复杂地质边坡塌方加固技术应用

吴江华

中国水利水电第十六工程局有限公司，中国·福建 福州350000

复杂地质塌方边坡加固技术应用，边坡开挖过程中塌方后，根据揭露的地质情况，在完成塌方后边坡稳定的计算之后，塌方边坡加固从安全、工程量、工程投资及现场施工难度等选用经济合理的边坡治理技术。

边坡；塌方；加固技术

1 工程概况

某水库最大供水流量为0.338m3/s。水库正常蓄水位为648.00m，总库容为436 万m3，有效库容为377 万m3。水库为小（I）型水库，工程等别为IV 等工程，主要建筑物级别为4 级，次要建筑物级别为5 级。本工程主要建筑物为大坝挡水及泄水建筑物等，按4 级建筑物设计；次要建筑物为消能防冲建筑物等，按5 级建筑物设计[1,2]。

2 边坡塌方原因分析

右岸坝基上游侧崩塌的主要原因如下：①右岸坝基上游侧边坡为近顺向坡，发育两条陡倾角结构面及两条顺层缓倾角结构面，两组结构面的不利组合，是边坡失稳的主要影响因素。②右岸坝基上游侧边坡605.00～654.00m 高程由于发育了两条陡倾角结构面，且两条结构面挤压强烈，风化较深，结构面附近的岩体由于受挤压影响，岩体较破碎，强风化下限相对偏低，是边坡失稳的次要影响因素。③雨季地表水下渗大大降低了边坡岩体及结构面的物理力学参数，且使得结构面内的孔隙水压力升高，是边坡失稳的重要诱发因素。

3 边坡塌方后稳定计算

3.1 计算原理

根据现场后边坡实际情况及推断的可能滑动面（或推测蠕动面），建立计算模型，采用理正岩土岩质边坡稳定分析软件中的简单平面滑动稳定分析模块进行计算。计算方法采用SL386—2017《水利水电工程边坡设计规范》中规定的不平衡推力传递法[3]。

3.2 计算断面、计算参数与计算工况

根据大坝上游侧右岸坝肩后边坡现状、地层分布及现场的基本情况，本阶段选取剖面分析后边坡岩体在层面与破碎带组合及强风化层间组合下的抗滑稳定安全系数，其计算分析模型见图1。根据最新地质资料，本次着重分析右岸坝肩上游侧边坡在表1 所列工况下的整体稳定情况。

表1 右岸坝肩上游侧边坡稳定分析计算工况

图1 边坡剖面整体抗滑稳定计算分析模型

3.3 计算结果及分析

由最新地质成果可知，大坝上游右岸后边坡受断层破碎带J2、f3、f4 与软弱夹层层面NJ5、NJ6 的组合影响其边坡稳定，本次边坡计算根据理正岩土岩质边坡稳定分析软件中的简单平面滑动稳定分析方法，计算大坝上游右岸加固后边坡在不同工况下各种滑裂面组合的整体稳定安全系数。其整体抗滑稳定安全系数计算成果详见表2。

表2 右岸坝基上游侧边坡整体抗滑稳定安全系数计算成果表

根据表2 计算结果可知，大坝右岸上游侧边坡在NJ5、NJ6 夹层层面与f3、f4、J2 破碎带组成的各种划裂面，除NJ5-J2 划裂面组合在正常蓄水位、库水位降落期、库水位降落期+暴雨、施工期及施工期+暴雨等工况下计算值大于规范规定的允许值外，其他划裂面组合在各种工况下边坡的整体抗滑稳定安全系数计算值均小于规范规定的允许值，从计算结果可以看出，边坡存在整体不稳定。

4 边坡塌方加固技术方案及方案比选

4.1 边坡塌方加固技术方案

根据测量的实测边坡进行抗滑整体抗滑稳定计算，其结果显示已开挖的边坡其整体抗滑稳定安全系数均不满足规范要求，需对右岸坝基上游侧边坡（即高程为654.00 ～581.00m 间、顺河向桩号为0-080～0-000m（坝轴线）、垂直河流向桩号为坝0+110m～坝0+200m 范围内的边坡）进行加固。本次边坡塌方加固拟定如下两个方案：

