浅谈高边坡加固技术的运用
摘要：为了更好的解决水利施工过程中所遇到岩质高边坡的问题，往往需要进行加固和治理，以防其滑动，加固岩体，保证边坡的稳定性，为高边坡下面的施工建设能够安全实行提供保障。文章通过岩质高边坡的加固与整治、水工隧洞施工衬砌或支护、及水库土坝防渗加固处理方法进行了理论分析最终达到除险加固之目的。
关键词：水利建设工程,高边坡加固,混凝土
一、岩质高边坡的加固与整治
(一)对于混凝土抗滑结构的应用。
在高边坡加固与整治工程中,混凝土抗滑结构通常采用混凝土抗滑桩、混凝土沉井、混凝土框架、喷混凝土护坡、混凝土挡墙、锚固洞等措施。
混凝土抗滑桩技术从实际运用和理论过程中得到了肯定，并不断完善、提高，现已经处于一个较高的水平。抗滑桩由于能有效而经济地治理滑坡,尤其是滑动面倾角较缓时,其效果更好,因此在边坡治理工程中得到了广泛采用。大规模的开挖和开挖爆破最适宜采用抗滑桩的治理措施,以防止发生大规模的滑坡。抗滑桩的平面位置、间距和排距等,取决于滑体的密实程度、含水情况、滑坡推力大小及施工条件等因素。抗滑桩的开挖在开挖深度达3～4m后,在井壁喷30～40cm厚的混凝土,对岩体较好的井壁采用打锚杆、喷锚挂网的方法进行支护,喷混凝土厚度10～15cm,对局部塌方部位增设钢支撑,抗滑桩开挖到设计要求深度后,进行钢筋绑扎和钢轨吊装;混凝土浇筑采用水下混凝土的配合比,由拌和楼拌和,混凝土罐车运输直接入仓,每小时浇筑厚度控制在1.5m内,特别是在滑动面上下4m部位,还需下井进行机械振捣,在浇到离井口5～7m时,要求分层振捣,每个井口设两个溜斗,溜管长度为10～14m,管径25cm,抗滑桩混凝土标号为C25,钢筋为φ40Ⅱ级钢,桩身用大孔径钻机钻成,孔壁完整,进度较快。
混凝土沉井是一种混凝土框架结构,施工中一般可分成数节进行。混凝土沉井在滑坡工程中既起抗滑桩的作用,有时也具备挡土墙的作用。沉井结构设计根据沉井的受力状态、基坑的施工条件和沉井的场地布置等因素决定,沉井结构平面呈“田”字形,井壁和横隔墙的厚度主要由满足下沉重量而定。沉井施工包括平整场地、沉井制作、沉井下沉、填心4个阶段。下沉采用人工开挖方式,由人力除渣,简易设备运输,下沉过程中需控制防偏问题,并要做到及时纠正。合理的开挖顺序是:先开挖中间,后开挖四边;先开挖短边,后开挖长边。沉井就位后要清洗基面,设置φ25锚杆(锚杆间距为2m,深3.5m),再浇筑C15混凝土封底,最后用100号毛石混凝土填心。
混凝土框架对滑坡体表层坡体可起到保护作用并可增强坡体的整体性,防止地表水渗入和坡体的风化。框架护坡具有结构物轻、材料用量省、施工方便、适用面广、便于排水以及可与其他措施结合使用的特点。滑坡治理可采用混凝土护面框架。框架分两种类型:滑面附近框架,其节点设长锚杆,穿过滑面,为一设置在弹性基础上节点受集中力的框架系统;距滑面较远的坡面框架,节点设短锚杆,与强风化坡面在一定范围内形成整体。滑坡治理对强风化坡面框架还可采用50×50cm、节点中心2m的方形框架,节点处设置两种类型锚杆:在下层高程间坡面,滑面以上节点垂直于坡面设置φ36或φ32、长12m的砂浆锚杆,在上层高程间坡面则设垂直于坡面的φ28、长6m的砂浆锚杆。框架要求在坡面挖30cm深、50cm宽的槽,部分嵌入坡面内,表层填土并掺入耕植土,形成草本植被的永久性护坡。在岩性较好的部位可采用锚杆和喷混凝土保护坡面。
混凝土挡墙是治坡工程中最常用的一种方法,它能有效地从局部改变滑坡体的受力平衡,阻止滑坡体变形的延展。如果高边坡上夹泥层上面的岩体滑动出现裂缝,可在出现裂缝下一定高程的坡脚处采取浇筑混凝土挡墙和打锚杆等措施,以防止古滑坡体的复活。
锚固洞在水电站边坡工程中采用最多,各种不同断面的锚固洞能形成较大的抗剪力。由于锚固洞具有一定的倾斜度,能有效防止混凝土与洞壁结合不实的现象发生。如果同时采取洞、桩组合结构,其受力条件则可提供更大的抗力。
(二)采用锚固技术的分析。
对预应力锚索进行边坡加固,具有不破坏边坡岩体、施工灵活、速度快、干扰小、受力可靠、主动受力等优点,因此,在很多水利建设工程的边坡治理中都得到大量应用。
