水电站复杂边坡治理措施探讨

罗五洲，李恩至

（1.五凌电力有限公司，湖南 长沙 410004；2.湖南五凌力源经济发展有限公司，湖南 长沙 410000； 3.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

1 前言

大型水电站建设过程中或建成后经常会遇到复杂边坡需要进行治理，本文在五强溪水电站左岸复杂高边坡治理成功的措施基础上，归纳总结身边水电站复杂边坡治理成果实施的其他措施并进行探讨，为后续水电站复杂边坡治理措施提供新的经验和借鉴。

2 五强溪水电站高边坡治理

2.1 五强溪水电站高边坡概况

五强溪水电站左岸高边坡自坝轴线至下游尾端之间长约500 m。按自然地形地貌特征可分为两部分：第一部分为上部反向坡，坡角约300°，岩层倾向与坡面近于正交，坡顶高程203.00 m，中部为平缓过渡带，坡角200°，第二部分为下部顺向坡，坡角400°～450°，岩层倾向与坡面一致。

左岸高边坡为前震旦系板溪群五强溪组的千枚状板岩、砂质板岩、砂岩、石英砂岩、石英岩等一系列浅变质岩系分布，沉积韵律明显，具典型次复理式建造。近于平行边坡的断层、软弱夹层密积分布，节理裂隙发育，岩体构造破坏强烈，风化深厚、蠕变松动岩体广布，边坡易于变形，稳定性差，构成了边坡地质条件的复杂性。

2.2 五强溪水电站高边坡主要治理措施及效果

2.2.1 开挖方法与技术措施

根据边坡地质情况和对边坡变形观测分析，边坡采取仿自然坡开挖及自上而下分段开挖的施工方案。针对边坡岩石破碎、断层破碎带发育密集等复杂地质条件,开挖不允许超挖和切脚,采取了预裂爆破、柔性垫层爆破和预留保护层开挖等技术措施。

2.2.2 边坡防护措施

针对边坡岩体结构特征和开挖揭露出来的地质问题，为抑制边坡变形，防止诱发边坡变形条件的产生和发展,以提高边坡稳定能力，达到稳定安全系数最小允许值为1.3的要求，故在整个边坡治理过程中采取了表面保护、边坡加固、边坡排水及边坡监测等防护措施。

（1）表面保护

1）钢筋混凝土网格梁植草皮

对全风化岩土坡段均采用钢筋混凝土网格梁植草皮进行表面护坡。网格梁横截面为25 cm×25 cm、标号C15的钢筋混凝土梁组成300 cm×300 cm的方格网，在方格中植草皮，施工时先用石灰线标出网格梁的位置，然后按网格梁断面尺寸开挖至基岩,并清洗干净后浇筑混凝土,使钢筋混凝土网格梁与边坡岩体有较好的结合,从而使整个边坡通过网格梁连成一整体。钢筋混凝土网格梁经养护7 d后，在方格网内铺设腐植土约10 cm厚,然后将带土的爬地草铺盖在表面压实,继续洒水养护10 d，确保草皮成活率达到95%以上。

2）喷混凝土

对较完整岩土坡段一般采用喷纯混凝土护面，局部喷钢丝网混凝土。喷前先将坡面清洗干净,经验收合格后用HPZV-5型混凝土喷射机由上而下顺序施喷。对于岩体破碎的局部坡段则采用喷钢丝混凝土,先喷一层6～8 cm厚混凝土,使坡面平整,然后挂间距20 cm×20 cm的钢丝网，二次喷成混凝土总厚度15 cm。

3）钢筋混凝土面板

对于破碎岩石坡段(包括左坝头后坡)采用了现浇钢筋混凝土面板护坡，混凝土标号一般为C20或C25,局部为C10和C15，浇筑厚度一般为25 cm。

采用上述表面保护措施能有效地防止坡面冲刷和表面岩体的风化，避免雨水下渗，对坡面起到全面保护作用。

（2）边坡加固

对软弱层密集带、大断层破碎带及易变形部位采用系统锚杆、错洞、锚桩、断层混凝土塞和固结灌浆等边坡深部加固防护,以增强岩体整体性,提高抗变形能力。

1）锚杆

锚杆直径为Φ25、Φ28两种规格,均为普通砂浆锚秆,近乎垂直岩层层面方向锚入,单根锚杆锚固力吨位为12 t；锚杆孔、排距均为3 m，孔深3 m，孔径50 mm。锚杆施工按钻孔→孔内冲洗→注浆→下锚杆的步骤进行。钻孔采用765型气腿钻机，钻孔后用0.2～0.3 MPa压力水冲洗孔内至回清水为止,经验收合格后灌入水泥砂浆,砂浆配合比为水泥:砂:水=1∶2∶0.5;然后用大锤将锚杆打入孔底,砂浆不满的继续灌浆。

