基于邊坡支護(hù)技術(shù)的水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害治理要點分析

摘 要：隨著水利工程建設(shè)規(guī)模的擴大和地質(zhì)災(zāi)害防治要求的提高，邊坡支護(hù)技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害治理中發(fā)揮著越來越重要的作用。以某省山區(qū)水庫除險加固工程為例，分析了工程中的壩肩滑坡災(zāi)害特征，闡述了邊坡支護(hù)技術(shù)的實施要點，包括現(xiàn)場勘察與評估、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化、施工與監(jiān)測和長期維護(hù)管理等方面。通過12個月的跟蹤監(jiān)測，結(jié)果表明該支護(hù)方案顯著提升了邊坡穩(wěn)定性，深層位移速率降至0.023 mm/d以下，邊坡整體安全系數(shù)由1.15提升至1.52，驗證了所采用支護(hù)技術(shù)的可靠性和有效性，為類似工程的水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害治理提供了參考。

關(guān)鍵詞：邊坡支護(hù)技術(shù)；水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害；災(zāi)害治理；邊坡穩(wěn)定性

中圖分類號：TV551.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

隨著我國水利工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害的防治工作面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而邊坡失穩(wěn)已成為水利工程中最為常見且危害性較大的地質(zhì)災(zāi)害之一。在這一背景下，邊坡支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新顯得尤為重要。邊坡失穩(wěn)不僅直接威脅著工程結(jié)構(gòu)的安全，還可能引發(fā)次生災(zāi)害，如滑坡誘發(fā)洪水、泥石流等，危及周邊生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)活動。傳統(tǒng)的邊坡治理方法，如簡單的削坡、堆載以及重力擋墻等，雖然在一定程度上能夠改善局部邊坡的穩(wěn)定性，但在適應(yīng)性和長期可靠性方面存在明顯不足。因此，深入研究和優(yōu)化邊坡支護(hù)技術(shù)，對確保水利工程安全運行、提升地質(zhì)災(zāi)害防治水平具有重要意義。研究系統(tǒng)分析了邊坡支護(hù)技術(shù)在水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害治理中的應(yīng)用要點，旨在為同類工程提供技術(shù)參考，推動水利工程建設(shè)的安全發(fā)展。

1 工程概況

某省山區(qū)水庫除險加固工程位于省內(nèi)西部山區(qū)，總庫容586萬m3，死庫容86萬m3，正常蓄水位385 m，

死水位365 m，校核洪水位388.5 m。水庫工程等級為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級。大壩為均質(zhì)土壩，壩高

32 m，壩頂長度386 m，壩頂寬度4.5 m，壩頂高程390 m。

2 水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害概述

水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害是指在水利工程建設(shè)和運行過程中，由于自然或人為因素引發(fā)的與工程地質(zhì)條件相關(guān)的災(zāi)害現(xiàn)象。主要表現(xiàn)形式包括滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降等[1]。本工程中的壩肩滑坡體屬于淺層堆積層滑坡，滑動面多呈弧形或復(fù)合形。鉆探揭示，滑坡體基巖面起伏較大，基巖為中風(fēng)化板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。水文地質(zhì)條件顯示，場地地下水位埋深3.5～6.8 m，年變幅約2.3 m，主要受降雨和庫水位的影響。

3 邊坡支護(hù)技術(shù)的實施要點

3.1 現(xiàn)場勘察與評估

本工程采用地質(zhì)測繪、鉆探取芯、原位測試等手段開展現(xiàn)場勘察。工程地質(zhì)測繪比例尺采用1∶500，重點區(qū)域加密至1∶200，共布設(shè)鉆孔15個，累計進(jìn)尺463 m，取芯率達(dá)到90%以上[2]。工程采用靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等原位測試方法，獲取邊坡土體物理力學(xué)參數(shù)。地質(zhì)勘探結(jié)果表明，邊坡體總體呈舌狀，詳細(xì)數(shù)值見表1。

工程地質(zhì)評估重點關(guān)注以下幾個方面：（1）滑帶土物理力學(xué)特性，剪切強度參數(shù)隨含水率變化的敏感性；（2）基巖面起伏形態(tài)與軟弱結(jié)構(gòu)面的空間展布特征；（3）地下水補給來源及其動態(tài)變化規(guī)律；（4）邊坡變形發(fā)展趨勢與影響因素。