如果采用胶结式内锚头的预应力锚索,应采用后张法施工。预应力锚索由锚索体、内锚头、外锚头三部分组成。内锚头用纯水泥浆或砂浆作胶结材料,外锚头为钢筋混凝土结构,与基岩接触面的压应力应控制在设计规定范围以内。为提高锚索受力的均匀性,应设计一种小型千斤顶,采用“分组单根张拉”的方法张拉,这样做既可简化操作程序,又能提高锚索受力均匀性。锚索在补偿张拉时可以用大千斤顶整体张拉,也可继续用分组单根张拉方法,两种方法都不会影响锚索受力的均匀性。无粘结锚索具有明显的优点,其大部分钢铰线都得到防腐油剂和护套的双重保护,并且可以重复张拉。由于在施工时内锚头和钢铰线周围的水泥浆材是一次灌入的,浆材凝固后再张拉,因此减少了一道工序,提高了工效,但其价格相对较高。
预应力锚杆也是常见的一种加固形式。有些水电站厂房高边坡工程中实施了减载、排水、抗滑桩等技术后,滑坡位移速度虽有明显减小,但未能完全停止。为了确保雨季在滑坡体前方的施工安全,稳定抗滑桩到滑坡体前缘的滑坡体,在一定的高程马道上应设置预应力锚杆。锚杆分两排,孔距2m,孔径90mm,孔与水平成60°夹角,用φ36的钢筋实施预应力锚杆,就可保证工程的安全。
(三)减载、排水等措施的应用。
在有条件的情况下,减载压坡应是优先考虑的加固措施。滑坡体后缘受倾向不同的陡倾岩层影响,将向倾向一定角度的方向滑动,将部分下滑力传至滑坡体前缘及治坡建筑物上,对滑坡整体的稳定不利,因此能有效控制后坡滑移也就能减缓整体滑坡。将滑坡体后缘覆盖层最厚的部位减载后,可降低滑动速度,提高滑坡抗滑稳定安全系数。
地表水渗入滑坡体内,既可增加滑坡体的重量,增加滑动力,又可降低滑动面上岩层的内摩擦力,这对滑坡体的稳定是不利的。对于滑坡体以外的山坡上的地表水,应采取层层修建拦水沟、排水沟的方法排水。对坡体范围内的地表水,在开裂的地方用黄土封堵,在低洼积水的地方用废碴填平,同时,在地表水集中的地方设排水沟排走地表水。水电站厂房边坡工程治理中常采取修建拦水沟、排水沟的措施。施工时,在滑坡体的后缘开挖排水洞(距滑动面以下5～10m),排除地下水,排水洞之间要相互联通,形成一个∪形环,在排水洞内再设排水孔,把滑动体内地下水引入排水洞。
如果采用地表截、防排水与地下排水相结合的综合排水方案,应以地下排水为主,地表截、防排水为辅,使二者有机结合,通过截、防、导、排,尽可能降低边坡岩体地下水位,减小渗水压力,改善边坡稳定条件,提高边坡稳定性。
二、水工隧洞施工衬砌或支护
水工隧洞施工的主要内容是开挖、出渣、衬砌或支护、灌浆等。常用的衬砌和支护的形式包括现浇钢筋混凝土以及喷锚支护。
现浇衬砌的施工程序与一般水利工程的施工程序基本相同,包括:分缝(段)、分块、立模、扎筋、混凝土运输入仓、振捣密实等工作内容。
隧洞喷锚支护是采用钢筋锚杆、喷射混凝土、钢筋网对洞室围岩进行单独或联合支护的统称。如果采用钢筋砂浆锚杆模式,可在钻孔内先注入砂浆后再插入锚杆,或先插入锚杆后再注入砂浆,待砂浆凝结硬化后即形成钢筋砂浆锚杆。喷射混凝土时,由于水泥用量较大,而且又掺有速凝剂,凝结硬化快,必须加强养护。一般在喷射混凝土后1～2h即开始洒水养护,洒水次数以保持混凝土有足够的湿润状态为宜,养护时间在7～14d。由于开挖破坏了岩体,使围岩的应力集中,唯一的办法是使用一定的强度、稳定性、刚度的材料去抗消这种应力,使它达到新的平衡,喷锚支护和构架支撑就可彻底解决这一问题。除特殊情况外,应优先选用喷锚支护。钢支撑适用于破碎而不稳定的岩层,它能承受很大的山岩压力,耐久性好,所占空间小,可以多次使用,也可以留在永久性衬砌中不再撤除。
三、水库土坝防渗加固处理
许多病险水库的土坝坝后坡会出现渗水、湿润、跌窝等现象,导致土坝变形、渗漏,危及水库的安全运行,应及时采取防渗加固处理措施,消除工程隐患。
解决土坝的变形和渗透问题,可对坝体进行劈裂灌浆和对坝肩、坝底基岩进行帷幕灌浆,使坝体内形成连续的防渗体,从而降低坝体浸润线,消除坝后坡的严重渗漏,使坝体趋于稳定,最终达到除险加固之目的。
土坝坝体劈裂灌浆可根据土坝实际情况布置两排灌浆孔。主排孔沿坝轴线布置,副排孔布置在坝轴线上游1.5m处。两排孔交错布置,孔距均为3、5m,灌浆孔要尽可能穿透坝体底部的残坡积层深人到坝基,以形成一个连续的竖直防渗体。
对坝肩、坝底基岩进行帷幕灌浆时,也是布置两排灌浆孔。主排孔沿坝轴线布置,副排孔布置在坝轴线上游1.5m处。两排孔交错布置,孔距均为3、4m,灌浆孔要穿透弱风化带进人到微风化岩相对隔水层。采用回转方法成孔,孔内下塞,纯压式灌浆,自上而下分段,孔口封闭,孔内循环。帷幕灌浆注浆材料可采用425#普通硅酸盐水泥,制成纯水泥浆后在设计压力下灌注。