談水利工程高邊坡勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量控制

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摘要：高邊坡失穩(wěn)問(wèn)題是水利工程建設(shè)中的常見(jiàn)問(wèn)題之一，一旦出現(xiàn)高邊坡失穩(wěn)，那么水利工程的建設(shè)質(zhì)量及施工安全均會(huì)受到影響。本文圍繞高邊坡失穩(wěn)情況出現(xiàn)的原因，提出高邊坡失穩(wěn)防治的相關(guān)建議，并對(duì)水利工程高邊坡勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量控制進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：水利工程；高邊坡；勘察設(shè)計(jì)；質(zhì)量控制

1高邊坡失穩(wěn)情況及原因

1）地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)論與水利工程建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地質(zhì)情況存在較大差異，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡設(shè)計(jì)方案不滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求。在進(jìn)行邊坡開(kāi)挖施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)挖開(kāi)口線處巖體的巖層產(chǎn)狀與勘探報(bào)告結(jié)論有較大出入，若施工方按原來(lái)的施工方案進(jìn)行開(kāi)挖，那么極有可能形成開(kāi)挖切腳，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，邊坡的穩(wěn)定性得不到保障。故地質(zhì)勘察報(bào)告的質(zhì)量會(huì)受到水利工程建設(shè)場(chǎng)區(qū)復(fù)雜地質(zhì)情況、勘察設(shè)計(jì)時(shí)間安排及勘察操作水平等因素的影響［1］。2）邊坡設(shè)計(jì)不合理，造成邊坡的支擋、截水、排水等治理措施存在問(wèn)題，從而埋下了安全隱患，增加了邊坡失穩(wěn)的概率。如設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，邊坡分段錨索設(shè)計(jì)布設(shè)的數(shù)量計(jì)算不精準(zhǔn)，造成局部邊坡未錨固，降雨等滲入邊坡，坡體產(chǎn)生裂縫的概率大大增加，邊坡的整體穩(wěn)定性將會(huì)受到影響。3）邊坡穩(wěn)定性復(fù)核不到位。設(shè)計(jì)人員根據(jù)水利工程的實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)部位邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范要求的復(fù)核方法對(duì)邊坡穩(wěn)定和變形分析的計(jì)算數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)及安全系數(shù)等進(jìn)行復(fù)核。如某水利工程大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)右岸拱槽開(kāi)口線上游面邊坡存在滑坡現(xiàn)象。調(diào)查分析原因?yàn)椋孩僭O(shè)計(jì)人員在勘察時(shí)未能做好壩區(qū)的節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)工作；②在設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有認(rèn)真分析、復(fù)核計(jì)算發(fā)育裂隙、地形地貌及巖層產(chǎn)狀組合等形成的不利結(jié)構(gòu)面對(duì)右岸邊坡穩(wěn)定性的影響。由此增加了工程的安全隱患，造成工程工期延長(zhǎng)，投資增加。

2邊坡失穩(wěn)防治措施及建議

2．1混凝土擋墻方案

該方案的主要工作原理是通過(guò)混凝土擋墻結(jié)構(gòu)來(lái)阻擋巖體的下滑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高邊坡失穩(wěn)的防治。某水利工程大壩具體工況如下：左岸基巖裸露，岸坡整體較陡，岸坡性質(zhì)為頁(yè)巖夾砂巖的巖質(zhì)邊坡。電站廠房布置于壩后左岸坡腳，針對(duì)電站廠房左側(cè)的砂頁(yè)巖邊坡，選擇開(kāi)挖卸荷與混凝土擋土墻相互配合的方式處理，邊坡開(kāi)挖按1∶1．25的坡比進(jìn)行放坡，每隔10m高程設(shè)一個(gè)寬度為2m的馬道，并在馬道上設(shè)置排水溝與混凝土擋墻，混凝土擋墻的高度為2m，確保混凝土擋墻的澆筑質(zhì)量，充分利用擋墻的自重及穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行邊坡壓腳及攔截沿邊坡下滑的崩塌塊石。

2．2削坡＋掛網(wǎng)＋噴錨綜合支護(hù)方案

該方案的主要工作原理是提高邊坡整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要應(yīng)用到混凝土、鋼筋網(wǎng)、金屬錨桿等材料，并使其聯(lián)合發(fā)揮作用。某水利工程大壩具體工況如下：壩型為面板堆石壩，最大壩高71．0m，壩址區(qū)出露地層巖性為石炭系下統(tǒng)大塘組舊司段的頁(yè)巖夾砂巖，巖層傾左岸，傾角約50°，壩區(qū)河谷為走向谷；溢洪道布置于右岸，基礎(chǔ)開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程后，溢洪道右側(cè)存在高陡順向邊坡且高邊坡穩(wěn)定性差，受重力及風(fēng)化作用的影響，易發(fā)生沿層面滑塌的可能。針對(duì)該水利工程的實(shí)際情況，結(jié)合該巖性組合的特性，選擇用穩(wěn)定削坡及護(hù)坡的處理方式，遵循“少挖少鉆爆、隨挖隨護(hù)”的原則施工，在完成開(kāi)挖作業(yè)后及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行預(yù)處理封閉，選擇標(biāo)號(hào)為C25的混凝土，噴射厚度5mm；接著對(duì)預(yù)處理坡面進(jìn)行掛網(wǎng)，選擇直徑為8mm的掛網(wǎng)鋼筋，將間排距控制在200mm；再噴射標(biāo)號(hào)為C25的混凝土，噴射厚度100mm，最后設(shè)置自鉆式錨桿，控制錨桿長(zhǎng)度、入巖角度及深度，分別將其控制在5．1m和5．0m，進(jìn)行永久支護(hù)，保證錨桿與鋼筋網(wǎng)的連接質(zhì)量。

