談水利工程高邊坡勘察設計質量控制

摘要：高邊坡失穩問題是水利工程建設中的常見問題之一，一旦出現高邊坡失穩，那么水利工程的建設質量及施工安全均會受到影響。本文圍繞高邊坡失穩情況出現的原因，提出高邊坡失穩防治的相關建議，并對水利工程高邊坡勘察設計質量控制進行分析。

關鍵詞：水利工程；高邊坡；勘察設計；質量控制

１高邊坡失穩情況及原因

１）地質勘察報告結論與水利工程建設施工現場的實際地質情況存在較大差異，進而導致邊坡設計方案不滿足現場施工需求。在進行邊坡開挖施工時發現，開挖開口線處巖體的巖層產狀與勘探報告結論有較大出入，若施工方按原來的施工方案進行開挖，那么極有可能形成開挖切腳，導致邊坡失穩，邊坡的穩定性得不到保障。故地質勘察報告的質量會受到水利工程建設場區復雜地質情況、勘察設計時間安排及勘察操作水平等因素的影響［１］。２）邊坡設計不合理，造成邊坡的支擋、截水、排水等治理措施存在問題，從而埋下了安全隱患，增加了邊坡失穩的概率。如設計人員在進行邊坡設計時，邊坡分段錨索設計布設的數量計算不精準，造成局部邊坡未錨固，降雨等滲入邊坡，坡體產生裂縫的概率大大增加，邊坡的整體穩定性將會受到影響。３）邊坡穩定性復核不到位。設計人員根據水利工程的實際情況進行相關部位邊坡設計時，沒有嚴格按照規范要求的復核方法對邊坡穩定和變形分析的計算數據、設計參數及安全系數等進行復核。如某水利工程大壩基礎開挖施工時，發現右岸拱槽開口線上游面邊坡存在滑坡現象。調查分析原因為：①設計人員在勘察時未能做好壩區的節理裂隙統計工作；②在設計過程中沒有認真分析、復核計算發育裂隙、地形地貌及巖層產狀組合等形成的不利結構面對右岸邊坡穩定性的影響。由此增加了工程的安全隱患，造成工程工期延長，投資增加。

２邊坡失穩防治措施及建議

２．１混凝土擋墻方案

該方案的主要工作原理是通過混凝土擋墻結構來阻擋巖體的下滑，從而實現對高邊坡失穩的防治。某水利工程大壩具體工況如下：左岸基巖裸露，岸坡整體較陡，岸坡性質為頁巖夾砂巖的巖質邊坡。電站廠房布置于壩后左岸坡腳，針對電站廠房左側的砂頁巖邊坡，選擇開挖卸荷與混凝土擋土墻相互配合的方式處理，邊坡開挖按１∶１．２５的坡比進行放坡，每隔１０ｍ高程設一個寬度為２ｍ的馬道，并在馬道上設置排水溝與混凝土擋墻，混凝土擋墻的高度為２ｍ，確保混凝土擋墻的澆筑質量，充分利用擋墻的自重及穩定性來進行邊坡壓腳及攔截沿邊坡下滑的崩塌塊石。

２．２削坡＋掛網＋噴錨綜合支護方案

該方案的主要工作原理是提高邊坡整體結構的穩定性，需要應用到混凝土、鋼筋網、金屬錨桿等材料，并使其聯合發揮作用。某水利工程大壩具體工況如下：壩型為面板堆石壩，最大壩高７１．０ｍ，壩址區出露地層巖性為石炭系下統大塘組舊司段的頁巖夾砂巖，巖層傾左岸，傾角約５０°，壩區河谷為走向谷；溢洪道布置于右岸，基礎開挖至設計高程后，溢洪道右側存在高陡順向邊坡且高邊坡穩定性差，受重力及風化作用的影響，易發生沿層面滑塌的可能。針對該水利工程的實際情況，結合該巖性組合的特性，選擇用穩定削坡及護坡的處理方式，遵循“少挖少鉆爆、隨挖隨護”的原則施工，在完成開挖作業后及時噴射混凝土進行預處理封閉，選擇標號為Ｃ２５的混凝土，噴射厚度５ｍｍ；接著對預處理坡面進行掛網，選擇直徑為８ｍｍ的掛網鋼筋，將間排距控制在２００ｍｍ；再噴射標號為Ｃ２５的混凝土，噴射厚度１００ｍｍ，最后設置自鉆式錨桿，控制錨桿長度、入巖角度及深度，分別將其控制在５．１ｍ和５．０ｍ，進行永久支護，保證錨桿與鋼筋網的連接質量。

