某工程引水渠道边坡加固抗滑桩施工难点探讨

郭永生

(中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450001)

1 工程概况

某拦河引水及干渠工程主要由拦河引水枢纽、引水渠道总干渠及灌区分干渠等部分组成。渠道分部工程由矩形槽和渠道工程两部分组成，矩形槽和渠道纵坡分别为1/2200和1/10000，矩形槽底宽6.5m，净高4.9m，混凝土底板厚1.0m，侧墙厚度从底面至顶面依次为0.8m、0.5m。混凝土板以下铺两布一膜防渗层，膜厚0.8mm，并在膜下加铺3.5cm厚度的M10砂浆垫层。底板和边坡均按照2.5m×2.5m的尺寸分缝处理，缝宽2.0cm。

2 引水渠道工程地质条件

引水渠道布置在大坝左肩，为河岸开敞式。由宽顶堰、陡坡段组成，堰宽3.5m，全长55m。洪水泄于小支沟，接于河道。最大泄流量15m3/s。引水渠道位于河沟左岸，是经原先的山梁开凿而成，左侧依附山体，右侧是与坝体相接的黄土台。引水渠道两侧为第四系黄土陡壁，高度在3-10m之间。勘察期间，引水渠道内新近堆积物杂多，杂草丛生、树木林立，并被通往上游的一条土路堵塞、截断，排洪不畅。根据现场工程地质测绘，引水渠道区分布的地层主要为第四纪冲洪积堆积物和风积黄土，按层序分述如下：

1)冲洪积堆积物Q4al+pl：分布于引水渠道泄流槽底。灰黄色黄土类土，土质均匀性差，结构疏松，含大量姜石土、砂粒及植物根等。坚硬、可塑，工程性质差。

2)黄土Q3eol：为所在场地的主要地层，分布于引水渠道两侧和基地。褐黄色，土质均匀，含少量有机质，大孔隙发育，具湿陷性和自重湿陷性，工程性质一般。

根据本次勘察结果，引水渠道区存在的地质问题主要是边坡稳定问题。引水渠道在左岸的山梁基础上开凿而成，左侧为连接山体的土质高边坡，坡角很陡，高度大，边坡土体(黄土)的水稳定性差，目前局部已见有坍塌及掉块现象，导致坡体稳定性降低，在强降雨等不利工况下可能发生失稳破坏，发生大范围坍塌，堵塞引水渠道。引水渠道左边没采取削坡，致使山土侵袭引水渠道，加之砌筑质量差，无法保证正常泄洪，成为影响大坝安全的主要隐患。

该工程引水渠道是工程主要建筑物，由于设计、施工的年代原因，存在严重问题，不能达到设计的运行工况，必须进行加固处理。

3 引水渠道边坡加固抗滑桩施工

该工程引水渠道边坡加固抗滑桩施工采用挖孔法，具体施工流程详见图1，考虑到邻桩桩体施工的不利影响，增强桩孔开挖稳定性，保证施工质量，对10根设计布置的抗滑桩按跳格施工的次序，先单号桩施工，再双号桩施工[1]。

图1 抗滑桩跳格施工流程

3.1 抗滑桩的开挖

1)桩口开挖：

进行拟开挖桩孔口中心点及开挖边线放样，并根据土层条件人工开挖至2-3m深，在孔口及孔四周2m范围内采用C25混凝土按厚×宽为50cm×120cm尺寸进行混凝土锁口浇筑，在混凝土浇筑施工过程中进行龙门架支座钢板预埋以及井口防护栏立杆。为防止引水渠道边坡加固抗滑桩施工过程中地表水流入孔内，应确保混凝土锁口面高出地面10cm±1cm，并设置截水沟。

2)桩孔开挖：

采用分段开挖跟进支护的桩孔开挖施工方式，根据土层地质情况确定单段开挖深度，本工程覆盖层单段开挖深度1.0-1.3m，岩石层开挖深度1.6-2.0m。覆盖层主要通过人工开挖，具体而言，强风化、强卸荷及裂隙发育等覆盖层通过人工风镐开挖，对于人工开挖存在困难的区域用风钻钻孔+弱爆破的开挖方式。清渣时由人工装渣，再通过电动葫芦提升至地面指定区域内弃置。工程区内地下水丰富，在桩孔开挖过程中应加强桩底积水抽排，孔壁垂直度采用四壁吊线法测量，并将孔壁倾斜度控制在0.5%范围内。为保证地下水丰富且松散堆积、黏结性不强的覆盖层开挖段开挖过程中混凝土桩壁不坍塌，应在桩孔开挖之前将钢插板打入桩四壁超前支护。

在开挖过程中围岩和上部衬砌段混凝土受爆破影响的程度、单响装药量最值及孔壁保护层厚度等应根据孔壁抗爆震模拟试验进行确定，某工程引水渠道边坡加固抗滑桩桩孔爆破孔孔距1.0m，排距0.80m，孔深2.0m，装填φ22mm光爆药卷，起爆采用非电微差毫秒雷管，20cm厚度的保护层由人工风镐挖除[2]。

