的快速恢復，以此達到治理效果。在采用這種噴播防護方式時，坡率應當在1∶1.5到1∶2.0范圍內，且坡高不得超過10 m。為實現對更高區域邊坡的治理，引入客土噴播技術。利用特殊的機械裝置將植物種子、客土、各種助劑等混合均勻，然后利用壓縮空氣或高壓水作為載體，將混合材料均勻地噴射到巖石中。在具體操作時，先利用攪拌器將本地適生土壤、有機質、長效緩釋肥、保水材料、粘結材料、酸堿調節劑等混合，制成生長基質材料，由高壓氣流將培養基質材料經管道注入噴口，與水泵內部的水流會合，使基質材料顆粒化，再由噴槍噴射到斜坡上，最終將選擇的種子與少量的基質材料按照一定的比例攪拌，并按照相同的工序噴射在坡面上，以此完成噴播。在完成噴播后，進行厚層基材噴射植被防護治理。在應用這一治理措施時，要求液壓噴播的厚度不得超過1 cm，以此根據上述論述實現對高邊坡的治理。

4 測試結果分析

以上述介紹的工程項目為例進行測試。測試前，對該工程進行邊坡加固與綜合治理施工。施工前，對區域地質進行勘查，發現此高邊坡工程所在地區的地質構成較為復雜，大部分地質結構為巖石結構，抗風化能力相對較差，因此，在相同的風化條件下，此工程結構遭到破壞比較嚴重，也更容易發生崩塌事故。

一般認為，巖層的產狀、巖層是否存在節理及裂縫發育都取決于地質結構。若地質結構中有斷裂或裂縫，則有可能引起滑坡或影響坡面穩定性。該工程正是具有此特點的工程，因此，十分有必要采取措施進行工程邊坡的治理。

4.1 滑坡位移監測

在施工后的作業面上選擇5個連續測點進行滑坡位移監測，監測周期為10 d。在監測中應明確所有測點的單日滑坡位移不得超過3 mm，連續兩天的滑坡位移不得超過2 mm，單點總滑坡位移不得超過20 mm。在明確監測工作的目的與標準后，對5個連續測點展開監測，監測結果見第57頁表2。

表2 高邊坡工程滑坡位移監測結果 （mm）

4.2 邊坡穩定性分析

完成上述研究后，本文對加固治理后的邊坡進行穩定性驗算，驗算公式為

式中：A為加固治理后的邊坡穩定性系數；k為邊坡滑動面的抗滑力；m為邊坡滑動面的滑動作用力。

設計A的取值在-1到+1之間。當A的取值為0時，說明此時邊坡處于臨界滑動狀態，但未發生滑動，需要采取措施進行加固，或證明了本文設計的加固治理施工方法未能在應用中起到穩固邊坡的效果；當A的取值＞0時，說明邊坡結構穩定，不存在失穩、滑坡等安全隱患，或證明了本文設計的加固治理施工方法可以在應用中起到穩固邊坡的效果；當A的取值＜0時，說明邊坡結構已經失穩或已經發生滑坡。按照上述標準，本文對比了加固治理前后邊坡的穩定性，結果見圖3。

圖3 邊坡穩定系數校驗結果

5 結論

通過上述研究，本文得到以下幾個方面的結論。

1）根據表2高邊坡工程滑坡位移監測結果，測點①～測點⑤的滑坡總位移均未達到20 mm，且在監測過程中各個測點滑坡位移未出現連續兩天超過2 mm或單日超過3 mm的現象，證明本文采用的方法可以起到控制邊坡位移的效果。

2）圖3邊坡穩定系數校驗結果證明該方法的應用提高了邊坡的穩定性，降低了滑坡事故的發生幾率。