某边坡重灾受损后修复流程及措施

王 伟 毛会永 范建朋 张积强

（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安 710065）

0 引言

目前，对于受损的人工边坡治理，国内外尚无明确的实施标准，一般性的工作流程为工程地质测绘→地质勘探→室内及野外试验→变形监测→稳定性分析计算→处理方案设计及实施等。近年来，受损边坡的治理研究以受损边坡地质勘测、数值模拟分析和稳定性评价为主，边坡稳定性评价和治理的研究成果较为丰富。受损边坡危害程度及风险、生态修复、景观重建与水土保持等方面也有一定的研究。程 强[1]针对峡谷山区斜坡崩滑边坡灾害风险问题，给出了相关分析、评估的一些判别指标和方法；徐为等[2]通过对我国地质灾害风险评估现状研究及分析，提出了地质灾害风险评估的完整概念；石菊松等[3]指出在国内现阶段滑坡风险评估的实践中风险评估还难以实施，提出了相应的对策方案；朱兆华和曹华英等[4-6]对受损边坡与高陡岩石边坡的生态修复和景观重建技术有独到的研究成果，如混合植物配置方式和高陡岩石边坡V 型槽生态修复技术等；梁永哲等[7]以向家坝水电站工程为例，为科学合理地评价生态修复边坡水土保持效果，选取若干评价指标建立了生态修复边坡水土保持效果评价体系。

国内外学者对受损边坡的研究缺少可供操作的完整流程，一般性的工作流程过于笼统，在实际操作中可能难以满足项目的进度、质量、成本等“三控”需要。本文以尼泊尔某电站受损人工边坡修复工程为实例，对中美合作修复治理流程进行阐述，其成果可为类似工程提供经验借鉴。

1 项目概况

尼泊尔某水电站为低坝长引水式电站，包括混凝土重力坝、泄洪闸、沉沙池、长引水隧洞、调压井、压力钢管、地面厂房和开关站等主要建筑物。电站装机2×22.5 MW，1997年开工建设，2001年1月建成发电。受2015年里氏7.8 级Gorkha 地震和2016年特大洪水影响，电站损毁停运，厂区边坡出现了表部坍塌，局部变形。在电站修复措施中，对受损边坡需要重点查明边坡破坏的机理原因，开展有针对性的工程处理，消除安全隐患。

结合国际项目及该厂区边坡的特点，制定了修复方案设计流程（见图1）。

图1 设计流程示意图

2 厂区边坡受损评估

本电站厂区边坡为倾向SW265°的扇状斜坡，斜坡1325～1343 m 高程有国际公路穿过，公路上下均有平台。公路以上平台高程1341.2～1358.6 m，为业主营地。公路以下平台高程1326.5～1328 m，为业主办公区。业主办公区平台以下为浆砌石衬砌防护的边坡，坡面设置排水孔，高差5 m 设一层马道。边坡下游侧发育一条冲沟，常年流水，旱季流量小于0.5 m3/s。厂房区现状地貌见图2。

图2 厂房区现状地貌（2018年11月）

2016年9月对工程区进行了大洪水后状况评估，压力钢管上游的边坡基本完好，见少量垂直裂缝和部分浆砌石块移位，厂房下游及开关站下部边坡25～50 m宽度范围内有明显的沉降和位移。

综合评估认为：厂区边坡整体完好，但不排除有局部坍塌的可能，开关站平台至进场道路之间的边坡（边坡一）局部出现了破坏和边坡位移的迹象，厂房下游进场道路至河道之间的边坡（边坡二）遭受大洪水冲刷损坏。在通往厂房及开关站的通道受到影响之前，应尽快对上述边坡进行重新勘测、设计及稳定性分析计算工作，采取有效的措施进行边坡治理。

3 厂区边坡修复方案研究

3.1 边坡补充勘察

补充勘察中经过实地考察，在开关站平台布置了1 个钻孔，取芯编录并开展地下水长期观测；在边坡变形较严重部位开挖探坑3 处，并在探坑中取样做土的物理力学试验；在边坡上布置了16 个变形监测点进行变形观测。补勘及变形监测点布置见图3。

