联合加固技术在青山水库大坝左岸边坡加固中的应用

(桓仁县水务局， 辽宁 桓仁 117200)

联合加固技术在青山水库大坝左岸边坡加固中的应用

韩东海

(桓仁县水务局， 辽宁 桓仁 117200)

随着水利水电工程建设向地质复杂地区推进，单一的加固措施已经不能满足大型边坡加固的需求。本文以辽宁省葫芦岛市青山水库大坝左岸边坡为例，提出以锚杆、抗剪洞为主，辅以其他加固方式的联合加固措施。工程实践显示，锚杆早期发挥抗剪能力，抗剪洞可以在边坡滑动破坏过程中发挥重要作用，两者的协调作用可以大幅提升边坡加固的工程效果。

边坡加固；青山水库；锚杆；抗剪洞；协调作用

边坡失稳不仅会引发众多工程建设方面的问题，甚至还会造成人员伤亡和严重的经济损失，因此加固措施就成为保障边坡稳定的重要手段[1]。随着中国水利工程建设进一步向偏远地区推进，工程本身面临的地质环境日趋复杂，单一的边坡加固措施已经不能满足实际工程需求。因此，边坡联合支护技术在工程实践中得到了越来越多的应用[2]。由于不同加固措施之间相互作用的存在，使得联合加固过程中各加固措施的协调作用十分复杂，一旦设置不当，不仅不能达到预期加固效果，甚至还可能诱发工程事故。因此，加强联合支护的协调作用研究具有重要意义。

1 工程背景

青山水库是辽西地区六股河干流上的一座新建水库，该水库以防洪和供水为主要功能，兼顾改善葫芦岛市城区以及水库下游生态环境效益，是一座综合性大型水利工程。青山水库的设计库容为6.63亿m3，调节库容为3.06亿m3，防洪标准为500年一遇。

青山水库工程主要由水利枢纽工程和输水工程两大部分组成[3]。其中，枢纽工程包括主坝、副坝、溢洪道和输水洞、导流洞。输水工程包括输水管线和加压泵站1座，工程计划总投资27.2亿元。青山水库建成后，能够有效提高辽宁省的水资源调控能力和当地防洪标准，保护和改善当地的生态环境，对葫芦岛市的经济社会发展具有重要意义。

青山水库坝址位于绥中县西台村六股河的河道拐弯处，工程区属于低山丘陵区，分布有比较广泛的风蚀和侵蚀地貌[4]。右岸为土质边坡，为阶梯状斜坡坡地，坡度不大。左岸受六股河河水的侧向侵蚀作用影响，地形陡峭。库区和近库岸断裂构造较发育，规模较大的断裂带共有九条，主要是压性和压扭性断裂。

2 坝肩左岸边坡坡体结构

坝址左岸边坡中存在部分软弱结构面，主要表现为以下几种形式：ⓐ以f5、f8、f2为代表的断层发育，其规模一般较大，一般为NE-NNE向，破碎带宽度为1～3m，断层面比较光滑，剪切面特征明显；ⓑ板岩夹层构造在挤压作用下发生错动形成层间挤压错动带；ⓒ以SL44-1裂缝为代表的节理裂隙密集带发育；ⓓ强风化、松弛拉裂的煌斑岩脉，主要分布于左岸坝基和抗力体内部。具体而言，坝址左岸边坡的主要坡体结构以及可能的失稳破坏形式见表1。

表1 左岸边坡坡体结构及失稳破坏的可能形式

续表

3 坝肩左岸边坡联合加固方案

根据坝址左岸边坡的地形、地质条件和潜在破坏特征，结合类似边坡的工程经验，采取如下联合加固方案：以预应力锚索和抗剪洞为主，再辅以混凝土框格梁坡面加固措施、喷混凝土和预灌浆支护措施[5]。其中，预应力锚索柔性支护主要用于开挖施工过程中的变形，抗剪洞等加固措施主要作用是通过加强确定性结构面的控制以提升岩体的整体稳定性。

