耿振云 李鑫淼 張軍勞

戈蘭灘水電站高邊坡治理綜述

耿振云 李鑫淼 張軍勞

戈蘭灘水電站位于云南普洱市和紅河州的界河李仙江上，該地區(qū)為極多雨地區(qū)，覆蓋層厚，谷嶺高差最大超過(guò)650 m。兩岸地形坡度一般為35°～40°，局部超過(guò)45°。工程開(kāi)挖形成左、右壩肩和廠房后邊坡3個(gè)工程高邊坡區(qū)，施工過(guò)程中又形成了左岸繞壩路和右6#路2個(gè)塌滑體。戈蘭灘水電站設(shè)計(jì)中針對(duì)不同類(lèi)型的高邊坡特點(diǎn)，因地制宜地采取工程措施，可供類(lèi)似工程借鑒。

戈蘭灘水電站 邊坡 治理 防護(hù)

戈蘭灘水電站壩址區(qū)河谷為基本對(duì)稱(chēng)的V形谷，兩岸山頂高程最高達(dá)1 025 m，谷嶺高差最大超過(guò)650 m。兩岸地形坡度一般為35～40°，局部超過(guò)45°，自下而上逐漸變緩；除河床及兩岸下部一般巖體裸露外，上部覆蓋層厚度較大，基巖最大埋深20～40 m不等。工程區(qū)開(kāi)挖主要形成3個(gè)2級(jí)邊坡：左壩肩、右壩肩和廠房后邊坡，永久邊坡高度超過(guò)200 m。施工中又形成了左岸繞壩路和右岸6#路2個(gè)塌滑體。

1 邊坡治理措施

1.1 錨噴

錨噴是一種淺表性邊坡防護(hù)措施，噴射混凝土同時(shí)具有封閉裂隙，防止坡面沖刷，防止地表水下滲和巖體進(jìn)一步風(fēng)化剝落的功能。戈蘭灘水電站邊坡錨噴防護(hù)主要用于巖性較差、強(qiáng)度較低、易于風(fēng)化的強(qiáng)風(fēng)化巖石邊坡。施工過(guò)程中，對(duì)部分土質(zhì)邊坡也使用過(guò)噴混凝土防護(hù)，盡管起到了一定的防雨水沖蝕作用，但整體效果不佳。

1.2 預(yù)應(yīng)力錨索

預(yù)應(yīng)力錨索屬于主動(dòng)抗滑結(jié)構(gòu)，由錨索穿過(guò)軟弱巖層或滑動(dòng)面進(jìn)行張拉，從而對(duì)巖層施加壓力，對(duì)不穩(wěn)定巖體進(jìn)行錨固，可系統(tǒng)設(shè)置，也可對(duì)局部不穩(wěn)定巖體集中設(shè)置。戈蘭灘水電站采用了500、700、1 000、2 000 kN四種噸位的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，間排距一般4～6 m，其中500 kN的預(yù)應(yīng)力錨索主要用于巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，承載力低的坡面上，采取了適當(dāng)擴(kuò)大錨頭受力面積或?qū)㈠^頭設(shè)置在混凝土格構(gòu)梁交叉點(diǎn)位置的做法。

1.3 輕型支擋

輕型支擋主要應(yīng)用在6#路塌滑體治理和繞壩路塌滑體治理。6#路塌滑體采用貼坡式擋墻輔以預(yù)應(yīng)力錨索保持穩(wěn)定。繞壩路塌滑體因地基承載力低，采用鋼筋混凝土底板，鑲嵌式斜面板加錨筋樁，板后回填石渣的加固方案，結(jié)構(gòu)較輕巧。

1.4 抗滑樁

當(dāng)邊坡滑動(dòng)面以下為穩(wěn)定的基巖或密實(shí)的土層，能提供可靠的嵌固力時(shí)，可采用抗滑樁加固邊坡。在右岸6#路塌滑體治理中采用抗滑樁板墻型式，取得了較好的效果。

1.5 格構(gòu)梁

在左壩肩邊坡、電站進(jìn)水口邊坡、廠房進(jìn)場(chǎng)路邊坡采用了格構(gòu)梁，且根據(jù)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，部分格梁節(jié)點(diǎn)采用錨筋樁或預(yù)應(yīng)力錨索錨固到深層巖體。由于格構(gòu)框格內(nèi)可以植草，有利于植物生長(zhǎng)，美化環(huán)境的效果較好。

