论文部分内容阅读
【摘 要】 水库边坡加固处理可以增加边坡的稳定性，是消除水库安全隐患、提高水库安全性的重要措施。本文结合某水库工程实例对水库边坡加固处理的具体应用进行探讨，为其他同类工程提供借鉴。
【关键词】 水库；边坡；滑坡；加固
边坡工程的稳定性对水库的质量和使用寿命有非常大的影响，随着使用时间的不断增加，水库边坡不断受到地质条件的影响，会出现边坡滑坡等现象，严重影响了水库的稳定性和安全性。由此，需要对水库边坡进行加固处理。在加固的过程中，首先需要对水库边坡的地质条件进行分析，然后根据其地质条件制定科学合理的边坡加固方案。在选取方案时，要在保证施工质量的前提下，尽可能选择资金投入少的方案。
1 工程概况
某电站水库总库容3620×104m3，日调节库容260万m3，是一个以发电为主，兼顾农业灌溉的小型水电工程，采用河床式厂房布置形式。电站正常蓄水位193.00m，电站装机容量9600kW。
该滑坡位于上游约80m处，河段内河道弯曲。由于河流下切，原始岸坡为20°～40°，岸坡较陡。洪水时，由于水流在这里减缓，河床及岸坡多沉积冲积物，形成沙心滩及岸坡冲积层。该桩段顶部高程198.4m。2011年发现该桩段堤岸路发生纵向宽30cm、深4～40cm的开裂，亲水平台有3条宽10～15cm的纵向裂缝，亲水平台基本不下沉，仅是局部错动外移0.4～3cm；修建的草皮护坡岸坡有1条斜向从亲水平台至堤顶平台的开裂错动缝，宽3～30cm，深2～30cm，青石栏杆弧线下沉部分拉裂断。经2011年11月～2012年2月连续观测，护岸护坡及江滨路沉陷开裂有一定发展变化，岸坡稳定；2012年3月～2012年8月连续观测，该沉陷开裂趋向稳定。2012年11月上游大桥维修施工时下游电站水库放水至187.00m高程，水位骤降6m，该桩护岸护坡开裂加剧，开裂错动缝宽30～50cm，深50～100cm，青石栏杆弧线下沉部分拉裂断，滑坡前缘位于水位以下，滑坡剪切面尚未贯通，剪切变形尚在不断发展过程中。
2 滑坡的地质成因
此次滑坡地质层发育于第四系河流冲积粉质黏土层中，包括土质滑坡、滑坡体、滑床及滑动带。滑坡前缘位于库水位以下，属库岸滑坡，滑塌体积约18000m3。因各种原因，防洪堤是在原坡面修坡后按1∶2.5坡比回填土石碴。根据物质组成和岩性特征，滑坡体自上而下共分二层：上部为填土，底部为残积硬塑粉质黏土（第④层）或强～弱风化炭质页岩（第⑤、⑥层），岩层产状倾向为230°，倾角为26°，倾向岸坡。由于岩土层的软硬结合，第②层冲积可塑粉质黏土与下部第④层残积硬塑粉质黏土及第⑤、⑥层强～中风化炭质页岩形成天然的结构面。施工时对上部填土的碾压振动及不停地蓄、放水位，使接触带的土层结构发生了改变，为滑动面的形成提供了条件。另外，由于新建河堤，岸坡原有的竹林全部被砍伐，改变了岸坡原有的植被状态。
冲积可塑粉质黏土层结构复杂，局部颗粒较粗，达到粉土、粉砂级，施工时水电站不停地蓄、放水，库水位骤降，岸坡产生动水压力，造成下部粉质黏土层（夹粉土、粉砂）发生液化，降低了滑体土的抗剪强度，这是滑坡形成的主要原因。受大型机械运载材料时往返碾压振动（施工重车荷载）影响，下部粉质黏土层（夹粉土、粉砂）发生液化，降低了滑体土的抗剪强度，加速了滑坡的形成。
3 边坡加固处理设计
3.1边坡加固处理工程措施
a.消除或减轻水的危害，防止库水对滑坡体坡脚的冲刷。在滑坡体前缘抛石、铺设石笼以使坡脚的土体免受库水冲刷。
b.改变滑坡体外形，设置抗滑建筑物。对于因失去支撑而发生滑坡或使滑坡床变陡的情况，可采用修建支挡工程（抗滑桩、抗滑挡墙）的办法，增加滑坡的重力平衡条件，使滑体迅速恢复稳定。对推动式滑坡或由于错落转化而成的滑坡，因其具有直陡下缓的滑动面，对后部主滑段的发展起着决定性的作用，可采用在主滑段减重的措施，减少滑坡推力。在滑体或滑带土具有卸载膨胀开裂特性的情况下，不宜采用减重措施。