3.1 联合加固方案的具体设计

3.1.1 锚索加固方案

由于边坡内的断层发育、煌斑岩脉和周围大量破碎岩体的相互作用，使其中的楔形岩体呈现出明显的卸荷裂隙发育特征。在边坡加固中，利用预应力锚索加固楔形体[6]。锚索的具体加固设计为在同一廊道内以上下交错的方式布置间距为4m的上下两层3000kN级锚索，锚索的长度设计为60～90m，上层锚索的倾角为向下5°，下层锚索的倾角为向下9°，锚索的锚固段深入f5、f8断层以及煌斑岩脉的影响带内。在水平方向上，锚索以间距5m布置，其倾角为上游5°。

3.1.2 抗剪洞方案

为提升结构面的抗剪能力，对变形拉裂体的底滑面进行抗剪洞置换[7]。具体设计为在89.00m、115.00m和138.00m高程沿断层和煌斑岩脉走向布置3层断面为9m×10m的抗剪洞。在抗剪洞的中部设置断面为4m×5m的十字形键槽，并按照抗剪洞周边的岩层状况进行一定深度的固结灌浆，进一步增大抗剪洞的阻滑作用。抗剪洞的平面布置如图1所示。

图1 抗剪洞平面布置示意图

3.1.3 其他加固措施

青山水库大坝左岸边坡中的岩土普遍存在松弛张开现象，边坡表层存在大量不稳定块体。为了防止岩体滑落，增加边坡的稳定性，对浅层岩体、锚杆束孔进行灌浆处理。灌浆孔孔径设计为90mm，孔深12～18m，间距2.5m；对深层岩体，以锚固长度为60～80m的2000kN单孔多锚头锚索对结构面进行加固；在坡面喷射挂网混凝土，挂网混凝土采用双向布置的φ10mm@150mm钢筋、强度等级为C25；并在全坡面交替布置φ28mm(长6m)和φ32mm(长9m)的全长黏结砂浆锚杆；在每一级马道布置间距2.5m，由3根φ32、长12m的钢筋组成的锚杆束；对f5、f8断层、煌斑岩脉采用断面为60cm×80cm的混凝土纵梁和间排距4m×4m的框格梁加固。浅层和深层加固剖面示意图如图2所示。

3.2 边坡变形监测资料分析

3.2.1 表面变形监测

在水库大坝左岸边坡设置80个外部观测墩，各监测点的位移量方向X为河流方向，以下游方向为正；Y为跨河方向，以向河对岸方向为正；H为竖直方向，以垂直向下为正。部分位移较大的监测点的监测结果见表2。

图2 浅层和深层加固剖面示意图

表2 表面变形移较大的监测点的监测结果

由表2数据可以看出，监测点的X向位移全部向上游方向变形，但相对于其他两方向相对较小；监测点Y向位移全部为向河对岸变形，且数值较大，最大可达到106.0mm，说明左岸坡体以向坡外的回弹变形为主；Z向变形主要表现为沉降变形。从空间位置上看，上部高程对开挖卸载的反应极为敏感，回弹变形较大。

3.2.2 浅表变形监测

在左岸边坡设置54套多点位移计进行浅表变形监测。监测结果显示，各测点的孔口位移大多数较大，其中有12套超过5.0mm，其中变形量最大的是M14C3L点位，位移量为17.76mm。但是这些变形均形成于早期边坡开挖时，目前变形速率趋于收敛，并且低于0.02mm /d。

3.2.3 深层变形监测

在185.00m高程的地质勘探平洞中设置石墨杆收敛计以及水准观测点，对不同深度岩体的水平变形和沉降进行监测。由监测结果可知，石墨杆计的位移量缓慢增加并逐渐收敛，累计位移为47.57mm，边坡的深层变形主要集中于煌斑岩脉和断层附近。

