羅正全

（四川省水利規(guī)劃研究院，成都618000）

1 引言

水利水電工程作為與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)的基建工程，在保障社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平穩(wěn)定提高的過程中發(fā)揮了重要作用。在工程建設(shè)過程中涉及土方開挖、邊坡支護(hù)等，開挖過程改變了坡體要素，坡體因產(chǎn)生了應(yīng)力重分布，所以，在巖土體自重以及外力作用下，將產(chǎn)生切向應(yīng)力，而當(dāng)切應(yīng)力大于邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，坡體就會產(chǎn)生剪切破壞。坡體巖土體剪切破壞是孕育滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的重要源頭因素。

我國幅員遼闊、地形復(fù)雜且不同地域地質(zhì)狀況相差較大，增加了水利水電工程的復(fù)雜性，導(dǎo)致實(shí)際工程中會面臨一定的施工難度。由于邊坡的穩(wěn)定性直接影響到水工建筑物的使用壽命及周邊環(huán)境的安全性，也直接決定項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益，因此，在實(shí)際工作中必須深入研究邊坡穩(wěn)定性及處理措施，對坡體邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析，以便及時(shí)預(yù)測邊坡的失穩(wěn)災(zāi)害，及時(shí)采取有效的邊坡失穩(wěn)防護(hù)措施，確保邊坡穩(wěn)定。利用信息技術(shù)建立長效的監(jiān)測手段，使水利水電工程充分發(fā)揮其最大經(jīng)濟(jì)與社會效益。

2 邊坡地質(zhì)穩(wěn)定性分析

邊坡通常是指人類活動形成的一定傾斜坡度的傾斜坡體，邊坡在地質(zhì)上可分為土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡，本身具有一定的傾斜度，這導(dǎo)致邊坡極容易在自重及外界作用力等因素的綜合作用下失衡，進(jìn)而造成滑坡、坍塌、崩解和泥石流等災(zāi)害的發(fā)生[1]。

2.1 影響邊坡穩(wěn)定性的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素可以分為內(nèi)在因素和外在因素2個(gè)方面：

1）內(nèi)在因素包括地形地貌條件、構(gòu)成邊坡巖（土）體的物理力學(xué)性質(zhì)、水理性質(zhì)、水文地質(zhì)條件、巖（土）體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造等。

2）外在因素包括水文氣象、風(fēng)化作用、水流的作用、地震及人為因素等。

其中，內(nèi)因在邊坡的變形中起決定性的控制作用，外因起促進(jìn)作用；故而在邊坡的穩(wěn)定性分析中，應(yīng)在研究各因素的基礎(chǔ)上，找出這些因素間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而再評價(jià)其穩(wěn)定性。

2.2 評價(jià)邊坡穩(wěn)定性方法

常用的評價(jià)邊坡穩(wěn)定性方法有定性分析法、極限平衡分析法、數(shù)值分析法、工程地質(zhì)類比法4類。

1）定性分析法。是指通過對邊坡的尺寸和坡形、邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、所處的地質(zhì)環(huán)境、形成的地質(zhì)歷史、變形破壞形跡，以及影響其穩(wěn)定性的各種因素的研究，以判斷邊坡演變階段和穩(wěn)定狀況。

2）極限平衡分析法。把可能滑動的巖、土體假定為剛體，通過分析可能的滑動面，并把滑動面上的應(yīng)力簡化為均勻分布，進(jìn)而計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)。

3）數(shù)值分析法。利用有限單元分析法，先計(jì)算出邊坡位移場和應(yīng)力場，然后，利用巖體、土體強(qiáng)度準(zhǔn)則，計(jì)算出各單元與可能滑動面的穩(wěn)定性系數(shù)。

4）工程地質(zhì)類比法。將所研究邊坡或擬設(shè)計(jì)的人工邊坡與已經(jīng)研究過的或已有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的邊坡進(jìn)行類比，以評價(jià)其穩(wěn)定性，并提出合理的坡高和坡角。

2.3 實(shí)例分析

以梅峰水庫為例進(jìn)行分析。梅峰水庫主壩為混凝土雙曲拱壩，拱壩壩基開挖及高邊坡處理以分部工程進(jìn)行，項(xiàng)目歷時(shí)4 a完成。工程中共開挖巖石地基土石方125 500.0 m3；共計(jì)對巖石地基固結(jié)灌漿達(dá)352孔，鉆孔進(jìn)尺總長5 686.36 m，灌漿達(dá)2 816.0 m；邊坡清理面積達(dá)14 804.76 m2；采用錨桿共計(jì)2 320根（錨桿直徑分別為18/20/28 m 3種不同規(guī)格），錨桿總長度達(dá)16 669.74 m；噴射C20型混凝土達(dá)1 480.5 m3；制作安裝鋼筋混凝土總質(zhì)量達(dá)64.5 t。該水庫左右壩肩施工時(shí)均采取自上而下分層開挖的順序，按開挖方式分為覆蓋層剝離與石方開挖2種。壩基開挖應(yīng)用YQ-100B型號的潛孔鉆鉆孔，周邊以預(yù)裂爆破策略采用梯段爆破的形式加以控制。