２．３預應力錨固方案

該方案主要針對的是施工開挖后不穩定的邊坡，其工作原理是通過拉緊錨栓的預應力來控制存在滑動隱患的巖體，防止邊坡失穩［２］。某水利工程大壩具體工況如下：壩型為碾壓混凝土雙曲拱壩，最大壩高５０．０ｍ，壩區出露地層巖性為寒武系中統都柳江組底部的灰黑色含炭含鐵硅質泥巖，巖層傾左岸，傾角３１°～４６°，壩區河谷整體為不對稱的“Ｖ”型走向河谷。兩岸基巖多裸露，左岸為逆向邊坡，右岸為順向邊坡，右岸邊坡高達５００ｍ。針對基坑開挖右岸拱槽開口線上游面邊坡存在滑坡現象的實際情況，先開展表層清理工作，保證不穩定體上方干凈便于施工，選擇１００ｔ級、３５ｍ和４０ｍ長的預應力錨索進行作業，數量約為５５０束為宜，以錯落相間的方式布置預應力錨索，將錨索的間距控制在５ｍ×５ｍ。對不穩定的邊坡進行錨索加固，防止不穩定巖體進一步滑動。

２．４混凝土洞塞方案

該方案的主要對象為受到斷層影響的壩址，壩區地層受斷層錯動影響，壩址巖體不連續，穩定性較差。某水利工程大壩具體工況如下：壩型為碾壓混凝土折線重力壩，最大壩高４８．７ｍ，壩區出露地層為三疊系下統羅樓組，巖性上部為薄層泥灰巖，中部為紫紅色鈣質泥巖，下部為薄層灰巖夾頁巖，巖層傾下游偏左岸，傾角１０°～２０°，壩區河谷整體為不對稱的“Ｖ”型橫向河谷。斷層切割左岸鈣質泥巖與薄層灰巖夾頁巖，造成左岸鈣質泥巖出露部位較破碎，為了確保重力壩基礎不發生不均勻沉降而引起后緣邊坡失穩及后期大壩主體結構的運行安全，選擇混凝土洞塞進行施工。在施工過程中，確保混凝土洞塞深度滿足相關規范要求的前提下，保證洞塞高度與鈣質泥巖的厚度相一致，設置砂漿錨桿，完成固結灌漿作業。

２．５排水防滲措施

為了確保邊坡排水通暢，在水利工程建設時常在施工開挖線外的坡面設置排水溝，在開挖面設置排水孔，從而控制基巖滲水壓力對邊坡的破壞影響。如某水利工程在大壩基坑開挖時，在死水位以上的開挖面，根據具體情況設置數量及深度恰當的排水孔，排水孔傾向坡外１０°，合理控制排水孔的孔深、孔徑及分布情況。

