长河坝水电站泄洪系统高陡环境边坡分析及采取的综合治理施工技术

张 曾

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)



长河坝水电站泄洪系统高陡环境边坡分析及采取的综合治理施工技术

张 曾

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

目前，环境边坡施工已逐步应用于水利水电、铁路、公路等工程中，但由于环境边坡治理问题在国内提出的时间较短，尚无具体的治理措施及治理深度、无明确的施工规范和验收标准。环境边坡治理直接关系到边坡的整体稳定及其下部开挖边坡的施工、建筑物的安全，安全影响大，值得特别注意。结合长河坝水电站泄洪放空系统典型高陡环境边坡工程实例，对环境边坡治理施工展开了研究，总结出一套切实可行的环境边坡综合治理施工技术，达到了边坡整体稳定的目的，确保了环境边坡治理施工及其下部开挖边坡、建筑物的安全，取得了良好的社会与经济效益。

高陡环境边坡；分析；综合治理；施工技术；长河坝水电站

1 概 述

1.1 环境边坡的概念

随着社会经济的发展，水电、铁路、公路等工程已向条件相对恶劣的地区发展、在陡峻山岭地区修建工程，环境边坡施工已逐步应用于工程中。环境边坡(environmental slope)是自然边坡的一部分，范围视建筑物及其重要程度、失稳地质体的规模及其稳定性、势能及其危险度而定，下界以开口线为准，上界一般可取第一分水岭(图1)。环境边坡受其地形、地质特点的影响，在受到自然应力(如地震等)或人为作用(如施工爆破震动等)下可能发生边坡失稳、滑坡、崩塌、滚石等地质灾害，进而可能对工程、人员、建筑物等造成威胁。因此，必须对环境边坡进行认真地分析研究，做出预测和评价并采取有效的治理措施。

图1 环境边坡示意图

1.2 长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡概况

长河坝水电站泄洪放空系统进、出口环境边坡高陡(最高边坡约260 m、坡度在85°以上)，处理范围大。边坡岩体受地质构造作用影响强烈，岩体内断层、层间挤压错动带、节理裂隙发育，由发育危岩体、不利裂隙结构面及拉裂体组成，岩石裸露、破碎，地形、地质条件复杂。

2 长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡分析及评价

2.1 环境边坡破坏的类型

环境边坡受外界不利因素的影响，可能发生深层失稳破坏或浅表层破坏。其中深层失稳破坏一般是在坡面2 m以下深处、沿滑移面产生剪切滑移破坏，其破坏危害较大，包括边坡滑坡、崩塌、坍塌等；而浅表层破坏仅发生在坡面的表层或坡面下不足2 m的范围内的岩土受自然风化等因素影响发生的变形和破坏，其规模有限，包括坡面滚石、剥落、碎落等。

2.2 环境边坡分析及评价

环境边坡分析通过研究边坡的稳定性来确定危险滑动面和边坡的安全系数、边坡滚石等灾害发生的风险程度，以对环境边坡进行准确的评价、为环境边坡治理提供依据，服务于工程实际。

针对长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡，项目部运用数值模拟和极限平衡分析方法，通过对不同地质带、不同范围、不同工况进行计算、分析得知：

(1)环境边坡在未治理状态下暂处于稳定状态，但当其下部边坡开挖后并考虑地震和其它扰动作用时安全系数将大大降低，甚至小于1，潜在较大的滑坡和崩塌风险；

(2)边坡的安全系数随地震应力和其它作用力的增大而减小，其中水平作用力对边坡稳定性的影响高于竖直作用力影响；

(3)经岩体力学参数敏感性分析得知，位于滑面内的地层力学参数对边坡安全系数影响较大，若潜在危险滑动面穿过断层，则断层的岩体力学参数也会对边坡的安全系数产生一定的影响；

(4)数值模拟计算结果分析表明：长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡滚石问题较为突出、安全风险较大；

