水利水电工程高边坡的加固与治理

林 君

（广东润威建设工程有限公司，广东 广州 510660）

水利水电工程是助力市场经济建设及保障地区稳定发展的重点工程项目。随着国内相关工程项目建设投入日益增多，建设方对工程质量的要求越来越高，因此，必须采取相应的措施加强工程质量管理，重视对高边坡的治理和加固。但是在深入现场进行考察时发现，部分现场工人在施工前没有做好地质勘查，未能制订出一套行之有效的加固方案，加之日常巡查工作不力，未能及时对潜在的安全风险进行排查，从而限制了高边坡功能的充分发挥，增加了潜在的维护费用，影响了工程的经济效益。因此，有必要设计方案进行高边坡的加固与治理。

1 水利水电工程实例介绍

1.1 工程概况

本文所介绍工程项目位于广东某地区江河干流位置，根据建设方要求，此工程在建成投入使用后将兼具地区防洪抗灾、农业灌溉、水利发电、生态环境保护等多项功能，工程概况见表1。

表1 工程概况

1.2 工程高边坡地质环境

该工程项目的场区邻近地区的野马川断裂区域位于工程的上盘区，全长27.5 km，总体走向278°，剖面偏西，倾角为48°。两盘断裂都是二叠系，断裂带长度在150～200 m范围内，上盘的整体产状为165°∠8°，下盘的综合产状为138°∠15°。断裂位置标号为K93+190（中段位置），与工程线路垂直交叉，距斜坡228 m左右。受断裂带的综合影响，边坡区的岩体断裂、节理、裂隙发育显著，岩层和构造面的产状变化较大。综合上述情况可以看出，此工程项目所在场地环境较为复杂，施工难度较大。

2 水利水电工程高边坡加固措施分析

2.1 削方减载

针对上述水利水电工程项目进行高边坡加固，首先需要完成削方减载处理。根据坡度设置分层平台，对边坡面进行刷方[1]，同时在滑坡的后方减轻重量，在前方施加压力。具体操作主要包括稳定坡脚、降低分级平台高度、加宽平台、降低坡面坡度等[2]。采用这种方式可以对高边坡中相对较低且较为平缓的边坡进行加固。将这种加固方式作为后续加固工序的辅助措施可以提升高边坡加固效果。

2.2 支挡

在完成削方减载后，采用预应力锚索结构实现对高边坡的支挡。预应力锚索结构示意图见图1。

图1 预应力锚索结构示意图

在设置预应力锚索结构时需要确定该结构的最佳方向角，可计算出既能保证锚索长度较短，又能满足最大锚固力的方向角，计算公式为

式中：K为预应力锚索的最佳方向角；a为高边坡滑动面的内摩擦角；b为高边坡滑动面的倾斜角度。

对于采用预应力锚索进行加固的高边坡，在荷载较低的情况下，其稳定主要依靠本身的固结强度[3]。在这种情况下，锚杆与土体之间的相对位移为0，锚杆与土体间的摩擦阻力还没有显现出来[4]。当荷载逐渐增大时，锚杆的抗拉变形就会发生，从而导致边坡稳定地向预应力锚杆的锚固力方向移动。而设置预应力锚索结构可以为高边坡承担更大的土体压力或滑坡推力，保证坡体结构的稳定性。

2.3 加固

在实现对高边坡的支挡后，引入格构加固技术，采用浆砌块石、现浇混凝土和预应力混凝土作为边坡的加固结构。将该结构稳定在岩体中，依靠自身作用力提供抗滑力[5]。这一支挡方式与普通锚杆加固相比能够实现对格构梁与锚索的综合运用，可兼顾高边坡深层和浅层的加固。格构按照材料的不同可分为浆砌块石结构、现浇混凝土结构和预制预应力混凝土结构[6]，按照形状可分为方型和菱形两种形式，见图2。

图2 格构结构形式示意图

根据水利水电工程的实际情况合理选择格构形式，以确保将格构结构的加固作用提升到最高。

3 水利水电工程高边坡治理措施分析

3.1 水利水电工程防护治理

按照上述措施实现对高边坡的加固后，为实现对高边坡的防护，需要进行相应治理。在坡面上以浆砌石为骨架，通过种植、播种等方式进行绿化。根据实际需要，可选择拱形、菱形、人字形等骨架结构。为了进一步减轻高边坡受到的冲刷，要求浆砌石护坡的坡率在1∶1.0到1∶1.5范围内，每一级的高度不得超过10 m。此外，可采用现浇钢筋砼框架，在边坡上回填客土，采用苗木种植或播种等方法进行绿化治理[7]。采用钢筋砼加固边坡具有更好的适应性和绿化效果。针对一些较高的风化岩石边坡，可采用喷射混凝土的方式实现护坡，但在实际应用中采用这种方式会阻止风化，因此要尽可能少使用，避免对水利水电工程周围景观的影响。

