深厚覆盖层高边坡综合治理研究

深厚覆盖层高边坡综合治理研究

白少国，黄剑锋

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江，杭州，310002）

摘要：杭州市千岛湖配水工程进水口覆盖层自然边坡高约60m，开挖坡比1:0.75。本文采用边坡工程中常用的理正岩土软件和GEO-SLOPE，通过反演计算结合现场试验，选取较为合理的物理力学指标，对边坡稳定性进行分析。并通过比选计算，提出了“预应力锚索+锚筋桩/钢花管桩”的加固方案，并辅以防渗、降水及排水等措施进行综合治理。

关键词：覆盖层；边坡；稳定分析；锚索；锚筋桩；千岛湖配水工程

1 工程概况

杭州市第二水源千岛湖配水工程从千岛湖淳安县境内取水，进水口采用岸塔分离式分层取水结构，即分层取水结构与下游事故检修闸分开布置。进口分层取水结构长21.0m，宽19.7m，两孔一联布置，单侧孔口净宽为5.5m。两侧边墩采用砼重力墙的型式，宽度3.0m，中墩厚为2.7m，总宽19.7m。分层取水结构底高程为76.5m，闸顶高程115.8m

2 工程地质条件

进水口轴线位于山坳南部，山坡平缓，上世纪六、七十年代曾被开垦成梯田，现退耕还林，植被茂盛。

进水口一带覆盖层为第四系全新统崩坡积层（col-dlQ4）灰～灰黄色碎石土，夹块石，局部地段块石分布较为集中，块石直径一般为20cm～50cm，大者可达1m以上，原岩多为石英砂岩，底部有少量灰岩。覆盖层深厚，一般厚度为15m～25m，局部可达30m以上。渗透系数一般在1×10-3~8×10-2cm/s左右，透水性强。

边坡覆盖层以下为砂岩，薄~中层为主。边坡中~上部泥质砂岩、砂质泥岩软弱、破碎，局部挤压作用强烈，挤压软弱破碎带发育。

3 边坡工程地质问题

进水口边坡97.0m以下为岩体，采用直立开挖，底高程74.00m，深23m。97m平台以上为覆盖层，采取放坡开挖，因地形限制，后山边坡覆盖层开挖坡比仅为1：0.75，边坡高37m，在高程106.00m处设一级马道，宽2.0m。进水口边坡高陡，施工难度较大，且覆盖层较厚，土质边坡在外力作用下，易产生滑塌。

2017年5月份，进水口后边坡开挖至高程125m，最大高度11m，受连续降雨影响，进水口边坡发生两次小范围塌方，已初喷的边坡也出现了多次明显的裂缝。

施工期安全监测成果显示，边坡位移值持续变化中，边坡测点朝山体外部位移有增大趋势。实测最大位移速率为-3.92mm/d，大于预警值的50％，测点累计位移22.06mm；各测点累计沉降量介于5.22 mm~44.74 mm。总体上变形速率较大，且趋势不收敛，存在较大安全隐患。

为确保进水口边坡施工安全，终止沉降和滑移，施工顺利进行，同时，也是为了进水口结构运行期的安全，防治进水口区域发生山体滑坡地质灾害，需在原支护设计的基础上，进一步评估并采取一系列必要的工程措施以消除上述工程地质问题所带来的影响。

4 边坡综合治理方案

4.1 计算复核分析

根据边坡开挖时已局部滑坡，裂缝多处发展的现状情况，可认为施工期边坡整体抗滑稳定已达临界状态，安全系数K=1.00，根据边坡开挖时位移监测成果，选取三个典型断面地质参数进行反演，采用理正岩土软件和GEO-SLOPE分别进行边坡稳定分析计算，计算成果详见表1。

根据反演的地质参数，分别计算了采取“预应力锚索+锚筋桩/钢花管桩”加固，辅以防渗、降水及排水等措施综合治理后，典型断面最不利的施工期边坡稳定安全系数，计算边坡安全系数均大于1.25，满足规范要求。

表1                       进水口边坡地质参数反演成果表

4.2 锚索、锚筋桩控制

进水口边坡采用1900kN、1500kN预应力无粘结锚索结合锚筋桩加固，边坡按1:0.75坡比开挖。开挖边坡采用20cm厚C25砼喷护，内设φ8@15cm×15cm的钢筋网。喷砼表面采用C25F50钢筋砼框格梁护坡，框格梁断面尺寸80cm×80cm，水平向中心距4.0m，贴坡向中心距6.0m。在纵横向框格梁交叉部位布置预应力锚索及锚墩，即预应力锚索间排距为4.0m×6.0m，锚索进入稳定基岩面不少于10m；锚筋桩长度9.0m，间排距2.0m×2.0m。锚索、锚筋桩施工中重要几点技术控制要求：