1.6 土工格柵

在進(jìn)廠道路邊坡填方段采用土工格柵，形成加筋土結(jié)構(gòu)，具有施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉的特點(diǎn)。

1.7 排水

戈蘭灘水電站邊坡開(kāi)口線3～5 m的范圍外設(shè)有排水 “天溝”，每級(jí)馬道坡腳設(shè)馬道排水溝，沿坡面每隔一定距離設(shè)坡面豎向排水溝。各排水溝最終與坡腳主排水溝相連，有組織地將坡面匯水導(dǎo)入河道。

噴混凝土防護(hù)坡面一般設(shè)Φ75 mm的排水管，間排距3 m，入巖1 m，外露5 cm，傾角5°。

此外，對(duì)左右岸壩肩和廠房邊坡還設(shè)置了排水平洞，洞內(nèi)設(shè)排水孔以降低邊坡地下水位。

1.8 三維植被網(wǎng)

戈蘭灘水電站對(duì)部分土質(zhì)邊坡采用了三維植被網(wǎng)護(hù)坡。三維植被網(wǎng)是利用活性植物并結(jié)合土工合成材料等工程材料，在坡面構(gòu)建一個(gè)具有自身生長(zhǎng)能力的生態(tài)防護(hù)體系統(tǒng)。由于使用部位高程較高，養(yǎng)護(hù)難度大，加之所選草種的環(huán)境適應(yīng)性，起始效果并不理想。但隨著工程建設(shè)，環(huán)境改善，長(zhǎng)時(shí)間的自然選擇，草種飄落生根，后期效果仍然較好。

2 左壩肩邊坡治理

左壩肩壩頂以上永久邊坡高160 m，巖體有華力西期（ν43）輝綠巖、輝長(zhǎng)巖等侵入巖及二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l2）的蝕變玄武巖、凝灰?guī)r及火山角礫巖等，巖性多變，其弱風(fēng)化結(jié)構(gòu)多為次塊狀，局部為鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性主要受控于巖體中的結(jié)構(gòu)面；邊坡上部的殘積物、全風(fēng)化巖體及強(qiáng)風(fēng)化上部巖體強(qiáng)度低，在降水作用下易發(fā)生破壞。

壩肩開(kāi)挖邊坡，弱風(fēng)化巖體1∶0.5，強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶0.75，全風(fēng)化巖體及以上土體1∶1.1。邊坡每15 m高差設(shè)1級(jí)馬道，馬道寬度3.0 m。邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)有大的不利穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面存在，邊坡整體穩(wěn)定性較好。邊坡上部土質(zhì)邊坡采用三維植被網(wǎng)護(hù)坡；強(qiáng)風(fēng)化巖質(zhì)邊坡噴錨支護(hù)。噴混凝土厚度10 cm，強(qiáng)度等級(jí)為C20，鋼筋網(wǎng)Φ6.5@20 cm×20 cm，鋼筋網(wǎng)采用土釘固定。土釘間、排距均為1.0 m，采用Ⅱ級(jí)Φ22 mm螺紋鋼筋制作，每根長(zhǎng)1.58 m，入土深度1.50 m。

強(qiáng)風(fēng)化巖體坡面排水孔直徑75 mm，間、排距（立面上）均為3 m，梅花形布置，入巖體1 m。排水孔與水平夾角5°。

土質(zhì)、全風(fēng)化巖坡面內(nèi)，排水孔采用Φ75mmPVC排水花管 （4Φ6@30 cm），外包1層300 g/m2透水土工無(wú)紡布。排水孔間、排距均為4 m，梅花形布置。排水孔與水平夾角5°。PVC排水花管長(zhǎng)10.15 m，其中入巖（土）體10 m，外露0.15 m。