由于該水庫邊坡主要以硬質(zhì)地巖石為主，不存在整體滑動的邊界條件，因此，在對邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的計(jì)算上，采用強(qiáng)度折減法及有限差分軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，左岸側(cè)邊坡符合自重作用下邊坡應(yīng)力場分布的一般規(guī)律，即如果從邊坡內(nèi)部開挖直至坡表，最大主應(yīng)力方向與坡面平行，最小主應(yīng)力數(shù)值無限接近于0，邊坡淺表層局部有拉應(yīng)力出現(xiàn)。

在對右岸進(jìn)行計(jì)算的過程中發(fā)現(xiàn)，右岸坡體的應(yīng)力分布整體上也符合自重作用下邊坡應(yīng)力場分布的一般規(guī)律，且整體上處于受壓狀態(tài)，淺表局部位置出現(xiàn)拉應(yīng)力且小于左岸邊坡。在應(yīng)用強(qiáng)度折減法進(jìn)行計(jì)算之后，計(jì)算出的位移曲線發(fā)生明顯變化，表現(xiàn)為剪應(yīng)變率帶出現(xiàn)明顯的貫通，因而該水庫右側(cè)邊坡安全系數(shù)略小于左側(cè)。

3 邊坡支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

通常采用的邊坡支護(hù)技術(shù)可大概分為淺層支護(hù)與深層支護(hù)2種。一般情況下淺層支護(hù)會用到錨桿支護(hù)策略和掛網(wǎng)噴射混凝土策略等，除此之外，還包括對排水孔的合理布局與應(yīng)用。在應(yīng)用錨桿支護(hù)策略時(shí)，需在錨孔挖好之后先進(jìn)行灌漿再插桿，但如果遇到開挖巖層深度不足的情況，則可能會調(diào)整施工順序，先插桿再灌漿。此外，深層支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用同樣需要引起重視。針對部分地質(zhì)不穩(wěn)定，容易受滑坡、地震及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害影響的區(qū)域，可采用鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)的方式來提升邊坡的牢固程度與穩(wěn)定性，以免邊坡因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害受到嚴(yán)重影響。鋪網(wǎng)的關(guān)鍵在于使網(wǎng)和坡面之間不存在縫隙，確保鋼筋網(wǎng)充分發(fā)揮作用。排水孔的設(shè)計(jì)比較關(guān)鍵，這是因?yàn)檫吰略谕度胝Ｊ褂弥螅瑫L期處于排水狀態(tài)，如果排水孔的設(shè)計(jì)不合理，長時(shí)間的使用會對邊坡質(zhì)量造成影響，因此，需做好排水孔的質(zhì)量控制工作。除了要對排水孔布局、位置及數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制之外，還可在排水孔內(nèi)部加入相關(guān)材料，提升排水孔整體的強(qiáng)度，以免發(fā)生坍塌。

4 邊坡支護(hù)技術(shù)分析

4.1 砂漿錨桿施工

作為基建建設(shè)工程之一，水利水電工程在工程開始之前需要進(jìn)行周密的施工計(jì)劃。受條件限制，水利水電工程通常選擇在人煙稀少且地形復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，因此，需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)有以下3個(gè)方面。

1）施工計(jì)劃制定之前需嚴(yán)格控制各種原材料的選用（包括鋼筋、水泥、砂以及添加劑），尤其要注意注漿砂漿所用的添加劑中不能含有對錨桿具有腐蝕作用的成分。錨桿鉆孔位置及孔深、孔徑等應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范，并在鉆孔完成后利用高壓風(fēng)機(jī)徹底清理孔內(nèi)的殘?jiān)退帧ｅ^桿搭設(shè)過程中可應(yīng)用雙排腳手架，并將其距離控制在2.0 m×2.0 m，在距離地面20 cm位置設(shè)置掃地桿，并確保掃地桿伸出立桿大約10 cm。注漿操作時(shí)可應(yīng)用GZJB型液壓雙液注漿泵。在完成安裝作業(yè)后、砂漿完全凝固之前做好錨桿的保護(hù)工作，避免錨桿受到任何程度的碰撞、敲擊等可能導(dǎo)致其位移的影響。

2）在做完以上準(zhǔn)備工作之后即可開始砂漿錨桿支護(hù)施工。在砂漿錨桿施工執(zhí)行前，需先做好以下工作：（1）在施工前采取現(xiàn)場試驗(yàn)的形式確定合理的錨噴支護(hù)系數(shù)與參數(shù)，沒有條件進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的情況下則可采用工程類比法確定相關(guān)參數(shù)；（2）砂漿攪拌、灌注設(shè)備及錨桿鋪設(shè)設(shè)備應(yīng)當(dāng)置于安全地帶；（3）對噴射機(jī)、注漿器等設(shè)備進(jìn)行安全檢查及試運(yùn)行工作。