（1）锚索定位。锚索施工前须做好锚索详细布置示意图，并标识清楚每个锚索的详细参数。

（2）锚索钻孔。实施过程中，因覆盖层局部较破碎，成孔困难，因此在钻进工艺上采取偏心跟管技术有效保护孔壁，φ168钢管，厚6mm，内径156mm，套管不拔出；对岩层整体较好，局部破碎地带采用定点灌浆固结后复打孔工艺成孔。

（3）锚索灌浆。本工程无粘结锚索孔的内锚固段和张拉段采用全孔一次性灌浆，因覆盖层较为破碎，相邻两孔内灌浆时存在串浆现象，施工中采取了分序跳打、间隙灌浆和反复屏浆法的方式予以解决，减小了串浆几率。

（4）锚索张拉。锚索张拉过程中，张拉荷载通过外锚墩和锚固段传递到松散体中，故对于松散层的加固，压缩徐变导致的预应力衰减则应引起关注。为减少锚索预应力的损失，可采取加大外锚墩尺寸、设置框格梁及采用小吨位锚索等方式解决。设计有应力计的锚索孔应最先张拉，全程监控张拉应力，张拉完成后根据检测频率检测张拉应力损失情况并记录，根据记录值优化张拉力和伸长值的关系，应力损失检测结果满足设计要求后进行其余孔张拉。张拉控制以拉力为主，辅以伸长值校核。

补偿张拉：张拉完毕锁定后，应注意检查应力损失需进行补偿张拉，其间隔时间不得少于72 h，松弛损失一般为锁定荷载的3％～4％。对于张拉力下降小于设计值时进行一次补偿张拉。如果锚索锁定后预应力低于设计张拉力的90％，必须补偿张拉。

（5）锚筋桩钻孔。锚筋桩因岩体破碎易塌孔，采用φ108（δ=4.5mm）钢花管跟管施工，管口设3根25锚筋长2.0m，布置在管口段坡面用于与钢筋网搭接。

（6）在深厚覆盖层中，锚索应避免单独设置，须与边坡喷锚、框格梁等加固措施综合设计，以防覆盖层局部受压后失稳。

4.3 降水、排水措施

边坡治理的关键首要在降水、排水。故为降低边坡水位，首先，在进水口后部134.00m高程平台布置10孔直径1.2m的降水深井，施工期采用移动式潜水泵抽排降水，以降低山体内地下水位。其次，在125.0m高程位置布置一排φ108（δ=4.5mm）排水钢花管，长度20.0m，间距4.0m，孔口方向倾斜向下5%布置，排水管按现场情况调整后排水效果显著。最后，120.20m高程马道以下边坡采用常规的φ7.5PVC排水花管，深度5.0m，间距3.0m×3.0m梅花形布置。

4.4 安全监测措施

为及时了解边坡变形性质、规律、动态，为工程预报险情，确保边坡安全及施工安全。有必要建立完善的监测体系。结合覆盖层边坡的地形、地质条件，工程施工期间，本工程的安全监测主要观测项目有：地表变形监测点22个，深层水平位移监测11个，锚索应力监测点16个，134.0m高程平台共设置5个深层水位管。经过长期监测分析，进水口边坡加固后逐步处于稳定状态。

5 总结

在该60米级深覆盖层施工场地边坡的加固处理中，采用“预应力锚索+锚筋桩/钢花管桩”加固，辅以降水及排水等措施是有效的。本文总结分析了在预应力锚索加固方案设计中如何确保预应力锚索锚固力、减少预应力损失及充分发挥群锚效应等问题，并对锚索造孔施工中的经验教训进行了总结，及时采取偏心跟管的钻孔施工工艺。结合实际地形条件，在坡顶平台设置深层降水井，马道以上边坡设置深层水平排水孔，马道以下边坡采取系统边坡排水孔，进而形成综合立体降水系统，降水效果明显。

通过预应力锚索在本工程场地加固中的成功应用，表明了采用预应力锚索加固深覆盖层陡边坡的方式是可行的，且在节约工期和投资上效果显著，为同类工程的设计和施工提供了宝贵的经验。

参考文献(References)

[1]  国家能源局, 水电水利工程预应力锚索施工规范：DLT 5083-2010[S].中国电力出版社,2011.

[2] 水利部水利水电规划设计总院. 黄河勘测规划设计有限公水利水电公司,工程边坡设计规范：SL386-2007[S]