2．3預(yù)應(yīng)力錨固方案

該方案主要針對(duì)的是施工開(kāi)挖后不穩(wěn)定的邊坡，其工作原理是通過(guò)拉緊錨栓的預(yù)應(yīng)力來(lái)控制存在滑動(dòng)隱患的巖體，防止邊坡失穩(wěn)［2］。某水利工程大壩具體工況如下：壩型為碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高50．0m，壩區(qū)出露地層巖性為寒武系中統(tǒng)都柳江組底部的灰黑色含炭含鐵硅質(zhì)泥巖，巖層傾左岸，傾角31°～46°，壩區(qū)河谷整體為不對(duì)稱的“V”型走向河谷。兩岸基巖多裸露，左岸為逆向邊坡，右岸為順向邊坡，右岸邊坡高達(dá)500m。針對(duì)基坑開(kāi)挖右岸拱槽開(kāi)口線上游面邊坡存在滑坡現(xiàn)象的實(shí)際情況，先開(kāi)展表層清理工作，保證不穩(wěn)定體上方干凈便于施工，選擇100t級(jí)、35m和40m長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行作業(yè)，數(shù)量約為550束為宜，以錯(cuò)落相間的方式布置預(yù)應(yīng)力錨索，將錨索的間距控制在5m×5m。對(duì)不穩(wěn)定的邊坡進(jìn)行錨索加固，防止不穩(wěn)定巖體進(jìn)一步滑動(dòng)。

2．4混凝土洞塞方案

該方案的主要對(duì)象為受到斷層影響的壩址，壩區(qū)地層受斷層錯(cuò)動(dòng)影響，壩址巖體不連續(xù)，穩(wěn)定性較差。某水利工程大壩具體工況如下：壩型為碾壓混凝土折線重力壩，最大壩高48．7m，壩區(qū)出露地層為三疊系下統(tǒng)羅樓組，巖性上部為薄層泥灰?guī)r，中部為紫紅色鈣質(zhì)泥巖，下部為薄層灰?guī)r夾頁(yè)巖，巖層傾下游偏左岸，傾角10°～20°，壩區(qū)河谷整體為不對(duì)稱的“V”型橫向河谷。斷層切割左岸鈣質(zhì)泥巖與薄層灰?guī)r夾頁(yè)巖，造成左岸鈣質(zhì)泥巖出露部位較破碎，為了確保重力壩基礎(chǔ)不發(fā)生不均勻沉降而引起后緣邊坡失穩(wěn)及后期大壩主體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行安全，選擇混凝土洞塞進(jìn)行施工。在施工過(guò)程中，確?；炷炼慈疃葷M足相關(guān)規(guī)范要求的前提下，保證洞塞高度與鈣質(zhì)泥巖的厚度相一致，設(shè)置砂漿錨桿，完成固結(jié)灌漿作業(yè)。

2．5排水防滲措施

為了確保邊坡排水通暢，在水利工程建設(shè)時(shí)常在施工開(kāi)挖線外的坡面設(shè)置排水溝，在開(kāi)挖面設(shè)置排水孔，從而控制基巖滲水壓力對(duì)邊坡的破壞影響。如某水利工程在大壩基坑開(kāi)挖時(shí)，在死水位以上的開(kāi)挖面，根據(jù)具體情況設(shè)置數(shù)量及深度恰當(dāng)?shù)呐潘?，排水孔傾向坡外10°，合理控制排水孔的孔深、孔徑及分布情況。