图3 补勘及变形监测点布置

通过补充勘察，基本查明了边坡地层结构，并获得了岩土体的各项参数。地面厂房区边坡覆盖层主要由冲洪积土、崩坡积土和人工填土组成。①人工填土（Q4ml）：主要位于厂房后边坡及营地地表，分布范围不大，成分以附近的崩坡积物为主，经过分选压实等施工处理，厚0.5～5.5 m；②崩坡积物（Q4col）：地表为厚约0.5～1.5 m 的块碎石壤土，下部以块碎石土为主，含少量漂石、粉土。该层表部土体松散，深部稍密-密实；③冲洪积物（Q4al+pl）：含漂石砂卵砾石，位于厂房平台下部，土体以卵石、砾石、砂为主，含少量漂石，土体稍密-密实。厂区边坡地下水位整体平缓，钻孔BH03 地下水位埋深27.6 m，比河水位高约3.7 m，水力坡降约6.2 %。

3.2 边坡监测成果分析

（1）边坡监测数据

共布置16 个监测点对厂区边坡进行表面变形观测，监测时长约4 个月，部分监测点数据成果见表1。

表1 边坡监测点变形统计

（2）数据分析

从监测数据可以看出，综合位移最大值为4.08 mm，综合位移速率最大值为0.035 mm/d。从水平位移路径分析，16 个点的位移路径均十分杂乱，宏观判断水平位移方向为NW 向和SW 向；垂直位移路径上，正负值交替存在，总体趋势线归于初始测量值，垂直位移不明显，数据偏差应属于观测累计误差，其中典型监测点（P01）轨迹分析见图4、图5。

图4 监测点P01 水平轨迹

图5 监测点P01 垂直轨迹

按照Cruden 等[8]建议的速率界限法分类（见表2），该边坡综合位移速率最大值0.035 mm/d，即4.05×10-7mm/s，属于1 类-极其慢速。从位移观测数据来看，边坡整体是稳定的；同时从两个镇墩（P01、P02）上的观测数据看，压力钢管镇墩现状稳定，无明显位移迹象。

表2 边坡滑动速率分类表

3.3 边坡稳定性复核计算

根据边坡地层地貌特点，选取两组计算断面，PH1-2 组和PH3-4 组。每组位置相近，互相比较，进行二维有限元稳定性复核计算分析。

（1）物理力学参数

用于边坡计算的物理力学参数见表3。

表3 物理力学参数

（2）稳定性计算考虑因素

地震动参数取值0.30g，向坡外水平加载地震力[9]。采用美国规范[10]规定的Spencer 分析方法[11-12]计算，计算程序采用slide 软件[13]。不考虑暴雨工况[14]和支护结构、不考虑可能的再次开挖。地下水按推测的地下水位线考虑[15-16]。

（3）边坡稳定性计算成果

由于计算成果相近，只列出PH1 和PH4 的成果，见图6、图7及表4。

表4 断面PH1 和PH4 稳定性计算成果

图6 断面PH1 稳定计算成果

图7 断面PH4 稳定计算成果

正常工况下，2 个断面的最小安全系数均大于允许值1.15。地震工况下，2 个断面的边坡高处安全系数均不能满足最低要求，最小安全系数分别为0.88和0.82，小于限定安全系数（1.05）的不稳定体最大厚度分别为11.8 m 和8.2 m，长度分别为105.6 m 和45.5 m，单宽面积分别为867.4 m2和243.2 m2，不稳定体大部分处于边坡顶部，其前缘位于场内路或房屋内侧，剪出面临空。

3.4 边坡变形特征及成因分析

厂区边坡整体稳定，除开关站至河道之间边坡外，其他边坡表部浆砌石破坏主要由2015年大地震引起，原因明确。开关站以下边坡一和边坡二的变形特征和成因分析如下。

边坡一护坡发生了变形，马道排水沟受上部浆砌石向下变形挤压缩窄，边坡局部有渗水迹象，该处地表明显变形部位为竖向排水沟左侧，失稳方向为NW300°，主要表现为地表浆砌石衬砌鼓起、溜滑，排水沟受到上部土体的变形挤压缩窄。

该处边坡上部为开关站平台，由于沉降原因，平台高程已经低于周边排水沟，致使排水不畅，导致地表水下渗到边坡体内部；坡面及排水沟内杂草丛生，可见水流痕迹，雨季降水较多时地表水顺破损的浆砌石护坡和排水沟渗入坡体。根据该处探坑和钻孔揭露，边坡表部有回填土，厚度约1.5～4.5 m，土体沉降造成护坡结构地基土体同地表浆砌石护坡的结合部位产生脱离甚至空洞；该处开挖坡度较陡，且位于边坡的阳角部位，应力相对集中；坡体上部紧邻冲沟，导致边坡土体含水量较大。上述问题是诱发该处边坡表部产生变形的主要因素。

