郭衛(wèi)翔

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

高灘水電站工程位處沅水一級(jí)支流酉水下游的沅陵縣高砌頭鄉(xiāng)，是一個(gè)以發(fā)電為主的兼有航運(yùn)的水電樞紐工程，于1996年投產(chǎn)運(yùn)行。高灘水電站為低水頭徑流式電站，水庫(kù)正常蓄水位為118.0 m，總庫(kù)容為0.273億m3，裝機(jī)容量為57 MW。

2008年5月27日凌晨5時(shí)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(fā)生滑坡，導(dǎo)致一棟民宅跨塌，生活區(qū)的一棟樓房和其他附屬設(shè)施遭受不同程度損壞。麻將灣滑坡導(dǎo)致近10 000 m3滑坡體物質(zhì)堆積在生活區(qū)北面山坡上，一旦遭遇連續(xù)強(qiáng)降雨，導(dǎo)致滑坡體物質(zhì)飽和，將會(huì)形成新的地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，下部山體發(fā)生滑坡后，中上部邊坡臨空，失去巖土體阻擋，存在繼續(xù)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(zhì)條件；其次，暴雨是最主要、最直接的觸發(fā)因素。

（1）地形、地質(zhì)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(cè)為沖溝，西側(cè)北北西向節(jié)理裂隙形成的陡坎，構(gòu)成側(cè)向切割面，北側(cè)發(fā)育張扭性節(jié)理，與邊坡斜交延伸較長(zhǎng)，沖溝溝口為滑移提供了臨空面和滑移空間。

構(gòu)成斜坡主體的白堊系紅色砂、泥巖強(qiáng)度低，易風(fēng)化；長(zhǎng)石石英砂巖、泥質(zhì)粉砂巖中節(jié)理裂隙比較發(fā)育，有利于水的入滲和其他風(fēng)化營(yíng)力的作用，使其下的粉砂質(zhì)泥巖軟化和泥化，成為控制性滑動(dòng)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(dòng)。

（2） 暴雨。

普降暴雨且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是觸發(fā)這次滑動(dòng)的主要原因。它從以下兩個(gè)方面對(duì)斜坡的穩(wěn)定性產(chǎn)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(dòng)、靜水壓力的影響達(dá)到最大程度；二是軟化了泥巖層面，降低了層面的抗剪強(qiáng)度。上述作用相互配合，觸發(fā)了這次滑坡。

3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

3.1.1 邊坡級(jí)別

根據(jù) 《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386-2007），確定此次設(shè)計(jì)邊坡級(jí)別為3級(jí)，取正常工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.15。

3.1.2 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)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(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡（順向坡）。設(shè)計(jì)中采用的巖土體物理力學(xué)指標(biāo)為：巖層傾角19°，綜合摩擦系數(shù) 0.36，巖體容重 26.8 kN/m3，土體容重 19.2 kN/m3。

3.2 穩(wěn)定性計(jì)算及邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算，選取《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 386-2007）附錄D“抗滑穩(wěn)定計(jì)算”中的第D.1.3節(jié)中計(jì)算公式。

此次穩(wěn)定計(jì)算取綜合的摩擦系數(shù)0.36，不考慮c值，選取現(xiàn)有滑坡體滑移物質(zhì)清除后的3個(gè)不同的典型斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算斷面位置見(jiàn)圖1，計(jì)算成果詳見(jiàn)附表。

圖1 邊坡計(jì)算及處理平面圖

從計(jì)算結(jié)果可以看出，3個(gè)典型斷面的邊坡穩(wěn)定系數(shù)均為1.05，邊坡處于極限平衡狀態(tài)，在外界條件發(fā)生改變時(shí)，有再次發(fā)生滑動(dòng)的可能。因此，必須對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理，保證邊坡安全。

4 邊坡處理

4.1 邊坡處理計(jì)算方法

計(jì)算方法采用《水庫(kù)滑坡與防治技術(shù)》推薦的傳遞系數(shù)法，計(jì)算在規(guī)定安全系數(shù)條件下的剩余下滑力，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

傳遞系數(shù)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(xiàn)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(xiàn)平行于前一塊的滑面方向，作用分界面的中點(diǎn)。

附表 邊坡穩(wěn)定、剩余下滑力及錨索計(jì)算成果表

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

此次單寬剩余下滑力的計(jì)算仍選取穩(wěn)定計(jì)算的3個(gè)典型斷面，取綜合的摩擦系數(shù)0.36，不考慮c值，取安全系數(shù)為1.15。3個(gè)典型斷面單寬剩余下滑力計(jì)算成果詳見(jiàn)附表。

4.2 邊坡處理方案選擇

邊坡加固方案應(yīng)貫徹安全、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則，在保證安全和正常使用的前提下，尋求方便施工、對(duì)環(huán)境影響小、最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)處理方案的技術(shù)合理性、施工的可行性和經(jīng)濟(jì)等三方面綜合考慮，選擇最佳的結(jié)構(gòu)形式與布置方案。

對(duì)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(yù)應(yīng)力錨索等。結(jié)合本邊坡工程的特點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)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(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡（順向坡），巖層傾角約19°，若采用大規(guī)模的削坡卸載的方法，不但要開(kāi)挖較大方量的巖土體，而且開(kāi)挖范圍大，很難達(dá)到使邊坡穩(wěn)定的效果，同時(shí)，可能造成新的水土流失，影響生態(tài)環(huán)境。