3.2边坡加固处理方案比选
根据该工程段的沉陷开裂特点及现状，结合边坡加固处理的工程实践经验和规范要求，选择两个边坡加固处理方案进行比选。
a.抛填块石护脚+C15埋石混凝土垫座+M7.5浆砌石重力式挡土墙加固方案：将沉陷开裂滑体卸载，岸坡脚抛填块石，亲水平台内侧7m处修筑重力式挡土墙，挡墙基础设置埋石混凝土垫座方案。该方案将已开裂不稳定的已建污水管、护坡、青石栏杆拆除，新建埋石混凝土垫座+重力式挡土墙，垫座基础置于稳定岩石基面上，重建污水管、护坡、青石栏杆和已遭受破坏的抢险路面等。
b.抗滑桩加固方案：设置两排圆截面直径1.5m的C15钢筋混凝土抗滑（孔）桩（人工开挖孔桩），每排孔桩的桩孔间距为4.0m，每根孔桩长度均为18m，其中土层9m，深入基岩9m。第1排孔桩布置于防洪护岸抢险道路（江滨路）青石栏杆外边的平台，桩顶高程持平，为198.40m。第2排孔桩为贴亲水平台浆砌石挡墙外侧布置，桩顶高程齐平亲水平台顶，为194.53m。抗滑（孔）桩桩基岩性主要为灰黑色页岩及泥灰岩，拆除已开裂破坏的污水管、护坡、青石栏及抢险道路，并重建。
通过比较两个方案，在工程布置、施工条件及工期、运行管理、工程投资费用进行综合比较，方案a远优于方案b，因此选择方案a为加固处理方案。
3.3加固后边坡稳定计算
3.3.1稳定与应力计算
3.3.1.1计算假定
a.挡墙顶195.65m高程至抢险道路路面高程198.40m（厚度2.75m），按均匀土层作用于挡土墙，活荷载按10kN/m2计，则挡墙内土层顶按梯形分布荷载最大值为q=72.7kN/m2。
b.挡土墙排水系统是有效的。 c.使用朗肯土压力理论计算主动土压力值。
d.不考虑地震荷载（工程区地震动峰值加速度小于0.05g，地震基本烈度小于Ⅵ度）和风浪荷载对挡土墙的作用。
3.3.1.2荷载组合
本工程中假定正常运用条件和非常运用条件下两种情况进行组合。对正常运用条件和非常运用条件下的荷载组合，对该护岸挡土墙抗滑、抗倾稳定计算和墙底基础压应力计算，分别采用堤防工程设计规范（GB50286—98）中公式进行。抗滑桩稳定计算主要依据水利水电工程边坡设计规范（SL386—2007）。
计算工况和计算条件见表1。该边坡距下游水电站坝首约7km（不考虑水库下游水位及其经常性降落），滑坡前缘部分受水电站库水浸泡，属临水滑坡。
3.3.2计算成果分析
加固处理后稳定计算成果如表2所示。
上述4种计算工况的控制工况为表1中工况2，由表2可知加固后边坡稳定计算满足设计安全要求。
表1 计算条件和计算工况
表2 边坡稳定计算成果
说明：混凝土与基面摩擦系数f=0.50，填土容重γt=19kN/m3，土饱和容重γ=10.8kN/m3，混凝土容重γ=24kN/m3，4级堤防正常运用条件[K]=1.10，[Kc]=1.45；非正常运用条件[K]=1.05，[Kc]=1.35
4 结论
a.本边坡加固处理后经受两个洪水期多场洪水的考验，加固处理方案可行。
b.卸掉斜坡已滑动坡体荷载后，采用抛填块石护脚，亲水平台内侧7m处修筑重力式挡土墙，挡墙基础设置埋石混凝土垫座方案，安全经济可靠，是中小型水库库区边坡加固处理较常用的方法。
c.水库水位骤降对库区边坡影响很大，易发生塌岸及滑坡，建议水库运行调度尽可能地避免骤降情况。
d.库区岸坡修建防洪堤或防洪护岸时，应尽可能不破坏原岸坡植被，防止岸坡失去支撑减少了抗滑力而产生滑坡。
参考文献：
[1]杨志法，张路青，祝介旺.可用于边坡治理的6项新技术[J].高科技与产业化.2012（Z1）.
[2]吴继强；浅谈水利工程中边坡加固处理措施[J].水利工程，2013（3）.
