丹水出口段右岸潘家堂变形体边坡稳定分析及加固治理

2019-06-28王彩虹翁朝晖覃莲超卢少为

水电与新能源 2019年6期

王彩虹，翁朝晖，覃莲超，卢少为

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉 430064)

边坡是在复杂的地质应力作用下形成，又在各种因素作用下变化发展。因此，影响边坡稳定性的因素非常复杂。为便于分析，将岩质边坡破坏的原因归纳起来可分为以下3种，人为因素、地形自身的影响和外界环境的影响[1]。人为因素主要是指人类活动的影响，地形自身因素包括地下水、地质构造、坡体结构和地层岩性等，外界环境的影响包括雨水侵蚀、地震等因素。丹水出口段右岸潘家堂岸坡变形体主要由断层破碎带及断影响碎裂状岩体组成，破坏的主要原因是受岩层风化和断层破碎带的影响，岩体的抗剪强度减小，从而导致边坡失稳。本文针对潘家堂变形体边坡破坏现状，通过坡顶削坡减载减小坡体下滑力，空心花管高压注浆加固以增加边坡岩体抗剪强度、合理设计排水设施等几方面措施增加边坡的抗滑稳定性；并通过HH-slope软件计算对加固治理后的边坡抗滑稳定性进行计算分析，结果满足规范要求。

1 潘家堂变形体的治理

1.1 工程概况

潘家堂变形体位于湖北省长阳县丹水出口段右岸处，潘家堂桥下游，距离潘家堂桥头约60 m处，对应河道桩号K0+240～K0+300 m；潘家堂变形体边坡坡高36 m，变形体前缘已经发生冲刷、变形垮塌，垮塌部位高程79.0～94.0 m，体积约200 m3。地表裂缝连续，喷护混凝土破裂严重，经坡面探槽揭示，喷护混凝土整体脱空向下错落，变形范围前缘高程79 m，后缘顶部高程104 m，总体坡度约43°，厚度一般4～6 m，投影面积约900 m2，体积约4 000 m3。现场照片见图1。

图1 右岸潘家堂变形体现状照片

1.2 地质岩性与结构

潘家堂岸坡变形区坡底高程77.6 m，坡顶高程105～114 m，坡高28～37 m，平均坡角约52°，高程90 m马道以下砼护坡角45o，以上主要为喷护砼坡。变形体呈圈椅状，底部至78.5 m高程，顶部至103 m高程，94 m高程以下发生塌方破坏。基岩为寒武系下统水井沱组炭质灰岩夹炭质页岩，其中桩号K0+250～0+265 m为断层破碎带岩体。主要发育有F1、Tf1、F4三条断层，碎裂岩、断层充填，性状较差。

变形区岸坡坡顶为少量第四系，坡顶第四系厚度1.0～2.0 m，岸坡总体为视顺向坡结构，视倾角6°～8°，岸坡主要为断层破碎带及断层影响碎裂状岩体组成。断层在岸坡交汇发育，F1与Tf1之间断层影响破碎带宽约5.0～15.0 m，现场及钻孔揭示F1断层下盘砂质页影响带岩体及其破碎，部分呈碎屑夹泥特征。部分岸坡已经发生塌方破坏，103.0 m高程以下喷护砼已经整体拉裂脱空，钻孔录像揭示岸坡岩体有软硬相间岩体组成，较破碎，钻孔声波值2 500～4 500 m/s，受断层F1、Tf1影响明显，岸坡稳定性差；岸坡由断层破碎带岩体构成，岩体强度低，渠底前缘在渠道过水冲刷掏蚀影响下，逐步扩展发生较大范围的脱坡变形破坏。地勘平面及断面图见图2～图3。