3)临时护壁支护：

为加强开挖施工时围岩自身稳定性，确保开挖施工安全，在桩身一个循环开挖结束后及时采用钢筋混凝土护壁进行临时支护，支护型式详见图2。护壁混凝土采用C25二级配，混凝土厚度30cm，主筋孔排及分布筋Φ22@200。桩孔开挖及修正后进行混凝土护壁施工，护壁模板为整体性模板，模板通过电动葫芦缓慢匀速下放至孔底，并形成较为封闭的浇筑仓位，为增强混凝土护臂抵抗爆破施工的振害并加快施工进度，混凝土中掺加早强剂。

3.2 桩体施工

结束桩孔开挖及混凝土护壁临时支护施工后至混凝土桩身施工前，必须彻底清除孔底松散岩石和浮渣，并对临时支护护壁混凝土表面凿毛后架设钢筋束。将强度C25混凝土拌和后泵送入仓，并将浇筑坯下料厚度确定为40cm，人工平仓。为确保混凝土桩体浇筑施工质量，防止出现冷缝，必须确保浇筑施工人员设备供应充足，一次性浇筑至桩顶。

图2 钢筋混凝土护壁进行临时支护

4 抗滑桩施工难点

4.1 涌水防治

对于裂隙地层且水头压力较小时，抗滑桩基坑开挖会出现少量渗漏涌水，对此情况应通过设置集水坑集中排放，

某工程引水渠道边坡抗滑桩基坑开挖的过程中，上下游承台两侧均出现局部大量涌水现象，这种涌水爆发突然、集中、量大，施工方主要采取导流封堵法，管道导流后即关闭阀门进行封堵。导流封堵法的防治原理在于利用导流漏斗及管道形成涌水宣泄通道，并在涌水点四周进行混凝土浇筑，待其达设计强度后，关闭管道阀门以达到堵水的目的，具体见图3。根据涌水量情况、四周岩体、水头压力等确定漏斗形状、管道直径、混凝土厚度等。

图3 导流封堵法

涌水封堵施工过程中，必须根据涌水点施工水头压力进行封堵混凝土的高度、厚度、强度等参数的确定，为加快施工进度，应在混凝土中掺加早强剂。封堵措施的实施必须因地制宜，尽量避免对承台、桩基等主体构筑物位置和结构断面的占据，通过扩大开挖范围在结构尺寸之外设置堵水设施，若存在困难，则应考虑结构补强。

4.2 塌方处理

针对不同情况的塌方，处理方案并不相同，在塌方严重的情况下甚至需要综合运用几种处理方案。根据某工程引水渠道边坡加固施工特点，对边坡加固施工可能发生的几种塌方情况，应做如下应对：

围岩裂隙发育引起的小范围塌方多因开挖及支护方式运用不当造成，且多出现在略微风化以及裂隙密集围岩区域，经常在爆破施工后数小时内快速出现，其所引起的塌方规模并不严重，但是对于工作面施工安全存在潜在威胁，拟采用加强锚喷法进行处理。

规模较小的塌方体大多出现在两侧岩体完整且的窄小断层破碎带，对其应该实施挑梁法架设钢支撑后锚喷加固处理，也就是使型钢横穿顶梁临时立架并撑抵至掌子面，形成挑梁后再在挑梁之上架设水垛，达到填塞洞穴，防止塌方继续扩大的目的。

塌方量较大且范围在10m以内的中等塌方通常发生在相邻且倾向相对的断层交接带。这类塌方发生前，一般会先出现岩层掉块现象，掉块的频率及块落程度通常与爆破施工振动烈度、频率以及区域地下水活动强烈程度直接相关。在中等塌方发生后，会形成具有一定稳定性的顶板，阻挡塌方持续发生。对于某工程引水渠道边坡加固抗滑桩桩孔爆破施工过程中可能发生的中等塌方，应当采用锚喷法、插筋排架法、护顶法、管棚法进行加固处理。

影响最大的是塌方面积至少为100m3，塌穴高度至少10m的大塌方，对于岩层薄弱的情况，大塌方必将引发冒顶。如果此类塌方发生后将隧洞整个堵塞，并且施工方尚未掌握塌方变动规模及规律，应当运用锚喷法，管棚法等措施综合处理；如果大塌方发生后埋藏不深且地质条件复杂的情况下，应选择使用灌浆法与环行导洞法进行处理。

由于本工程引水渠道边坡加固爆破开挖塌方情况较为复杂，塌方处理并无既定模式，必须根据现场情况再行决定。但是，在引水渠道边坡加护抗滑桩施工过程中必须加强质量控制，未雨绸缪，对于可能发生的塌方，采取有效防护措施，力争将塌方发生的可能性及损失降至最低。

5 结 论

该工程引水渠道边坡未设置抗滑桩的情况下，边坡存在滑移趋势，滑移量逐年增大，在引水渠道边坡抗滑桩除险加固施工期间滑移量呈更大规模增加，而抗滑桩加固施工后，之前的边坡滑移情况得到有效缓解，滑移面位移不在明显增减，边坡趋于稳定状态，表明引水渠道边坡抗滑桩加固处理方案的实施取得了提升边坡稳定性的预期效果。