2）锚洞

锚洞施工按开挖→清洗→布筋→回填混凝土→回填灌浆等步骤进行。锚洞开挖采用全断面掘进,周边采用光面爆破，每次掘进距离1～1.5 m。如因地质条件太差，存在塌顶现象严重，施工采用加工好的钢管先对锚洞进行撑护，不拆除并代替锚洞结构钢筋起锚固作用。钢管撑护间距:横向每隔1 m布置一根，纵向每隔40～50 cm布置一根。锚洞开挖后,清洗洞内至新鲜岩石,经验收合格后布设钢筋。钢筋采用搭接焊,并在洞顶预埋3根回填灌浆管,其中2根进浆管,1根排气管。锚洞回填混凝土主要采用溜槽运输和混凝土泵输送。斜锚洞由溜槽运送混凝土至洞底,然后往外一边回填一边拆溜槽,人工振捣；水平锚洞采用混凝土泵输送混凝土，以保证回填混凝土质量。

3）锚桩

锚桩施工按钻孔→固壁→下锚→注浆的步骤进行。钻孔采用300型回转式钻机，开孔孔径中130 mm，钻孔2 m后改为中110 mm;孔口预埋127 mm套管,为防止孔内水漫流，套管离地面30 cm处开孔接皮管将水引至排水沟集中排水。因岩石破碎,塌孔现象严重,故部分采用水泥浆液固壁。钻孔后,冲洗孔内至回清水止,然后下锚桩。锚桩钢筋接长采用剖口对焊,3根钢筋相互之间以及与钢管(注浆管)之间采用点焊连成整体，点焊距离为30～50 cm。下锚桩是锚桩施工难度最大的工序,由于在已开挖的边坡上施工,吊装设备上不去,因此采用独脚扒杆下拉,人工吊装。注浆经检查合格后,再用水泥砂浆封孔。

4）断层混凝土塞

对断层出露地段采用挖槽回填置换混凝土，即断层混凝土塞加固岩体,以改善岩体均一性,预防压缩变形。沿断层走向挖槽，回填C15混凝土。挖槽深度一般为断层宽度的1.5～2.0倍。

上述边坡加固施工项目取得了预定的效果，有效地增强了边坡岩体的整体性及抵抗拉、剪、压各类变形能力。

2.2.3 工程边坡处理效果

通过几年来对边坡的综合处理施工后,边坡开挖产生的卸荷回弹和蠕动变形得到有效控制,边坡变形已趋向稳定,说明采取以开挖卸载为主、全面防护为辅的边坡处理措施是适宜的:尤其是施工期边坡曾数次出现局部裂缝和变形，经过处理后不再发展，并且经历了多次100年一遇特大洪水的严峻考验，工程边坡稳定安全、运行正常，充分表明边坡处理效果良好,是国内高边坡处理获得成功的一个典型范例,对于类似边坡处理具有十分重要的现实意义。

2.2.4 边坡处理成果达到国内先进水平

五强溪左岸高边坡处理，以边坡变形理论为指导，针对变形岩体的动态条件,在处理工程初步设计的基础上,采用全过程“现场跟踪、动态监测、边挖边护、上削下固，既锚又护、表护里固，排水同步”的处理措施，为抑制边坡变形、达到稳定安全的目的开辟了一条行之有效的施工新途径。它不仅有利于在边坡变形的动态条件下保证工程质量和施工安全，而且取得了显著的经济效益和社会效益。

3 水电站复杂边坡治理

3.1 水电站常见复杂地质边坡成因

全球大型水电站一般位于大江大河上，通常枢纽区地处深山峡谷地区，自然谷坡高陡，地应力水平较高，谷坡岩体卸荷强烈，并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝等不良地质现象；部分水电站因蓄水淹没，库区水位周期性变化进一步加剧库区部分原地质边坡失稳，以上综合因素导致大型水电站经常会在建设过程中和水库建成后面临复杂地质边坡治理。

