高滩水电站麻将湾边坡处理

郭卫翔

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 工程概况

高滩水电站工程位处沅水一级支流酉水下游的沅陵县高砌头乡，是一个以发电为主的兼有航运的水电枢纽工程，于1996年投产运行。高滩水电站为低水头径流式电站，水库正常蓄水位为118.0 m，总库容为0.273亿m3，装机容量为57 MW。

2008年5月27日凌晨5时左右，由于普降暴雨，宿舍楼北面山坡（麻将湾后山）下部突然发生滑坡，导致一栋民宅跨塌，生活区的一栋楼房和其他附属设施遭受不同程度损坏。麻将湾滑坡导致近10 000 m3滑坡体物质堆积在生活区北面山坡上，一旦遭遇连续强降雨，导致滑坡体物质饱和，将会形成新的地质灾害。同时，下部山体发生滑坡后，中上部边坡临空，失去岩土体阻挡，存在继续滑坡的可能性。

2 滑坡成因初步分析

宿舍楼北面山坡滑坡的形成，首先是具备了易滑的地形、地质条件；其次，暴雨是最主要、最直接的触发因素。

（1）地形、地质因素。

宿舍楼北面山坡为顺向坡，地形比较平缓，坡度10°～25°，有利于降雨入渗。东侧为冲沟，西侧北北西向节理裂隙形成的陡坎，构成侧向切割面，北侧发育张扭性节理，与边坡斜交延伸较长，冲沟沟口为滑移提供了临空面和滑移空间。

构成斜坡主体的白垩系红色砂、泥岩强度低，易风化；长石石英砂岩、泥质粉砂岩中节理裂隙比较发育，有利于水的入渗和其他风化营力的作用，使其下的粉砂质泥岩软化和泥化，成为控制性滑动面；岩层倾向与坡面倾向一致，使得北面山坡为顺向坡，有利于滑动。

（2） 暴雨。

普降暴雨且持续时间长，是触发这次滑动的主要原因。它从以下两个方面对斜坡的稳定性产生不利的影响：一是大量降水入渗地下，使边坡岩体充分饱水，地下水动、静水压力的影响达到最大程度；二是软化了泥岩层面，降低了层面的抗剪强度。上述作用相互配合，触发了这次滑坡。

3 边坡稳定性计算

3.1 设计依据

3.1.1 边坡级别

根据 《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007），确定此次设计边坡级别为3级，取正常工况下抗滑稳定安全系数为1.15。

3.1.2 岩土体物理力学指标

根据现场地质调查，岩层走向与边坡的走向近于一致，为一典型的层状同向结构岩质边坡（顺向坡）。设计中采用的岩土体物理力学指标为：岩层倾角19°，综合摩擦系数 0.36，岩体容重 26.8 kN/m3，土体容重 19.2 kN/m3。

3.2 稳定性计算及边坡稳定性评价

边坡抗滑稳定安全系数的计算，选取《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007）附录D“抗滑稳定计算”中的第D.1.3节中计算公式。

此次稳定计算取综合的摩擦系数0.36，不考虑c值，选取现有滑坡体滑移物质清除后的3个不同的典型断面进行抗滑稳定计算，计算断面位置见图1，计算成果详见附表。

图1 边坡计算及处理平面图

从计算结果可以看出，3个典型断面的边坡稳定系数均为1.05，边坡处于极限平衡状态，在外界条件发生改变时，有再次发生滑动的可能。因此，必须对边坡进行加固处理，保证边坡安全。

4 边坡处理

4.1 边坡处理计算方法

计算方法采用《水库滑坡与防治技术》推荐的传递系数法，计算在规定安全系数条件下的剩余下滑力，为工程设计提供依据。

传递系数法基本假定：

（1）滑坡体不可压缩并作整体下滑，不考虑条块之间挤压变形。

（2）条块之间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂。

（3）块间作用力（即推力）以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用分界面的中点。

附表 边坡稳定、剩余下滑力及锚索计算成果表

（4）垂直滑坡主轴取单位长度的岩土体作计算的基本断面，不考虑条块两侧的摩擦力。

此次单宽剩余下滑力的计算仍选取稳定计算的3个典型断面，取综合的摩擦系数0.36，不考虑c值，取安全系数为1.15。3个典型断面单宽剩余下滑力计算成果详见附表。

4.2 边坡处理方案选择

边坡加固方案应贯彻安全、合理、经济的设计原则，在保证安全和正常使用的前提下，寻求方便施工、对环境影响小、最经济的结构形式。在本设计中，对处理方案的技术合理性、施工的可行性和经济等三方面综合考虑，选择最佳的结构形式与布置方案。

对于边坡加固处理，常用的方法有：削坡卸载、锚杆、锚筋桩、抗滑桩、预应力锚索等。结合本边坡工程的特点，现对上述各种加固方法分析如下：

（1）削坡卸载：该边坡为典型的层状同向结构岩质边坡（顺向坡），岩层倾角约19°，若采用大规模的削坡卸载的方法，不但要开挖较大方量的岩土体，而且开挖范围大，很难达到使边坡稳定的效果，同时，可能造成新的水土流失，影响生态环境。

（2）锚杆及锚筋桩：锚杆及锚筋桩承受的剩余下滑力相对较小，从计算成果表可以看出，单宽剩余下滑力很大，若采用单一的锚杆或锚筋桩的加固方式，势必要采用较大数量的锚杆或锚筋桩，从而破坏边坡岩体的整体性，同时，锚杆和锚筋桩均为被动加固，难以达到良好的加固效果。