(5)环境边坡采取治理加固措施后的计算分析结果表明边坡稳定安全系数增大、表层滚石风险降低，能够满足较大作用力影响。

根据上述对环境边坡进行的分析、评价后得知：长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡在下部边坡开挖后及外界作用力影响下存在较大的失稳、滑坡、崩塌及滚石等安全风险，需对环境边坡采取必要的治理措施以控制边坡的深层变形、浅层岩体脱落、表层危岩滚落等危害。

3 针对长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡采取的综合治理技术

针对泄洪放空系统环境边坡的各种破坏型式，根据其所发挥作用的不同，结合工程实际地形、地质特点，最终决定对长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡采取表层处理及防护、浅层加固和深层锚固的综合治理方式。

3.1 环境边坡治理原则

根据对环境边坡进行的分析、评价，结合工程自身实际情况，对环境边坡采取“不同区域、不同类型、分别处理、综合治理”的原则，治理方案主要从工程和施工的安全、工期、成本等方面综合考虑。

(1)安全第一、兼顾工期和成本的原则。

根据运行期永久建筑物的重要性等，按照环境边坡与工程区的毗邻位置关系，以“点、线、面”的不同治理模式确定环境边坡治理的具体项目和部位。

以“点”控制：对于环境边坡边缘、较高部位等距离工程区和施工区较远的部位，最先进行治理施工。采取点控制治理的方式，仅对特定危险点进行治理，主要治理措施包括危石清撬、就地锚固、主动网防护等。对该范围内的治理方式以防止危险源起动为主，在较短时间内完成该范围的治理，以保证其下部施工和永久建筑物的运行安全。

以“线”控制：在环境边坡中部采取线性控制的治理方案。该区域除对危险点单独实施治理外，主要以被动网、挡墙防护等形式形成隔离带，防止其上部以“点”控制范围可能的遗漏造成对施工和永久建筑物的危害。

以“面”控制：对于工程区附近的环境边坡，主要以深层锚固和浅层加固为主，治理范围较大，对于线性防护至工程边坡之间的范围基本形成封闭边坡。

(2)自上而下、立体交叉、动态治理的原则。

从施工安全的角度出发，采用自上而下的顺序施工，以保证其下部施工安全。因环境边坡治理范围较大，为缩短工期，在施工布置上采取立体交叉施工的方式，在保证安全的前提下多区域、多工作面同时施工。在治理方案实施过程中，进一步详细勘察现场，通过检测、监测等手段反馈现场情况，对治理方案进行动态调整和优化。

(3)分类汇总、区别对待的原则。

根据环境边坡现场情况，对各类治理方式分类汇总、区别对待，主要包括边坡陡缓、离工程区远近、危岩体数量及程度、是否倒悬、冲沟、岩石裸露程度、覆盖层厚薄、植被覆盖程度、岩石块体大小、施工对工程区影响、监测手段，地表结构面与岩体内结构面治理方式与深度、深层锚固动态调整、群锚效应分析、松散和分散个体化零为整后的边坡稳定性分析。

3.2 环境边坡的表层处理及防护

长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡岩体风化程度严重、破碎，坡面存有大量危石，根据现场实地踏勘并通过对环境边坡滚石进行的计算与分析得出的结果表明：环境边坡滚石问题较为突出、滚石风险较大，危害较大。针对环境边坡表层的大量危石及滚石风险，最终决定采取以下表层处理及防护治理措施：①采取人工清撬的方式自上而下清理坡面上可能影响到施工区、建筑物上部边坡范围的危石、松动岩块及松散堆积体，减少边坡危石数量、降低边坡滚石概率；②在环境边坡上部及边坡治理范围内，根据实际地形设置截排水沟以拦截、引排坡面地表水，避免和减少地表水进一步对坡面岩体的冲蚀破坏；③针对大面积危石群、无法或不能完全清理的危石区域、冲沟范围，采用多级主被动防护网系统及混凝土、钢支撑防护挡墙等进行覆盖、包裹坡面危石并拦截坡面滚石，有效减少和降低边坡滚石的发生。

