高边坡加固技术在水利水电工程施工中的实践研究.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 18 高边坡加固技术在水利水电工程施工中的实践研究 王 颖 乌兰察布市公共资源交易中心，内蒙古 乌兰察布 012000 摘要：摘要：水利工程是我国生态环境保护、防洪安全的重要部分，也是我国经济基础设施的组成部分，但在实施水利水电工程过程中，除了确保工程建设的质量，也应做好高边坡的防护问题。故本文以某水库工程为例，首先分析该水库工程的背景及影响高边坡稳定的因素，针对该案例地形地貌条件及边坡土体地质结构，提出了相应的高边坡加固技术措施，以期推动我国水利水电工程施工技术的发展。关键词：关键词：高边坡加固技术；水利水电工程；实践研究 中图分类号：中图分类号：TV51 水是人类赖于生存的基本要素，水电是社会发展的清洁能源之一，治水兴国，合理开发绿色清洁能源、实现水资源高效利用是人类社会发展的主旋律1。据了解，我国流域面积在一百平方公里以上的河流大于5000 条，流域面积在一千平方公里以上的大于 1500条。在该背景下，水利水电工程既能充分利用我国河流资源优势，将河水的动能和势能转换为电能，又能蓄水泄洪，降低洪涝风险2-3。但在实际工作中，如何加强高边坡的防护仍是行业所关注的重心。本文以某水库工程为例，对水利水电工程中高边坡加固技术进行分析，以便发挥水利水电工程自身防洪、供水的作用，满足地方发展的需求。1 案例概述 1.1 背景 某水库坝址分山岭最高约为 2176m，河床高程约为1590m，河床及阶地宽约为 3.9m。控制流域径流面积6.1km2。电站装机容量 215MW，多年平均发电量约为6216 万千瓦时。日调节水库，设计正常蓄水位 100m，实际正常蓄水位 95m，46 月防洪限制水位约 85m，自 50 年一遇洪水不超过 93m，79 月防洪限制水位约 96m，汛后蓄水位约 95m，死水位约 83m。设计洪水位及校核洪水位约 100m，可能最大洪水位约 102m。正常蓄水位相应库容约 10 亿立方米，相应库面面积约 106 平方千米。河道型水库，平均库面宽约 1.8 千米，沿程变化不大。库区呈带状淤积、三角洲淤积及锥体淤积性质，主要淤积部位均分布于小湖洲良口段，水库多年平均泥沙淤积量约 387 万吨。1.2 水文地质 该水库地处中温带，属于大陆性季风气候区。全年平均降水量约 250 毫米，60%的降水集中在夏季，常年主导风向夏季为西南风，冬季为西风、西北风，风速较大，年平均风速 3.2m/s。无霜期平均约 138 天，最热月平均气温在 1721，最冷月平均气温在-16-13。1.3 水库来水来沙 径流量多年平均年径流量约 126 亿立方米，49月占 70%，历年最大年径流量 190 亿立方米，历年最小年径流量 61 亿立方米。入库沙量多年平均年入库沙量 261 万吨，49 月占 80%，历年最大年入库沙量 765 万吨，历年最小年入库沙量 117 万吨。1.4 左岸边坡坡体现状 水库左侧边坡存在诸多变形拉裂缝，即使岩体均处于边坡深部，但频繁施工活动以及过快施工速度都能造成深部拉裂缝进一步加重。本次在左岸边坡设置外部观测点，设定监测方向是，以 X 方向负向代表水平向上游的变形，正向为向下游方向；Y 方向负向为河对岸朝水平方向，反之视为正向；H 方向负向为垂直向上，正向则为向下。部分移位较大监测点的结果可表 1，结合表 1 数据得知监测点 X 向位移均向上游方向变形；监测点 Y 向位移均向河岸对岸变形，最大可达 103mm，证明左岸坡体以向坡外回弹变形为主。