3）完成以上工作后可進(jìn)行砂漿錨桿施工。在噴射作業(yè)面時(shí)，需要注意對粉塵濃度的有效控制，如采用濕噴砂漿等方式來實(shí)現(xiàn)對粉塵濃度的有效控制。此外，在作業(yè)之前也需要檢查巖石的滲水狀態(tài)，如果巖石滲水比較嚴(yán)重，則需在噴射砂漿之前設(shè)法排出巖石中的積水。噴完砂漿后，還要鉆探排水孔，以避免噴層脫落導(dǎo)致人身傷害的情況出現(xiàn)。在選擇錨桿時(shí)，需要確保錨桿直徑不大于設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)值，否則不能安裝錨桿。一般來說，錨桿的固定工作通常由人力執(zhí)行，同時(shí)要保證在灌漿之后進(jìn)行，且灌漿需要保證勻速灌注，以避免灌漿溢出。

4.2 深層支護(hù)技術(shù)

深層支護(hù)技術(shù)應(yīng)用的前提，是確保邊坡開挖程度達(dá)到相應(yīng)技術(shù)要求。因而，在施工之前需要固定坡面傾斜度及壁面，可采用導(dǎo)向儀測量邊坡坡面傾斜度并加以校正。通常水利工程施工時(shí)，場地內(nèi)已經(jīng)存有了一定數(shù)量的水泥，水泥價(jià)格低廉又具有良好的固壁作用，因此，在深層支護(hù)技術(shù)中應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)更加理想的深層支護(hù)效果。

4.3 預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)，主要體現(xiàn)在借助錨索對邊坡施加預(yù)應(yīng)力，進(jìn)而達(dá)成加固邊坡的目的。在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨索施工前，應(yīng)當(dāng)配置專業(yè)的安全檢查人員，并要求安全檢查人員監(jiān)督施工的全過程，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致安全隱患的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，并采用相應(yīng)的解決策略。

在應(yīng)用淺孔錘風(fēng)動鉆進(jìn)方式為錨索造孔時(shí)，則需要采用相應(yīng)的除塵措施，以避免積灰導(dǎo)致淺孔錘作業(yè)位置過熱或影響視線。在開孔過程中，對孔口產(chǎn)生松動的巖塊應(yīng)及時(shí)加以清除，避免巖塊卷入沖擊鉆后彈出傷人。鋼絞線的下料需要應(yīng)用特制的放料支架，往孔內(nèi)安裝錨索時(shí)則需要由專人進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮、統(tǒng)一進(jìn)行，以避免錨索張拉時(shí)發(fā)生安全事故。

尤其需要注意的是，錨索的施工只有在確保高壓風(fēng)管及高壓油管接頭連接牢固的前提下方可進(jìn)行，且在造孔機(jī)械、張拉機(jī)械的傳動與轉(zhuǎn)動位置，均需要配備完整的防護(hù)罩。

4.4 擋土墻施工技術(shù)

常見的擋土墻施工技術(shù)包括重力式擋土墻、扶壁式擋土墻與懸臂式擋土墻。其中重力式擋土墻是依靠墻身自重抵抗土體側(cè)方向上的壓力，具有就地取材、施工方便的特點(diǎn)，但如果擋土墻墻體太高會造成擋土墻失穩(wěn)，或地基質(zhì)地軟弱時(shí)會受到承載力的局限，因而必須慎重考慮地基承載力與擋土墻的整體穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可加入其他工程措施來保證擋土墻的穩(wěn)定性；扶壁式擋土墻是指以一定距離為間隔分別設(shè)置扶壁，將立壁與踵板連接起來，本質(zhì)上是一種鋼筋混凝土薄壁式擋土墻，不僅構(gòu)造簡單，施工方便，也能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能，在缺乏石料及地震地區(qū)較為常用。但在地質(zhì)不良地段或地震烈度超過8度的地段不適用；懸臂式擋土墻與扶壁式擋土墻類似，但在墻高較高（超過9 m）時(shí)會因?yàn)榱⒈谙虏繌澗剌^大導(dǎo)致鋼筋混凝土用量劇增。由此可見，施工時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況酌情應(yīng)用不同的擋土墻技術(shù)。

5 結(jié)語

水利水電工程在促進(jìn)社會穩(wěn)定發(fā)展的過程中發(fā)揮了重要作用，因此其相關(guān)施工技術(shù)也應(yīng)得到承建單位、施工相關(guān)部門乃至整個(gè)社會的高度關(guān)注。只有在選擇了正確開挖支護(hù)技術(shù)的前提下，才能有效保證水利水電工程邊坡的安全性，為水利水電的工程質(zhì)量提供可靠保障。故而，需充分重視邊坡開挖及支護(hù)的應(yīng)用，并做好施工前的準(zhǔn)備工作，從而保障整個(gè)工程的穩(wěn)定進(jìn)行。