该处边坡具明显的浅表部失稳特征，其失稳模式为边坡内地基土体沉降使地表护坡浆砌石与原土体脱离，在重力和大地震、地下水作用下，出现移动、拥挤、鼓胀、溜滑甚至局部胀裂。由于边坡表部浆砌石、排水沟已出现破坏，如不进行处理，推测浅表部在偶然工况如地震、连续强降雨等情况下，仍有进一步塌滑失稳的可能。

边坡二坡脚铅丝笼挡土墙在2016年特大洪水期间遭受冲刷掏脚破坏。

3.5 边坡修复方案

由稳定性计算结果可知，厂区边坡除岸坡顶部和开关站至河道边坡外，其他处整体是稳定的。根据边坡受损破坏的成因和机理，针对不同部位提出“整体修复”和“局部修复”的处理方案。

（1）整体修复

由稳定性计算结果可知，仅在地震工况下边坡上方浅表部存在不稳定区，但不稳定体厚度较小，整体边坡不存在深层不稳定问题。据此，首先对计算所揭示出的潜在不稳定区域进行挖除处理；其次对边坡上的垂直裂缝进行封闭、对破损的浆砌石结构进行复原。

（2）局部修复

局部修复是指对于开关站平台以下边坡的修复，分为边坡一和边坡二两个处理区。边坡一主要是做好排水，尤其是开关站平台的排水；边坡二主要是做好坡脚挡土墙，防止河水冲刷掏脚。

①边坡一处理区

a.开关站场内地面比周围地形稍低，坑洼不平，线塔区域铺设鹅卵石，其余部位为砂土，容易造成雨水出流不畅，下渗量较大。为保证平台排水通畅，地表要以一定坡度连接到西南侧已有排水沟。

b.图8开关站平台以下所示区域-A 区1 级-4 级和B 区1 级-3 级，为根据现场调查后要求拆除重建范围。需要强调的是，首先完成了A 区1 级-4 级的拆除重建，后对B 区1 级-3 级作进一步调查，调查后决定不需要对B 区进行拆除处理。

图8 边坡一处理区域示意图

c.边坡的A 区1 级-4 级坡体向下位移已导致排水沟变窄，甚至局部排水沟已经完全闭合。针对这些区域，清除护坡浆砌石及其下方的松动覆盖层，并适当加厚护坡浆砌石。

d.浆砌石护坡采用尺寸不大于30 cm 的块石或卵石，用M10 水泥砂浆砌筑。边坡排水孔布置呈梅花型，竖直排距1.25 m，水平孔距2.50 m。若有出水点，应在此处增加排水孔。排水沟内表面必须抹3 cm 的M10 水泥砂浆，且不占用排水沟内尺寸。

e.施工过程中密切观测开关站平台及相邻边坡的状态，做好裸露坡体防护，防止雨水冲刷破坏。

②边坡二处理区

进厂道路以下边坡处理主要是对原石笼护岸边坡进行处理。

a.采用混凝土挡土墙方案对边坡坡脚进行处理（见图9）。残余的铅丝笼应移除，挡墙完成后墙背回填碎石土并碾压密实。

图9 边坡二处理区挡墙示意图

b.挡土墙临河侧基础设置于河床以下2 m，以防止河水淘刷而导致挡墙基础悬空失稳。

c.挡土墙顶部高程应高于厂房下游最高尾水位。

d.墙体内埋设PVC 排水管，保障回填碎石土和坡体内部水能够顺畅排至河道。边坡采用浆砌石护坡，边坡排水孔布置呈梅花型，竖直排距2.50 m，水平孔距2.50 m。

e.施工期间应加强边坡监测，注意安全。

4 结论

（1）厂区边坡为覆盖层边坡，未见控制边坡稳定的软弱地层带，边坡稳定性主要由覆盖层的物理力学特性控制。

（2）监测成果显示，各监测点数据变化不明显，表明在遭受大地震和大洪水后，经早期变形调整后边坡变形没有持续发展的趋势。

（3）通过边坡稳定性计算分析，在正常工况下安全系数满足要求，边坡总体处于安全范围内；在地震工况下，边坡表部高处安全系数不能满足最低要求，但边坡整体不存在深层滑动问题。

（4）通过分析研究，提出了修复处理方案。对于边坡高处不稳坡体进行了挖除处理；对于开关站平台以下边坡，分为两个处理区分别提出了处理措施。本电站厂区边坡修复已经完成，并经过了雨季洪水的考验，目前状况良好。