[3]何艳华，翟志勇，翟广飞.港口湾水库溢洪道边坡稳定性分析[J].西部探矿工程，2006（03）.
【关键词】 水库；边坡；滑坡；加固
边坡工程的稳定性对水库的质量和使用寿命有非常大的影响，随着使用时间的不断增加，水库边坡不断受到地质条件的影响，会出现边坡滑坡等现象，严重影响了水库的稳定性和安全性。由此，需要对水库边坡进行加固处理。在加固的过程中，首先需要对水库边坡的地质条件进行分析，然后根据其地质条件制定科学合理的边坡加固方案。在选取方案时，要在保证施工质量的前提下，尽可能选择资金投入少的方案。
1 工程概况
某电站水库总库容3620×104m3，日调节库容260万m3，是一个以发电为主，兼顾农业灌溉的小型水电工程，采用河床式厂房布置形式。电站正常蓄水位193.00m，电站装机容量9600kW。
该滑坡位于上游约80m处，河段内河道弯曲。由于河流下切，原始岸坡为20°～40°，岸坡较陡。洪水时，由于水流在这里减缓，河床及岸坡多沉积冲积物，形成沙心滩及岸坡冲积层。该桩段顶部高程198.4m。2011年发现该桩段堤岸路发生纵向宽30cm、深4～40cm的开裂，亲水平台有3条宽10～15cm的纵向裂缝，亲水平台基本不下沉，仅是局部错动外移0.4～3cm；修建的草皮护坡岸坡有1条斜向从亲水平台至堤顶平台的开裂错动缝，宽3～30cm，深2～30cm，青石栏杆弧线下沉部分拉裂断。经2011年11月～2012年2月连续观测，护岸护坡及江滨路沉陷开裂有一定发展变化，岸坡稳定；2012年3月～2012年8月连续观测，该沉陷开裂趋向稳定。2012年11月上游大桥维修施工时下游电站水库放水至187.00m高程，水位骤降6m，该桩护岸护坡开裂加剧，开裂错动缝宽30～50cm，深50～100cm，青石栏杆弧线下沉部分拉裂断，滑坡前缘位于水位以下，滑坡剪切面尚未贯通，剪切变形尚在不断发展过程中。
2 滑坡的地质成因
此次滑坡地质层发育于第四系河流冲积粉质黏土层中，包括土质滑坡、滑坡体、滑床及滑动带。滑坡前缘位于库水位以下，属库岸滑坡，滑塌体积约18000m3。因各种原因，防洪堤是在原坡面修坡后按1∶2.5坡比回填土石碴。根据物质组成和岩性特征，滑坡体自上而下共分二层：上部为填土，底部为残积硬塑粉质黏土（第④层）或强～弱风化炭质页岩（第⑤、⑥层），岩层产状倾向为230°，倾角为26°，倾向岸坡。由于岩土层的软硬结合，第②层冲积可塑粉质黏土与下部第④层残积硬塑粉质黏土及第⑤、⑥层强～中风化炭质页岩形成天然的结构面。施工时对上部填土的碾压振动及不停地蓄、放水位，使接触带的土层结构发生了改变，为滑动面的形成提供了条件。另外，由于新建河堤，岸坡原有的竹林全部被砍伐，改变了岸坡原有的植被状态。
冲积可塑粉质黏土层结构复杂，局部颗粒较粗，达到粉土、粉砂级，施工时水电站不停地蓄、放水，库水位骤降，岸坡产生动水压力，造成下部粉质黏土层（夹粉土、粉砂）发生液化，降低了滑体土的抗剪强度，这是滑坡形成的主要原因。受大型机械运载材料时往返碾压振动（施工重车荷载）影响，下部粉质黏土层（夹粉土、粉砂）发生液化，降低了滑体土的抗剪强度，加速了滑坡的形成。
3 边坡加固处理设计
3.1边坡加固处理工程措施
a.消除或减轻水的危害，防止库水对滑坡体坡脚的冲刷。在滑坡体前缘抛石、铺设石笼以使坡脚的土体免受库水冲刷。
b.改变滑坡体外形，设置抗滑建筑物。对于因失去支撑而发生滑坡或使滑坡床变陡的情况，可采用修建支挡工程（抗滑桩、抗滑挡墙）的办法，增加滑坡的重力平衡条件，使滑体迅速恢复稳定。对推动式滑坡或由于错落转化而成的滑坡，因其具有直陡下缓的滑动面，对后部主滑段的发展起着决定性的作用，可采用在主滑段减重的措施，减少滑坡推力。在滑体或滑带土具有卸载膨胀开裂特性的情况下，不宜采用减重措施。