3.2 喷播防护与厚层基材喷射植被防护

为取得更理想的治理效果，结合喷播防护与厚层基材喷射植被防护方式实现对高边坡的治理。将植物种子、有机纤维、保水材料、粘合材料、肥料等和水混合后，利用液压喷播装置具备的特殊水力将上述混合材料喷洒到指定的地区[8]。混合溶液可实现对面状植被的快速恢复，以此达到治理效果。在采用这种喷播防护方式时，坡率应当在1∶1.5到1∶2.0范围内，且坡高不得超过10 m。为实现对更高区域边坡的治理，引入客土喷播技术。利用特殊的机械装置将植物种子、客土、各种助剂等混合均匀，然后利用压缩空气或高压水作为载体，将混合材料均匀地喷射到岩石中。在具体操作时，先利用搅拌器将本地适生土壤、有机质、长效缓释肥、保水材料、粘结材料、酸碱调节剂等混合，制成生长基质材料，由高压气流将培养基质材料经管道注入喷口，与水泵内部的水流会合，使基质材料颗粒化，再由喷枪喷射到斜坡上，最终将选择的种子与少量的基质材料按照一定的比例搅拌，并按照相同的工序喷射在坡面上，以此完成喷播。在完成喷播后，进行厚层基材喷射植被防护治理。在应用这一治理措施时，要求液压喷播的厚度不得超过1 cm，以此根据上述论述实现对高边坡的治理。

4 测试结果分析

以上述介绍的工程项目为例进行测试。测试前，对该工程进行边坡加固与综合治理施工。施工前，对区域地质进行勘查，发现此高边坡工程所在地区的地质构成较为复杂，大部分地质结构为岩石结构，抗风化能力相对较差，因此，在相同的风化条件下，此工程结构遭到破坏比较严重，也更容易发生崩塌事故。

一般认为，岩层的产状、岩层是否存在节理及裂缝发育都取决于地质结构。若地质结构中有断裂或裂缝，则有可能引起滑坡或影响坡面稳定性。该工程正是具有此特点的工程，因此，十分有必要采取措施进行工程边坡的治理。

4.1 滑坡位移监测

在施工后的作业面上选择5个连续测点进行滑坡位移监测，监测周期为10 d。在监测中应明确所有测点的单日滑坡位移不得超过3 mm，连续两天的滑坡位移不得超过2 mm，单点总滑坡位移不得超过20 mm。在明确监测工作的目的与标准后，对5个连续测点展开监测，监测结果见第57页表2。

表2 高边坡工程滑坡位移监测结果 （mm）

4.2 边坡稳定性分析

完成上述研究后，本文对加固治理后的边坡进行稳定性验算，验算公式为

式中：A为加固治理后的边坡稳定性系数；k为边坡滑动面的抗滑力；m为边坡滑动面的滑动作用力。

设计A的取值在-1到+1之间。当A的取值为0时，说明此时边坡处于临界滑动状态，但未发生滑动，需要采取措施进行加固，或证明了本文设计的加固治理施工方法未能在应用中起到稳固边坡的效果；当A的取值＞0时，说明边坡结构稳定，不存在失稳、滑坡等安全隐患，或证明了本文设计的加固治理施工方法可以在应用中起到稳固边坡的效果；当A的取值＜0时，说明边坡结构已经失稳或已经发生滑坡。按照上述标准，本文对比了加固治理前后边坡的稳定性，结果见图3。

图3 边坡稳定系数校验结果

5 结论

通过上述研究，本文得到以下几个方面的结论。

1）根据表2高边坡工程滑坡位移监测结果，测点①～测点⑤的滑坡总位移均未达到20 mm，且在监测过程中各个测点滑坡位移未出现连续两天超过2 mm或单日超过3 mm的现象，证明本文采用的方法可以起到控制边坡位移的效果。

2）图3边坡稳定系数校验结果证明该方法的应用提高了边坡的稳定性，降低了滑坡事故的发生几率。