３高邊坡勘察設計質量控制

３．１地表地質調查

地表地質調查是高邊坡勘察設計工作中最重要的工作之一［３］，要想充分掌握邊坡的巖土結構及性質，野外地表地質調查時須確保完成以下調查內容。１）根據邊坡地貌特征對邊坡進行合理分段，實測不同分段的山坡走向和坡高等數據，做好坡體環境調查。若邊坡為臨河或臨溝谷邊坡，應查明河流和溝谷的分布密度、切割深度，坡體的歷史穩定性情況。２）查明邊坡的巖土結構。判斷是否存在類均質體結構和近水平層狀結構等特殊地質結構，明確這些特殊地質結構的分布情況，綜合分析這些特殊地質結構與施工開挖面的關系，選擇最佳的施工季節和施工順序。３）查明邊坡的巖土性質。查明邊坡巖體是否存在軟弱夾層或不利結構面，若邊坡存在軟弱夾層或不利結構面，須確定軟弱夾層分布高程、性質及不利結構面的發育情況，綜合分析軟弱夾層或不利結構面與開挖作業面的關系，最后確定邊坡開挖的形式和高度，確保邊坡開挖方案的合理性，如圖１所示。

３．２勘探方式

高邊坡勘探最根本的目的是查明邊坡的綜合地質情況，特別是邊坡的巖土結構及性質。針對不同的邊坡進行勘探時均要遵循基本的勘探流程。邊坡勘探的基本流程如下。１）根據邊坡地貌特征將高邊坡進行合理分段，分段距離為３０ｃｍ，選擇其中具有代表性的勘探斷面進行勘探，并優先選擇存在滑坡等不良物理地質現象的勘探斷面，將其設置為主軸典型勘探斷面，每個勘探斷面上的勘探點數量≥３個。２）根據邊坡現場實際情況，邊坡勘探一般采用鉆孔方式，并結合坑槽探及物探手段輔助完成。若邊坡的坡高較高，坡度較陡，穩定性較差，則需采用地面與深孔位移監測相互結合的勘探方式來查明高邊坡的實際情況，如圖２所示。３）在進行高邊坡的勘探時，需對高邊坡巖土結構中的主要巖體取樣進行常規試驗及抗剪斷試驗，確保對高邊坡的穩定復核計算；并對高邊坡影響范圍內的地下水取樣進行化學分析，確保地下水對鋼筋、混凝土等的影響在規范允許范圍內。

３．３高邊坡的穩定性評價

高邊坡的穩定性評價除按高邊坡相關規范的規定及強制性條文的要求外，還需以現場的勘探結果作為參考進行評價。根據高邊坡的穩定性情況可將其劃分為以下４類。１）穩定型邊坡：邊坡穩定系數≥１．２，坡形和坡率達到了巖土體的強度標準，無潛在影響因素。２）基本穩定型邊坡：邊坡穩定系數在１．１～１．２，坡形和坡率基本達到了巖土體的強度標準，存在淺表層剝落及風化崩塌等潛在影響邊坡穩定性的因素。３）欠穩定型邊坡：邊坡穩定系數在１．０～１．１，局部邊坡有失穩情況，存在較多影響邊坡穩定性的因素。４）不穩定型邊坡：邊坡穩定系數＜１．０，開挖施工后邊坡失穩嚴重。

３．４高邊坡的設計

根據不同邊坡高度來開展邊坡的設計工作。當邊坡高度＜４０ｍ時要將穩定坡率放在首位；而當邊坡高度≥４０ｍ時要控制坡率，防止因為邊坡放緩而產生大量的土石方開挖，同時對邊坡上的植被造成破壞；因而在針對這類坡度及坡率都較高的邊坡，可以選擇支擋加固的方式來提升邊坡的穩定性。

４結束語

在水利工程建設中，做好高邊坡勘察設計工作的重要性不言而喻。因而，在實際勘探過程中要做好設計和復核，動態調整不恰當的地方，提升勘探設計質量，從而保證高邊坡的穩定性。

參考文獻：

［１］謝良冬．水利水電工程施工中的高邊坡加固技術分析［Ｊ］．工程建設與設計，２０１９，６７（１８）：２０１－２０２．

［２］劉宏偉．水利水電工程高邊坡的加固與治理［Ｊ］．黑龍江科技信息，２０１７，２１（１６）：２２２．

［３］霍力．高邊坡勘察設計問題及其建議［Ｊ］．低碳世界，２０１８，８（８）：６５－６６．