3.2 水电站复杂地质边坡治理措施

水电站常用的复杂边坡治理措施主要有边坡开挖、锚固工程、抗滑桩、挡土墙、锚喷支护、格构护坡、 护面墙、格宾护垫、坡面（体）排水等。

（1）边坡开挖是复杂边坡治理最常见、有效且简单的一种方法，但实际工程中因受开挖工程量巨大的影响，边坡开挖经常作为复杂边坡治理措施中辅助的手段，一种好的边坡开挖方法和技术措施往往能够起到事半功倍的效果。

水电站高边坡施工一般采用由上至下梯段开挖,开挖梯段高度为10 m,每台阶20 m高度分2次开挖。对于地质条件较好、岩石坚硬的边坡,开挖一般采用YQ-80型潜孔钻造孔，微差挤压爆破,预裂防震,岩石单位耗药量控制在0.4 kg/m3以下，最大单段起爆药量不超过50 kg；对于部分地质条件较差,岩石相对软弱,岩体风化破碎,一般采用推土机推挖,预留2 m厚保护层,人工修整坡面。

（2）锚固工程是通过对预应力锚索（杆）施加张拉力，使岩体或混凝土结构物达到稳定状态或改善其内部应力状况的工程技术措施。可细分为预应力锚杆和预应力锚索。

（3）抗滑桩是一种能迅速、经济、有效地整治土质坡的工程结构物，它主要通过锚固在滑床的桩体，同时在有些情况下通过发挥受力段桩前土抗力来抵抗滑体的下滑力，达到稳定边坡的作用。抗滑桩由受力段承受土体推力，并通过桩身传递到锚固段，依靠锚固段地层反力来嵌住桩身。

（4）挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。根据挡土墙稳定的机理，主要有重力式挡土墙、衡重式挡土墙、薄壁式挡土墙、锚定式挡土墙、加筋土挡土墙等。其中重力式挡土墙具有结构简单、施工方便、能就地取材等优点。

（5）锚喷支护是应用锚杆与喷射混凝土形成复合体以加固岩土体的一种工艺。即依靠岩土体、锚杆、钢筋网和混凝土面层共同工作来提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，减少岩土体侧向变形，形成增强边坡整体稳定性的一种支护体系。采用锚 杆或锚固钉将菱形、矩形金属网或高强度聚合物土工格栅固定在边坡上，网（格栅）上下喷射混凝土，由此对边坡进行防护。

（6）格构技术一般与环境美化相结合，利用框格护坡，同时在框格之内种植花草可以达到极其美观的效果。格构技术具有布置灵活、格构形式多样、截面调整方便、与坡面密贴、可随坡就势等显著优点。并且框格内视情况可挂网(钢筋网、铁丝网或土工网)、植草、喷射混凝土进行防护，也可用现浇混凝土(钢筋混凝土或素混凝土)板进行加固。

（7）护面墙是为免受大气影响而修建的贴坡式防护墙，适用于各种软质岩层和较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡。

（8）格宾护垫是指由机编双绞合六边形金属网面构成的厚度远小于长度和宽度的垫形工程构件。格宾护垫中装入块石等填充料后连接成一体，成为主要用于水利堤防、岸坡、海漫等的防冲刷结构，具有柔性、对地基适应性的优点。

（9）坡面（体）排水主要通过设置坡顶截水沟、平台截水沟、边沟、排水沟及跌水与急流槽来实现。坡体排水措施主要有盲沟、排水廊道、排水井（孔）等。

大多数水电站复杂高边坡根据坡体结构特点，确定了“少开挖、弱爆破、强支护、分区分层支护、控制整体、以面覆点”的开挖施工和加固设计原则。绝大多数工程将结合自身工程区域边坡治理地质情况进行综合考虑选择以上几个常见的边坡治理措施综合方案进行治理，如锦屏一级水电站复杂高边坡实施以预应力锚索和抗剪洞为主、辅以锚杆、混凝土框格梁等措施的局部和整体、浅表和深层的全方位、多层次边坡加固控制体系。然后经过精细设计并严格控制施工时序、爆破技术和工艺，保证建基面岩体质量，通过动态设计和完善的管理机制确保边坡施工安全。

4 结论

本文以一个水电站复杂边坡治理成功案例为探讨基础，在此基础上结合自身工作经验和掌握的国内外水电厂复杂边坡治理措施总结归纳出常见水电站复杂边坡治理措施，为后续水电站复杂边坡治理措施提供新的经验和借鉴。