3 廠房后邊坡治理

廠房后邊坡高約130 m，基礎(chǔ)巖體主要為華力西期中基性噴出巖（P2M）安山巖及二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督MP2l2段的凝灰?guī)r、火山角礫巖及凝灰質(zhì)泥巖等。其中P2l2段地層主要出露在頂部約40 m范圍，以下主要安山巖。P2l2段巖體呈強(qiáng)風(fēng)化狀，坡頂30 m呈全風(fēng)化狀，巖體破碎、強(qiáng)度低，上部覆蓋有殘積物，采取了三維植被網(wǎng)防護(hù)。安山巖有囊狀風(fēng)化現(xiàn)象。強(qiáng)風(fēng)化安山巖體為鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，巖體完整性較差，邊坡開(kāi)挖過(guò)程中有小的掉塊及超挖現(xiàn)象發(fā)生，巖體的穩(wěn)定性受控于巖體中的結(jié)構(gòu)面，部分區(qū)域有沿結(jié)構(gòu)面的塌滑現(xiàn)象發(fā)生。

強(qiáng)風(fēng)化以上巖體，主要破壞形式為圓弧面滑動(dòng)或沿基巖頂面折線滑動(dòng)，根據(jù)邊坡具體條件按圓弧破壞面尋找最危險(xiǎn)滑弧或按折線滑動(dòng)面，求出穩(wěn)定安全系數(shù)。對(duì)強(qiáng)風(fēng)化至微新巖體主要為沿構(gòu)造面滑動(dòng)，按折線或直線滑動(dòng)面計(jì)算出相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)。對(duì)圓弧滑動(dòng)面，采用簡(jiǎn)化畢肖普法。對(duì)直線或折線滑動(dòng)面，采用不平衡推力傳遞法。

受河床狹窄布置限制，廠房廠區(qū)地面高程394.1 m以上永久邊坡局部較陡，高程394.1～436.0 m開(kāi)挖邊坡為1∶0.25，高程436.0～468.0 m為強(qiáng)風(fēng)化巖體，開(kāi)挖邊坡1∶0.75；在高程453.0 m設(shè)馬道，馬道寬度3 m；高程468.0～530.0 m每15 m 設(shè)1級(jí)馬道，馬道寬度3 m。每級(jí)馬道設(shè)排水溝，斷面尺寸0.3 m×0.3 m。邊坡周邊設(shè)排水天溝。高程498.0 m以上邊坡采用生態(tài)防護(hù)：三維植被網(wǎng)植草護(hù)坡；高程436.0～498.0 m以下邊坡采用噴錨支護(hù)： 噴混凝土為C20厚度10 cm，鋼筋網(wǎng)Φ6.5@20 cm×20 cm。錨筋和排水孔布置與左壩肩相同。

經(jīng)計(jì)算，在高程416.0～436.0 m、廠橫0-005.5上游布設(shè)253根700 kN無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，錨索間排距4 m，梅花形布置，錨索間采用噴錨支護(hù)。

在廠房后邊坡內(nèi)高程374.2 m設(shè)置3 m×3.5 m排水平洞，洞內(nèi)向下、向上各設(shè)2排排水幕。

4 右岸6#路塌滑體抗滑樁設(shè)計(jì)

6#公路位于右岸壩前，屬于施工臨時(shí)公路。該處自然上坡較陡，基巖為砂、泥巖，全風(fēng)化層及坡殘積層較厚。受降雨影響，2007年8月發(fā)生大面積邊坡塌滑，塌滑體長(zhǎng)度約250 m、高約130 m，塌滑體剪出口在公路路面附近。6#公路塌滑體的治理原則是：下部壓腳、中部支擋、頂部適當(dāng)削坡，并對(duì)坡面進(jìn)行必要修整和防護(hù)，加強(qiáng)排水。其中支擋措施包括沿路里側(cè)設(shè)置混凝土樁板墻、貼坡式擋墻和重力式擋墻。

6#公路塌滑體邊坡穩(wěn)定分析采用不平衡推力傳遞法，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算工況包括持久工況、短暫工況（暴雨）、偶然工況（考慮地震力）等，各計(jì)算工況成果見(jiàn)表2。

按以上剩余下滑力計(jì)算成果，設(shè)計(jì)單樁水平承載力8 000 kN。設(shè)抗滑樁15根，抗滑樁斷面面尺寸2 m×3 m，樁間據(jù)6 m，樁長(zhǎng)13～17 m，地面以上樁板墻高度6.5～8.5 m，抗滑樁嵌入深度5～10 m（其中進(jìn)入弱風(fēng)化巖體深度不小于7 m），樁之間設(shè)厚度0.5 m的混凝土墻體，與抗滑樁整體澆注。

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