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 19 表 1 表面变形移位较大监测点的监测结果 测点 高程/m Y 向位移/m X 向位移/m H 向位移/m TP1 2029.90 81-15.3 35.2 TP2 2051.20 90.6-36.6 38.1 TP3 2017.10 90.6-20.8 47.3 TP4 2017.30 55.2-8.7 30.6 TP5 2090.52 77.8-40.1 46.2 TP6 2073.69 67.8-33.1 50.6 TP12-1 2119.30 103-18.2 56.7 TP15-1 2061.13 89-21.5 53.6 TPL1 2047.82 23-11.9 16.5 TPL6 2016.07 16.5-13.2 15.9 TPL7 1983.27 33.9-17.8 10.6 TPL16 1957.23 32.6-23.7 2.8 TPL20 1921.80 26.1-9.6 6.3 2 研究影响水库工程高边坡稳定的因素 2.1 岩石性质 岩石性质差异是影响边坡稳定基本因素，如第三系红色页岩、泥岩、裂隙粘土等抗风化能力较差，水敏感性强，遇水岩体强度大幅度下降。此外，由于某些岩石组成斜坡在天然状态下较为稳定，但遇到强降水，岩石强度下降，斜坡出现失稳，继而影响边坡稳定性4。2.2 地质结构 地质结构是影响边坡稳定性的重要性因素，包括水库构造特点、斜坡地段、岩层产状、断层与节理裂缝发育程度等5。该水库构造较为复杂，软硬相间、互层或间层状的砂泥岩或其它岩类，岩层倾向临空，岩层倾角一般在 1030之间。经常构成滑坡周界，直接控制斜坡变形破坏的规模。如图 1 所示。图 1 地质结构特征 2.3 气象因素 2.3.1 风化 气候是影响岩石风化作用的基本因素，风化作用是各类岩石长期暴露地表，受到气象影响出现各种不良现象，如节理张开、缝隙扩大、产生次生矿物，都可出现新的风化裂隙6-7。这主要是由于风化作用使坡体强度减小，坡体稳定性降低，加剧斜坡的变形与破坏，而且风化越深，斜坡稳定性越差，稳定坡角就越小。断裂发育破碎岩石带比裂隙少的岩石风化较深，风化厚度也较大。2.3.2 降水量 降水量是导致边坡失稳的主要因素，当浸水后岩体结构、岩石结构受损而产生崩解泥化时，使得抗剪强度下降，继而对边坡稳定性产生一定影响。同时，降水量能够使岩质斜坡中的裂隙受到充水，此时裂隙需要承载静水压力。裂隙静水压力作用公式如下：Pw=HLPwg 其中 H 为裂隙水的水头高；L 为充水裂隙长度;Pw为水密度；g 为重力加速度。在雨季时节，边坡产生滑坡或崩塌时，与裂隙静水压力作用密切相关，由于它的作用使边坡受到一个向着临空面倾向推力，直接影响着边坡的稳定性。2.4 人工挖掘 人工挖掘在开挖过程中进行爆破是影响岩质边坡稳定性最普遍的基本因素，在挖掘所形成挖方边坡影响了挖方边界处岩体的应力状态7。预测这些应力集中程度及其对边坡稳定的影响是复杂的。为了充分发挥爆破释放的能量，对边坡岩体危害最小，必须设置爆破孔。3 水库工程高边坡加固技术的实践研究 3.1 混凝土抗滑技术 相关人员需按设计图测量桩位以及定位桩轴线，需在桩平面布置标注每根桩的坐标，包括桩顶高程、平门坐标、桩轴线方位，按设计图测量定位后进行实地地形、地物核查8。对场地进行平整，包括运输道路、施工场地、混凝土搅拌场地平整。为确保钢筋笼的可靠性，在加工钢筋骨架时需设置刚硬的内撑架，避免钢筋笼在运输过程出现变形。在吊装式，需以两吊点形式起吊钢筋笼，先把钢筋笼吊竖直后，并全面检查钢筋笼是否存在破裂、变形的情况，确认无异常后方可进行下一步作业。带钢筋笼进入孔口后需扶正后缓慢下放，避免出现摆动以碰撞孔壁。21中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 20 当最后一道加劲箍接近孔口时，可将钢管置于加劲箍下横担在平台，焊接钢筋笼的吊环，吊环采用20 钢筋，每个钢筋笼对称设置 2 根吊环。