3.3 环境边坡的浅层加固

长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡岩体节理裂隙发育、存在不同程度的风化，岩石裸露、破碎，边坡存在浅层破坏风险。针对上述边坡浅层破坏风险，对长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡采取了锚杆、挂网喷护及排水孔等浅层加固措施。其中对边坡浅层危岩体及破碎部位采用锚喷支护的方式，使边坡岩体形成了一个共同承载结构，最大限度地调动岩土介质的强度和潜力，主动加强岩土体的自承和自稳能力，有效地限制了岩体变形的自由发展，调整了岩体的应力分布，防止了岩体松散坠落，同时，采用喷混凝土对裸露岩石进行封闭以防止其进一步风化。采用排水孔排出边坡岩体内的地下水，以减小岩体内的水压力、减少对岩石的冲蚀破坏。

3.4 环境边坡的深层锚固

长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡地质勘测及分析研究结果表明：边坡岩体深部存在断裂带及深层结构面等构造，对边坡的整体稳定有较大影响，可能造成滑坡、崩塌等危害。对环境边坡深层治理采取了预应力锚索、深孔锚筋束及固结灌浆等锚固方式。其中环境边坡根据结构面及断裂带深度采用预应力P=2 000 kN、2 500 kN，锚索长度L=45 m、50 m、55 m、60 m不同应力、不同深度的拉压复合型预应力锚索，以提高边坡岩体的整体性，从根本上改善岩体的力学性能，有效地控制了环境边坡结构面的滑移失稳，使岩体处于稳定状态，达到了整治滑坡、崩塌等危害的目的。针对深度较浅、范围较小的结构面、断层，采用3φ32 ，L=12 m、3φ28，L=12 m等深孔锚筋束进行锚固，限制岩体有害变形的发展，改善岩体的应力，提高岩体的自承能力。针对边坡裂隙较多区域，采用固结灌浆对岩体裂缝进行填充，使边坡岩体整体性增强，当注浆量大时，采用间歇、限流、待凝、加砂等方式填堵裂隙，必要时直接推水泥球、喷浆料，不仅确保了施工进度和工程质量，亦有效控制了工程造价。预应力锚索结构及工程应用情况见图2。

3.5 环境边坡治理中的施工通道及材料运输

图2 长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡治理中采用的预应力锚索结构图

长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡高陡、地形地质条件复杂，治理区域均为山脊、悬崖，安全风险高，施工道路无法或极难布置，只能形成简易的人行便道以满足施工人员通行，施工材料、设备运输通道无法布置。同时，环境边坡处理范围大，边坡治理所需的施工脚手架、深层锚索、锚杆、喷射混凝土、主被动防护网等施工材料及施工设备运输量大。

针对施工材料、设备无法运输问题，根据环境边坡治理范围分布，结合边坡实际地形，对长河坝水电站泄洪放空系统环境边坡治理采用索道、滑道提升系统解决了施工材料、设备运输问题。工程实际应用证明：索道、滑道提升系统具有结构简单、施工便捷、施工成本低、施工工期短、对周边环境无破坏等特点，提升过程工序简单、易于操作、提升快捷、提运过程安全、提运成本低，在成本、安全、工期、环保及施工操作等方面具有明显的优势，可为类似高陡边坡工程的材料、设备运输提供借鉴和参考。

4 结 语

笔者结合长河坝水电站泄洪放空系统高陡环境边坡工程治理实例，针对其环境边坡复杂的地质条件，根据数值模拟和极限平衡方法进行分析研究，结合工程实际地形、地质等条件，采取深层锚固、浅层加固及表层处理、防护综合治理措施，增大了边坡稳定安全系数、确保了边坡整体稳定，控制了边坡浅层岩体的变形和破坏，对边坡滑坡、崩塌、岩体剥落、滚石等灾害进行了有效治理和控制，确保了工程施工安全。同时，采用索道、滑道提升系统，有效解决了施工材料、设备运输困难问题，达到了运输高效、安全、成本低等效果。

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(责任编辑：李燕辉)

2016-10-28

TV7；TV52；TV223.3+1

B

1001-2184(2016)06-0003-03

张 曾(1985-)，男，宁夏中卫人，项目工程技术部主任，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作.