1.3 工程设计

本次潘家堂变形体加固治理主要从坡顶削坡减载、空心花管高压注浆、坡面锚喷支护、坡脚设置地梁支撑及增设排水管等几方面来增加岸坡的抗滑稳定性[2]。具体工程措施如下：

先对潘家堂变形体上部护坡进行削坡处理，上面四级边坡马道高程分别在110.20、102.70、95.20、90.00 m，坡度分别为1∶1.5、1∶1、1∶1、1∶1。马道内侧设0.3 m×0.3 m排水沟，坡顶设截水沟。然后，对岸坡下最后一级边坡进行削坡处理后，在边坡上部设间排距为2 m，长度15 m(需贯穿F1断层)，直径108 mm的梅花形空心花管并进行高压注浆处理；边坡下部设间排距为2 m，长度5 m，直径57 mm的梅花形空心花管，并进行高压注浆；待各级削坡处理完成后，再进行C25钢筋混凝土挡墙砌筑，空心花管焊接直径25 mm钢筋与C25钢筋混凝土挡墙外层钢筋网连接。并在渠道钢筋混凝土底板下层设置地梁，地梁坡脚处设连续挡墙，挡墙墙背竖直，高2 m，底板高程处宽2 m。已垮塌部分钢筋混凝土挡墙挡墙顶宽2 m，未垮塌部分挡墙顶宽1 m，底面设置8°仰角。此外，每一层边坡设间排距2 m，长度3 m，直径25 mm的梅花形布置系统锚杆，并设间排距3 m，直径100 mm的梅花形布置的排水孔。坡面进行挂网喷锚支护，挂网钢筋直径6 mm，间排距20 cm，喷C20混凝土厚度10 cm。典型断面设计图见图4、图5。

图2 丹水出口段右岸潘家堂变形体地质平面图

图3 右岸潘家堂变形体地质剖面图1(1-1断面)

图4 潘家堂变形体设计断面图

图5 支护与排水典型断面图

1.4 边坡稳定性分析

1.4.1 典型剖面的选取与计算方法

丹水出口段右岸潘家堂岸坡变形体主要是强风化页岩、断层带或断层影响带，其具有岩体强度低、裂隙发育、岩体破碎，滑动面呈圆弧形的特征，按照规范要求抗滑稳定分析采用毕肖普法[3]，计算采用HH-SLOPE软件分别对现状潘家堂变形体和加固后的变形体进行边坡抗滑稳定性计算分析，选取滑坡处地质剖面1-1作为典型断面作为计算断面。

1.4.2 岩土体物理力学参数的取值

考虑到断层影响带岩石破碎，加上蠕变比较严重，在进行削坡等工程施工时，可能会造成边坡失稳，安全隐患比较严重。故在工程施工前首先对断层破碎带进行高压注浆处理，以增加岩体之间的粘聚力，提高边坡的稳定性。通过水泥浆体在断层破碎带中的有效扩散及化学反应后，凝固的浆体在断层破碎带中形成骨架，通过一定的化学反应改变断层破碎带的物理成分和结构特性，可有效减小断层破碎带遇水软化，且可使断层破碎带的结构更加致密，使断层破碎带整体结构和抗剪强度指标得到加强。同时在压力作用下浆体可在断层破碎带中劈裂，形成原充填物与浆体的互层，使断层破碎带经过挤密、脱水和压实，整体性质得到改善。经过注浆后，滑动带岩土体物理力学性质有明显改善，各种物理力学指标都有较大提高[4-6]。因此，本文水泥高压注浆处理后断层破碎带的内摩擦角基本保持不变，粘聚力C可提高到30 kPa。相关地层参数详见表1。

表1 丹水出口段右岸潘家堂岸坡岩体物理力学参数设计值

1.4.3 计算工况

根据工作状况、作用力出现的几率和持续时间的长短及相关规范，分别计算了正常蓄水位(渠水位高80 m)、设计洪水位(渠水位高90 m)、水位骤降(90 m骤降至87 m，87 m骤降至84 m，84 m骤降至81 m，83 m骤降至80 m)、校核洪水位(渠水位高92 m)共4工况进行相应计算分析。

1.4.4 计算结果

1)模型验证。为了验证计算参数和计算方法的正确性，首先对原始状态进行分析，典型计算断面(1-1剖面)在正常蓄水位工况下的滑动模式见图6，计算搜索出的滑动区域与实际地质勘测发现的变形体域基本一致，垮塌主要受断层破碎带影响。通过对正常蓄水位、设计洪水位、骤降、校核洪水位工况下边坡稳定进行计算，其安全系数均小于1(见表2)，均不能满足规范要求，需要进行工程处理。