（3）抗滑桩：该措施主要适用于滑坡体中有一个明显的滑动剪切面且滑动剪切面以下是较完整的基岩，或者是密实的稳定基础，能提供足够的锚固力。主要适用于深层滑坡，费用高，施工周期长，此边坡加固处理工程不宜采用。

（4）预应力锚索：预应力锚索的最大特点是能够充分利用岩土体自身强度和自承能力，大大减轻结构自重，节省工程材料。与其他加固措施相比，预应力锚索加固技术具有如下优点：

●柔性好，用于加固岩土体时能与岩土体共同作用，充分发挥两者的能力；

●深层加固，加固深度可达数十米；

●主动加固，通过对锚索施加预应力，能够主动控制岩土体变形，调整岩土体应力状态，有利于岩土体的稳定性；

●施工快捷灵活，预应力锚索施工采用机械化作业，具有工艺灵巧、施工进度快、工期短、施工安全等特点；

●经济性好。

根据以上分析，此次边坡加固处理以预应力锚索为主，同时辅以小方量的削坡卸载、挡土墙以及排水等综合处理措施。

4.3 边坡处理设计

此次边坡处理主要工程措施包括：削坡卸载工程、挡土墙工程、排水工程以及预应力锚索工程。

4.3.1 削坡卸载工程设计

首先，清除滑坡体物质，从滑坡区边线裂缝处以1∶0.5的坡比对边坡进行削坡卸载，开挖至140.08 m高程，形成一大的平台，平台宽（17.0～30.0）m，然后从140.08 m平台再向下开挖至生活区地面高程，即137.58 m平台，此平台宽为到宿舍楼外边线距离为10 m。

4.3.2 挡土墙工程设计

在137.58 m高程平台上设置2.5 m高重力式浆砌石挡土墙支挡，挡土墙边线到宿舍楼外边线距离控制为10 m，墙身设Φ100 PVC排水管，外包土工布一层。从137.58 m平台设3 m宽踏步上140.08 m平台。

4.3.3 排水工程设计

众多的研究和实践表明，降雨入渗是导致边坡产生滑坡的一个重要因素，为减少降雨入渗及地表径流对滑坡体表面的冲刷影响，须设置地表排水沟系统，以迅速排走地表积留的雨水，避免大量的雨水渗入土体，对边坡造成不利影响。

坡顶截水沟为梯形结构，底宽0.6 m，高0.6 m，坡比 1∶0.5，采用300 mm厚M7.5浆砌石砌筑，20 mm厚1∶2水泥砂浆抹面。坡面排水沟为矩形结构，底宽1.0 m，高1.0 m，采用300 mm厚M7.5浆砌石砌筑，20 mm厚1∶2水泥砂浆抹面。排水沟接入电站生活区原有排水系统。

为了顺畅地排出岩石裂隙和层面间的地下水，降低坡体内的水压力，对削坡卸载后的开挖坡面，采用坡面机械钻孔设置排水孔两排，高程分别为145.00 m、150.00 m，排水孔孔径 Φ100 mm，水平间距4 m，孔深10 m，排水孔内插排水软管，外包土工布一层，防止泥砂堵塞。

4.3.4 预应力锚索工程设计

预应力锚索结构体系主要由锚固头、自由段、锚固段组成。锚索的长度必须穿过潜在滑裂面，起到阻滑作用。锚固段需设置在稳定、密实的岩土层内。锚索与水平面间的夹角宜为15°～40°。

由于单宽剩余下滑力较大，若采用1 000 kN或1 500 kN级预应力锚索，则锚索数量太多，布置太密，锚索施工钻孔时将破坏岩石整体性，从而加固效果不佳。因此，选取2 000 kN级预应力锚索。

预应力锚索计算采用 《水工预应力锚固设计规范》（SL 212-98）中关于锚固段长度、锚索长度及最佳锚固角的计算公式。

根据上述计算公式及单宽剩余下滑力成果，计算预应力锚索的根数、锚索长度及最佳锚固角等。计算成果详见附表。边坡处理详见图1及图2。

计算成果表中为单宽范围内2 000 kN级预应力锚索的数量。显而易见，断面1-1处4m宽范围内3根锚索即可满足加固要求，断面2-2及断面3-3处6 m宽范围内2根锚索即可满足加固要求，第一、二、三排（紧临坡底为第一排）锚索长度分别为10，16，22m。预应力锚索最佳锚固角为35.9°。

图2 边坡处理典型断面图

根据计算成果，预应力锚索布置如下：

在断面1-1处坡面上设置3排2 000 kN级预应力锚索，在断面2-2、断面3-3处坡面上设置2排2 000 kN级预应力锚索；断面1-1、断面2-2处锚索水平间距4 m，断面3-3处锚索水平间距6 m。

第一、二、三排锚索锚头高程分别为141.71，147.97，154.23 m，第一、二、三排锚索根数分别为18根、18根、6根，锚索总数为42根，各根锚索外锚段设置C35混凝土锚墩。

为加强锚固效果，同一排每3根锚索之间用一段横向的C35混凝土锚梁连接，锚梁长度12 m、18 m不等；同一列各根锚索之间用竖向的C25混凝土联系梁连接，联系梁延伸至坡顶。从而形成一个整体锚固网，网格内用M7.5浆砌石砌筑。

5 结论

高滩水电站麻将湾边坡按上述方案进行处理后，边坡保持着稳定状态，目前未发现拉裂及滑坡现象。说明以预应力锚索为主的综合处理边坡的方法加固效果较好，对类似边坡的加固处理具有一定的借鉴参考作用。