导管用内径300，壁厚 4mm 的钢管，标准每节长 2.65m，底节长4 m，配 1m、1.5m 的辅助节。为保证导管质量，灌注桩基混凝土前，对导管进行一次水密性检测，确保导管的良好状态。下放导管时小心操作，避免挂碰钢筋笼。导管安装长度建立复核和检查制度，避免因误装而造成断桩。由于抗滑桩截面大，混凝土浇注量也大，需将一根桩的所有原材料进场备齐后才能开始浇注。抗滑桩混凝土强度、塌落度分别为 C30、6cm。需要排干桩底的积水才能进行在混凝土浇注，若排水困难时，则采取降水措施。混凝土需用串筒浇注，串筒距浇注面高度不能超过 2m，没浇筑 0.5m 时应采用振捣棒进行振捣，同时注意填充钢筋密布处的混凝土，以确保混凝土的密实度。现场技术负责人应在施工前对施工班组进行全面、具体和有针对性的安全技术交底，内容包括工作场所和安全防护措施、安全操作规程、安全注意事项，开展经常性地安全自查，严禁使用手动提升设备，并对边坡稳定状态加以指导，以确保该水库左边坡的完整性和整体性9-10。3.2 联合加固措施 为了避免岩体滑落，增加边坡稳定性，本次对左岸边坡制定联合加固措施，对浅层地表应用土钉加固，长度约2m；对于深层土体使用锚杆加固，长度约为30m；对于表层土体使用使用喷射钢纤维混凝土、系统砂浆锚杆和预应力锚索等联合支护形式进行加固。钢纤维选用钢锭铣削型，掺量 60kg/m，喷射面积20000m2。同时根据规范要求，锚杆、混凝土以及土钉参数取值见表 2。此外，为提高锚索锚固效果，提高锚拉力，部分锚索要求进行二次注浆，在第一次注浆初凝 5 天后进行二次压浆。由于二次压浆要克服前次浆体的初始压力，应采用高压注浆，即注浆泵压在 5MP以上。注浆水泥采用高强度的 525#普硅水泥，水灰比0.45，掺加减水剂等，水泥用量每米 10kg。遇裂隙发育、岩溶孔洞，则水泥用量急增。此时要降低水灰比，加大水泥浆浓度11。表 2 锚杆、混凝土以及土钉参数取值 类型 抗拉强度/Kpa 浆体法向刚度/Mpa 浆体粘聚力/Kpa 密度（kg.m-3）泊松比 锚杆 200/7600 0.23 混凝土/17.0 45 2300 0.21 土钉 200/7600 0.29 3.3 减载排水技术 关于边坡工程的截排水要求建筑边坡工程技术规范(GB50330-2013)的规定，本次对该水库减载排水技术设计成坡体表面排水及坡体深度排水两个部分。其中坡体表面排水技术具体操作为：边坡坡顶原有山沟进行改造，改造后的山沟满足坡面截排水功能；每级边坡平台设置排水沟，尺寸为 0.30.3m，采用 MU10烧结黏土空心砖，M10 水泥砂浆砌筑及抹面，厚度10mm，C10 素砼垫层，厚度 80mm。坡体深度排水技术具体操作为：对于水库左岸边坡段，采用斜孔排水的方法，在坡脚处设置一排排水孔，孔深6.0m，孔距8.0m，孔径110mm，仰斜倾角度为 10，孔内放置100mm软式透水管，排水孔孔口应作衬砌保护12。3.4 加固效果 经上述多种联合加固方式，该水库位移、滑动、变形等情况得到控制，边坡整体上处于稳定状态，加固效果显著。如表 3 所示。表 3 加固效果 阶段 特征 安全系数 稳定性 加固前 分布面积广 1.02 失稳 加固后 分别面积缩减，应力集中下降 1.10 稳定 4 结束语 总之，兴水利除水害历来是关系国计民生的基础工程，也是实现中华民族伟大复兴的重要基础。本研究以某水库为案例，通过采取混凝土抗滑技术、联合加固、减载排水技术等措施，使得该水库左岸边坡变形、位移、滑动情况得以控制，安全系数高达 1.10，说明通过高边坡加固技术能够提高水利水电工程的整体质量，对防治高边坡变形有着显著效果。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 21 参考文献 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