3.2边坡加固处理方案比选
根据该工程段的沉陷开裂特点及现状，结合边坡加固处理的工程实践经验和规范要求，选择两个边坡加固处理方案进行比选。
a.抛填块石护脚+C15埋石混凝土垫座+M7.5浆砌石重力式挡土墙加固方案：将沉陷开裂滑体卸载，岸坡脚抛填块石，亲水平台内侧7m处修筑重力式挡土墙，挡墙基础设置埋石混凝土垫座方案。该方案将已开裂不稳定的已建污水管、护坡、青石栏杆拆除，新建埋石混凝土垫座+重力式挡土墙，垫座基础置于稳定岩石基面上，重建污水管、护坡、青石栏杆和已遭受破坏的抢险路面等。
b.抗滑桩加固方案：设置两排圆截面直径1.5m的C15钢筋混凝土抗滑（孔）桩（人工开挖孔桩），每排孔桩的桩孔间距为4.0m，每根孔桩长度均为18m，其中土层9m，深入基岩9m。第1排孔桩布置于防洪护岸抢险道路（江滨路）青石栏杆外边的平台，桩顶高程持平，为198.40m。第2排孔桩为贴亲水平台浆砌石挡墙外侧布置，桩顶高程齐平亲水平台顶，为194.53m。抗滑（孔）桩桩基岩性主要为灰黑色页岩及泥灰岩，拆除已开裂破坏的污水管、护坡、青石栏及抢险道路，并重建。
通过比较两个方案，在工程布置、施工条件及工期、运行管理、工程投资费用进行综合比较，方案a远优于方案b，因此选择方案a为加固处理方案。
3.3加固后边坡稳定计算
3.3.1稳定与应力计算
3.3.1.1计算假定
a.挡墙顶195.65m高程至抢险道路路面高程198.40m（厚度2.75m），按均匀土层作用于挡土墙，活荷载按10kN/m2计，则挡墙内土层顶按梯形分布荷载最大值为q=72.7kN/m2。
b.挡土墙排水系统是有效的。 c.使用朗肯土压力理论计算主动土压力值。
d.不考虑地震荷载（工程区地震动峰值加速度小于0.05g，地震基本烈度小于Ⅵ度）和风浪荷载对挡土墙的作用。
3.3.1.2荷载组合
本工程中假定正常运用条件和非常运用条件下两种情况进行组合。对正常运用条件和非常运用条件下的荷载组合，对该护岸挡土墙抗滑、抗倾稳定计算和墙底基础压应力计算，分别采用堤防工程设计规范（GB50286—98）中公式进行。抗滑桩稳定计算主要依据水利水电工程边坡设计规范（SL386—2007）。
计算工况和计算条件见表1。该边坡距下游水电站坝首约7km（不考虑水库下游水位及其经常性降落），滑坡前缘部分受水电站库水浸泡，属临水滑坡。
3.3.2计算成果分析
加固处理后稳定计算成果如表2所示。
上述4种计算工况的控制工况为表1中工况2，由表2可知加固后边坡稳定计算满足设计安全要求。
表1 计算条件和计算工况
表2 边坡稳定计算成果
说明：混凝土与基面摩擦系数f=0.50，填土容重γt=19kN/m3，土饱和容重γ=10.8kN/m3，混凝土容重γ=24kN/m3，4级堤防正常运用条件[K]=1.10，[Kc]=1.45；非正常运用条件[K]=1.05，[Kc]=1.35
4 结论
a.本边坡加固处理后经受两个洪水期多场洪水的考验，加固处理方案可行。
b.卸掉斜坡已滑动坡体荷载后，采用抛填块石护脚，亲水平台内侧7m处修筑重力式挡土墙，挡墙基础设置埋石混凝土垫座方案，安全经济可靠，是中小型水库库区边坡加固处理较常用的方法。
c.水库水位骤降对库区边坡影响很大，易发生塌岸及滑坡，建议水库运行调度尽可能地避免骤降情况。
d.库区岸坡修建防洪堤或防洪护岸时，应尽可能不破坏原岸坡植被，防止岸坡失去支撑减少了抗滑力而产生滑坡。
参考文献：
[1]杨志法，张路青，祝介旺.可用于边坡治理的6项新技术[J].高科技与产业化.2012（Z1）.
[2]吴继强；浅谈水利工程中边坡加固处理措施[J].水利工程，2013（3）.
[3]何艳华，翟志勇，翟广飞.港口湾水库溢洪道边坡稳定性分析[J].西部探矿工程，2006（03）.