方案一：对现状边坡进行削坡处理，从坡脚至f4 断层处坡比为1:1.5，且每隔15m 设有2m 宽马道，在高程588.00m 处设有两级挡墙，每级挡墙高5m。另外，针对削坡形成的坡面及现状坡面采取如下加固措施：①对坡比为1:1.5 坡面采用长度为3m 的Φ25 砂浆锚杆（间距1.5m×1.5m）、Φ8 钢筋网（间距200×200mm）、表面喷C20 混凝土（厚100mm）封闭；②对削坡形成的f4 坡面（近似垂直面）采用入岩长度为12m 的PSB930ΦPS32 张拉锚杆（间距2.5×2.5m，锚固段长3m，施工时注意设置止浆塞）、Φ8 钢筋网（间距200×200mm）、表面喷C20 混凝土（厚100mm）进行锚喷封闭防护；③634.00m～654.00m 高程边坡之间采用入岩长度为12m 的PSB930ΦPS32 张拉锚杆（间距2.5×2.5m，锚固段长3m，施工时注意设置止浆塞，锚杆轴向拉力设计值经计算后取为360kN）、Φ8 钢筋网（间距200×200mm）、表面喷C20 混凝土（厚100mm）进行锚喷封闭防护；④在锚喷支护基础上再对NJ6 夹层层面以上625.00m～640.00m 高程之间边坡布设预应力锚索，锚索竖向间距为5m（共4 排），水平间距为5m，锚索长35m，其中锚固段长6m，自由段长29m；锚墩尺寸为1.5×1.5×0.6m，混凝土强度等级为C30。

方案一关键点在于现状边坡按1:1.5 坡比削坡后形成的NJ6-f4 划裂面稳定性。其整体抗滑稳定安全系数计算成果详见表3。根据表3 计算结果可知，按1:1.5 坡比削坡后形成NJ6-f4 组合划裂面在各工况下计算值均大于规范规定的允许值，说明削坡后形成的划裂面是稳定的，说明方案一加固技术是合理的。

表3 NJ6-f4 组合划裂面整体抗滑稳定安全系数计算成果表

方案二：对NJ6 以下现状边坡表面作清坡处理；对NJ6 以上与f4 破碎带间现状边坡削坡至623m 高程，可降低滑动体潜在的安全隐患[4-9]。针对现状坡面及削坡形成的坡面采取如下加固措施：①对NJ6 以下现状边坡采用长度为3m 的砂浆锚杆（间距1.5m×1.5m）、Φ8 钢筋网（间距200×200mm）、表面喷C20 混凝土（厚100mm）封闭。②634.00～654.00m 高程边坡之间采用入岩长度为12 m 的PSB930ΦPS32 张拉锚杆（间距2.5×2.5m，锚固段长3m，施工时注意设置止浆塞，锚杆轴向拉力设计值经计算后取为360kN）、Φ8 钢筋网（间距200×200mm）、表面喷C20 混凝土（厚100mm）进行锚喷封闭防护。③在锚喷支护基础上再对NJ6 夹层层面以上625.00～640.00m 高程之间边坡布设预应力锚索，锚索竖向间距为5m（共4 排），水平间距为5m，锚索长35m，其中锚固段长6m，自由段长29m；锚墩尺寸为1.5×1.5×0.6m，混凝土强度等级为C30。

方案二关键点在于NJ6 夹层层面以下现状边坡和NJ6-f4 组合划裂面（削坡至623m 高程）的稳定性。其抗滑稳定安全系数计算成果详见表4。

表4 NJ6 夹层层面以下现状边坡和NJ6-f4 划裂面抗滑稳定安全系数计算成果表

根据表4 计算结果可知，NJ6 夹层层面以下现状边坡和NJ6-f4 组合划裂面在各工况下计算值均大于规范规定的允许值，说明NJ6 夹层层面以下现状边坡和NJ6-f4 组合划裂面（削坡至623m 高程）是稳定的，说明方案二加固技术是合理的。

4.2 方案比选

为选出最优加固技术方案，下面主要从工程量、工程投资及现场施工难度三个角度对两种加固方案进行对比，两方案工程量及投资比较见表5。

表5 边坡加固方案工程量及投资比较表

从工程量及投资比较上分析，方案一和方案二工程量相差较大，且方案二比方案一投资节省47.47 万元。从现场施工难度来讲，方案一需对现状边坡按1:1.5 坡比削坡，且开挖工程量较大，而方案二仅对现状边坡作简单清坡即可，可减少不必要开挖工作。另外，两种加固方案的锚喷支护工作难度相当，且锚索施工孔径所需造孔设备相当，施工难度相同。综合分析，本次边坡加固技术方案采用方案二。

5 结语

因地质原因导致边坡塌方，需根据工程的实际情况，并综合分析处理后的稳定性、施工方案可行性、施工安全、工程费用及经济效益等因素，采用科学、合理、切实可行的处理方案。在边坡塌方加固时，做到合理投入资源、精心组织施工、科学管理、严格监控，做到零风险边坡塌方加固处理。