（2）錨桿及錨筋樁：錨桿及錨筋樁承受的剩余下滑力相對(duì)較小，從計(jì)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(shì)必要采用較大數(shù)量的錨桿或錨筋樁，從而破壞邊坡巖體的整體性，同時(shí)，錨桿和錨筋樁均為被動(dòng)加固，難以達(dá)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(gè)明顯的滑動(dòng)剪切面且滑動(dòng)剪切面以下是較完整的基巖，或者是密實(shí)的穩(wěn)定基礎(chǔ)，能提供足夠的錨固力。主要適用于深層滑坡，費(fèi)用高，施工周期長(zhǎng)，此邊坡加固處理工程不宜采用。

（4）預(yù)應(yīng)力錨索：預(yù)應(yīng)力錨索的最大特點(diǎn)是能夠充分利用巖土體自身強(qiáng)度和自承能力，大大減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省工程材料。與其他加固措施相比，預(yù)應(yīng)力錨索加固技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

●柔性好，用于加固巖土體時(shí)能與巖土體共同作用，充分發(fā)揮兩者的能力；

●深層加固，加固深度可達(dá)數(shù)十米；

●主動(dòng)加固，通過(guò)對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力，能夠主動(dòng)控制巖土體變形，調(diào)整巖土體應(yīng)力狀態(tài)，有利于巖土體的穩(wěn)定性；

●施工快捷靈活，預(yù)應(yīng)力錨索施工采用機(jī)械化作業(yè)，具有工藝靈巧、施工進(jìn)度快、工期短、施工安全等特點(diǎn)；

●經(jīng)濟(jì)性好。

根據(jù)以上分析，此次邊坡加固處理以預(yù)應(yīng)力錨索為主，同時(shí)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(shè)計(jì)

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(yù)應(yīng)力錨索工程。

4.3.1 削坡卸載工程設(shè)計(jì)

首先，清除滑坡體物質(zhì)，從滑坡區(qū)邊線(xiàn)裂縫處以1∶0.5的坡比對(duì)邊坡進(jìn)行削坡卸載，開(kāi)挖至140.08 m高程，形成一大的平臺(tái)，平臺(tái)寬（17.0～30.0）m，然后從140.08 m平臺(tái)再向下開(kāi)挖至生活區(qū)地面高程，即137.58 m平臺(tái)，此平臺(tái)寬為到宿舍樓外邊線(xiàn)距離為10 m。

4.3.2 擋土墻工程設(shè)計(jì)

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

4.3.3 排水工程設(shè)計(jì)

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

坡頂截水溝為梯形結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(qū)原有排水系統(tǒng)。

為了順暢地排出巖石裂隙和層面間的地下水，降低坡體內(nèi)的水壓力，對(duì)削坡卸載后的開(kāi)挖坡面，采用坡面機(jī)械鉆孔設(shè)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(nèi)插排水軟管，外包土工布一層，防止泥砂堵塞。

4.3.4 預(yù)應(yīng)力錨索工程設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)體系主要由錨固頭、自由段、錨固段組成。錨索的長(zhǎng)度必須穿過(guò)潛在滑裂面，起到阻滑作用。錨固段需設(shè)置在穩(wěn)定、密實(shí)的巖土層內(nèi)。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(jí)預(yù)應(yīng)力錨索，則錨索數(shù)量太多，布置太密，錨索施工鉆孔時(shí)將破壞巖石整體性，從而加固效果不佳。因此，選取2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索。

預(yù)應(yīng)力錨索計(jì)算采用 《水工預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 212-98）中關(guān)于錨固段長(zhǎng)度、錨索長(zhǎng)度及最佳錨固角的計(jì)算公式。

根據(jù)上述計(jì)算公式及單寬剩余下滑力成果，計(jì)算預(yù)應(yīng)力錨索的根數(shù)、錨索長(zhǎng)度及最佳錨固角等。計(jì)算成果詳見(jiàn)附表。邊坡處理詳見(jiàn)圖1及圖2。

計(jì)算成果表中為單寬范圍內(nèi)2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索的數(shù)量。顯而易見(jiàn)，斷面1-1處4m寬范圍內(nèi)3根錨索即可滿(mǎn)足加固要求，斷面2-2及斷面3-3處6 m寬范圍內(nèi)2根錨索即可滿(mǎn)足加固要求，第一、二、三排（緊臨坡底為第一排）錨索長(zhǎng)度分別為10，16，22m。預(yù)應(yīng)力錨索最佳錨固角為35.9°。

圖2 邊坡處理典型斷面圖

根據(jù)計(jì)算成果，預(yù)應(yīng)力錨索布置如下：

在斷面1-1處坡面上設(shè)置3排2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索，在斷面2-2、斷面3-3處坡面上設(shè)置2排2 000 kN級(jí)預(yù)應(yīng)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(shù)分別為18根、18根、6根，錨索總數(shù)為42根，各根錨索外錨段設(shè)置C35混凝土錨墩。

為加強(qiáng)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(zhǎng)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(lián)系梁連接，聯(lián)系梁延伸至坡頂。從而形成一個(gè)整體錨固網(wǎng)，網(wǎng)格內(nèi)用M7.5漿砌石砌筑。

5 結(jié)論

高灘水電站麻將灣邊坡按上述方案進(jìn)行處理后，邊坡保持著穩(wěn)定狀態(tài)，目前未發(fā)現(xiàn)拉裂及滑坡現(xiàn)象。說(shuō)明以預(yù)應(yīng)力錨索為主的綜合處理邊坡的方法加固效果較好，對(duì)類(lèi)似邊坡的加固處理具有一定的借鑒參考作用。