3.2.4 锚杆和锚索应力监测

选取5%的锚索和铺杆安装预应力锚索测力计，对锚索的受力情况和加固效果进行监测[8]。检测结果显示，在拉裂变形体部位的锚索锚固力增加量为15.4%～20.8%，在其他区域均显示为锚固力损失，其最大值为9.6%。锚固应力随时间变化较小。可见，边坡浅层岩体内并无太大变形，只有煌斑岩脉周围岩体的变形较大，说明锚索、锚杆具有良好的加固效果。

3.2.5 抗剪洞变形监测

在三层抗剪洞内设置渗压计、三点式位移计、测缝计和错位计等测量仪器。检测结果显示，数据并无特殊变化，说明抗剪洞未出现大的破坏，抗剪洞对边坡加固，特别是深层岩体加固具有非常好的效果。

4 结 论

从变形监测结果来看，各监测点的变形量并不大，且主要出现于开挖初期，之后逐渐趋于收敛，这是由于加固措施发挥了良好作用，确保了边坡稳定；从锚杆的应力监测情况来看，对加固不稳定岩体的锚杆，处于较高高程的锚杆应力大于较低高程的锚杆应力，但对于整体边坡而言，影响锚杆应力变化的因素十分复杂；从抗剪洞的变形监测结果来看，变形监测数据无异常，说明抗剪洞在边坡加固中，始终并稳定发挥着作用。综合上述结论，上部锚杆+抗剪洞联合加固使边坡上部的锚杆早期即可发挥其抗剪能力，而边坡中部抗剪洞的抗剪力发挥是非常稳定的，联合加固方案取得了良好的加固效果。

[1] 宋胜武, 向柏宇, 杨静熙, 等. 锦屏一级水电站复杂地质条件下坝肩高陡边坡稳定性分析及其加固设计[J]. 岩石力学与工程学报, 2010(3): 442-458.

[2] 徐力生, 占样烈. 预应力锚索与锚杆联合锚固支护在构皮滩水电站右岸5号公路隧道进口段边坡加固工程中的应用[J]. 岩土工程界, 2008(11): 47-49.

[3] 李强. 导流明渠在青山水库工程施工中的应用[J]. 黑龙江水利科技,2016(8): 106-108.

[4] 秦一博, 孙佳竹, 才庆欣. 青山水库工程地质条件分析[J]. 黑龙江水利科技, 2013(10): 240-241.

[5] 朱涛, 孙晓鸽, 范瑞朋, 等. 边坡锚索加固及优化分析[J]. 水电能源科学, 2010(11): 106-109.

[6] CAI F, UGAI K. Numerical analysis of the stability of a slope reinforced with piles[J].Soils and Foundations, 2000, 40(1): 73-84.

[7] 姜清辉, 周创兵, 孙金山. 一种岩质边坡加固的锚固洞结构设计方法[P]. 中国发明专利, CN101814104A, 2011-08-03.

[8] 黄志鹏, 董燕军, 廖年春, 等. 锦屏一级水电站左岸开挖高边坡变形监测分析[J]. 岩土力学, 2012(S2): 235-242.

ApplicationofjointreinforcementtechniqueintheslopereinforcementoftheleftbankofQingshanReservoir

HAN Donghai

(HuanrenCountyWaterBureau,Huanren117200,China)

Single reinforcement measures cannot meet the needs of large slope reinforcement with the development of water conservancy and hydropower project construction to regions with complex geology. In the paper, the left bank slope of Qingshan Reservoir dam in Huludao of Liaoning Province is adopted as an example to propose a joint reinforcement measure based on anchors and shear holes and supplemented by other reinforcement methods. Engineering practice shows that anchor can play the shearing ability in early stage. The shear hole can play an important role in the process of slope sliding failure. Coordination role thereof can greatly improve the engineering effect of slope reinforcement.

slope reinforcement; Qingshan Reservoir; anchor; shear hole; coordination role

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.021

TV52

B

1005-4774(2017)011-0083-04