3高邊坡勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量控制

3．1地表地質(zhì)調(diào)查

地表地質(zhì)調(diào)查是高邊坡勘察設(shè)計(jì)工作中最重要的工作之一［3］，要想充分掌握邊坡的巖土結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，野外地表地質(zhì)調(diào)查時(shí)須確保完成以下調(diào)查內(nèi)容。1）根據(jù)邊坡地貌特征對(duì)邊坡進(jìn)行合理分段，實(shí)測(cè)不同分段的山坡走向和坡高等數(shù)據(jù)，做好坡體環(huán)境調(diào)查。若邊坡為臨河或臨溝谷邊坡，應(yīng)查明河流和溝谷的分布密度、切割深度，坡體的歷史穩(wěn)定性情況。2）查明邊坡的巖土結(jié)構(gòu)。判斷是否存在類均質(zhì)體結(jié)構(gòu)和近水平層狀結(jié)構(gòu)等特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，明確這些特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分布情況，綜合分析這些特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)與施工開(kāi)挖面的關(guān)系，選擇最佳的施工季節(jié)和施工順序。3）查明邊坡的巖土性質(zhì)。查明邊坡巖體是否存在軟弱夾層或不利結(jié)構(gòu)面，若邊坡存在軟弱夾層或不利結(jié)構(gòu)面，須確定軟弱夾層分布高程、性質(zhì)及不利結(jié)構(gòu)面的發(fā)育情況，綜合分析軟弱夾層或不利結(jié)構(gòu)面與開(kāi)挖作業(yè)面的關(guān)系，最后確定邊坡開(kāi)挖的形式和高度，確保邊坡開(kāi)挖方案的合理性，如圖1所示。

3．2勘探方式

高邊坡勘探最根本的目的是查明邊坡的綜合地質(zhì)情況，特別是邊坡的巖土結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。針對(duì)不同的邊坡進(jìn)行勘探時(shí)均要遵循基本的勘探流程。邊坡勘探的基本流程如下。1）根據(jù)邊坡地貌特征將高邊坡進(jìn)行合理分段，分段距離為30cm，選擇其中具有代表性的勘探斷面進(jìn)行勘探，并優(yōu)先選擇存在滑坡等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象的勘探斷面，將其設(shè)置為主軸典型勘探斷面，每個(gè)勘探斷面上的勘探點(diǎn)數(shù)量≥3個(gè)。2）根據(jù)邊坡現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，邊坡勘探一般采用鉆孔方式，并結(jié)合坑槽探及物探手段輔助完成。若邊坡的坡高較高，坡度較陡，穩(wěn)定性較差，則需采用地面與深孔位移監(jiān)測(cè)相互結(jié)合的勘探方式來(lái)查明高邊坡的實(shí)際情況，如圖2所示。3）在進(jìn)行高邊坡的勘探時(shí)，需對(duì)高邊坡巖土結(jié)構(gòu)中的主要巖體取樣進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)及抗剪斷試驗(yàn)，確保對(duì)高邊坡的穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算；并對(duì)高邊坡影響范圍內(nèi)的地下水取樣進(jìn)行化學(xué)分析，確保地下水對(duì)鋼筋、混凝土等的影響在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3．3高邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

高邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)除按高邊坡相關(guān)規(guī)范的規(guī)定及強(qiáng)制性條文的要求外，還需以現(xiàn)場(chǎng)的勘探結(jié)果作為參考進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)高邊坡的穩(wěn)定性情況可將其劃分為以下4類。1）穩(wěn)定型邊坡：邊坡穩(wěn)定系數(shù)≥1．2，坡形和坡率達(dá)到了巖土體的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)潛在影響因素。2）基本穩(wěn)定型邊坡：邊坡穩(wěn)定系數(shù)在1．1～1．2，坡形和坡率基本達(dá)到了巖土體的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，存在淺表層剝落及風(fēng)化崩塌等潛在影響邊坡穩(wěn)定性的因素。3）欠穩(wěn)定型邊坡：邊坡穩(wěn)定系數(shù)在1．0～1．1，局部邊坡有失穩(wěn)情況，存在較多影響邊坡穩(wěn)定性的因素。4）不穩(wěn)定型邊坡：邊坡穩(wěn)定系數(shù)＜1．0，開(kāi)挖施工后邊坡失穩(wěn)嚴(yán)重。

3．4高邊坡的設(shè)計(jì)

根據(jù)不同邊坡高度來(lái)開(kāi)展邊坡的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)邊坡高度＜40m時(shí)要將穩(wěn)定坡率放在首位；而當(dāng)邊坡高度≥40m時(shí)要控制坡率，防止因?yàn)檫吰路啪彾a(chǎn)生大量的土石方開(kāi)挖，同時(shí)對(duì)邊坡上的植被造成破壞；因而在針對(duì)這類坡度及坡率都較高的邊坡，可以選擇支擋加固的方式來(lái)提升邊坡的穩(wěn)定性。

4結(jié)束語(yǔ)

在水利工程建設(shè)中，做好高邊坡勘察設(shè)計(jì)工作的重要性不言而喻。因而，在實(shí)際勘探過(guò)程中要做好設(shè)計(jì)和復(fù)核，動(dòng)態(tài)調(diào)整不恰當(dāng)?shù)牡胤?，提升勘探設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而保證高邊坡的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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［2］劉宏偉．水利水電工程高邊坡的加固與治理［J］．黑龍江科技信息，2017，21（16）：222．

［3］霍力．高邊坡勘察設(shè)計(jì)問(wèn)題及其建議［J］．低碳世界，2018，8（8）：65－66．

作者：吳貴軍 單位：黔南州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院