通過綜合分析，確定該邊坡屬于水文地質(zhì)作用主導(dǎo)型滑坡，需重點考慮降雨入滲和庫水位變化對邊坡穩(wěn)定性的影響。根據(jù)現(xiàn)場勘察與評估結(jié)果，工程采用了系統(tǒng)性的支護(hù)方案，以抗滑樁為主體支擋結(jié)構(gòu)，配合預(yù)應(yīng)力錨索、排水工程等措施，布設(shè)多層次監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對邊坡全生命周期的動態(tài)監(jiān)控與預(yù)警[3]。在雨季或水位變化期間，工程還會增加監(jiān)測頻次，并對重點監(jiān)測區(qū)段實施自動化監(jiān)測技術(shù)，以提高預(yù)警的及時性和準(zhǔn)確性，為工程的長期安全提供可靠保障。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化

本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計采用抗滑樁—錨索組合支護(hù)體系，通過有限元數(shù)理分析確定最優(yōu)布置方案。抗滑樁采用鉆孔灌注樁，單樁直徑2.0 m，樁長24～28 m，樁間距4.5 m，共設(shè)置42根。樁身配筋率為1.2%，主筋選用HRB 400級鋼筋，箍筋采用HPB300級鋼筋，混凝土強度等級為C30。此外，結(jié)合場地地質(zhì)條件和土體性質(zhì)，進(jìn)一步優(yōu)化樁間布置形式，確保工程經(jīng)濟(jì)性與施工可操作性之間的平衡。

工程中，預(yù)應(yīng)力錨索布置采用梅花形布置方案，錨索傾角15°～20°，錨固段長度12～15 m，自由段長度18～22 m，錨索間距水平3.0 m，垂直2.5 m[4]。錨索采用低回縮1860級鋼絞線，截面規(guī)格為φs15.2 mm×

7根，預(yù)應(yīng)力值設(shè)計為1 000 kN，錨固段注漿采用M30水泥漿，注漿壓力不小于2.0 MPa。為保證錨索的長期穩(wěn)定性能，施工過程中采用精確的張拉工藝，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整張拉力，避免過度拉伸或錨索松弛現(xiàn)象。

為優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)受力性能，工程采用雙排樁布置，前排樁作為主抗滑樁，后排樁兼顧支擋與穩(wěn)定功能[5]。樁間設(shè)置混凝土連系梁（0.8 m×1.2 m），形成整體性支擋結(jié)構(gòu)體系。通過應(yīng)力應(yīng)變分析，計算連系梁配筋率，如式（1）：

ρ=（1）

式（1）中，ρ為配筋率，As為鋼筋的截面面積，Ac為混凝土截面的面積。計算剪力配筋率，如式（2）：

ρv=（2）

式（2）中，ρv為剪力配筋率，Asv為剪力鋼筋的總面積，b為梁的寬度，d為有效高度。在設(shè)計中，工程確定連系梁配筋率為0.85%，剪力配筋率為0.3%。

3.3 支護(hù)技術(shù)的施工與監(jiān)測

本工程采用分區(qū)分段施工策略，嚴(yán)格按照“先截水、后支護(hù)、分級開挖、及時支護(hù)”的施工原則進(jìn)行。在抗滑樁施工過程中，采用反循環(huán)鉆進(jìn)工藝，鉆孔垂直度控制在1/300以內(nèi)，成孔后采用超聲波檢測儀進(jìn)行孔徑檢測，確保樁徑誤差控制在±50 mm范圍內(nèi)。鋼筋籠制作采用專用定位架，主筋接頭采用電渣壓力焊，箍筋采用雙面焊接，保證鋼筋籠剛度滿足起吊和下放要求[6]。混凝土澆筑采用導(dǎo)管法，采用自密實混凝土，坍落度控制在200±20 mm，確保樁身混凝土質(zhì)量，同時通過添加適量高效減水劑改善流動性，降低泵送壓力。

在錨索施工中，工程采用潛孔錘跟管成孔工藝，成孔直徑φ130 mm，偏斜度控制在1.5%以內(nèi)。錨索張拉采用同步千斤頂，分級張拉，每級張拉力為設(shè)計預(yù)應(yīng)力的20%，共分5級完成，錨固段注漿壓力嚴(yán)格控制在2.0～2.5 MPa。注漿材料采用P.O 42.5級水泥，水灰比為0.45，每根錨索注漿量不少于2倍理論計算值，確保錨固效果[7]。施工期間，注漿過程中采用智能自動監(jiān)控設(shè)備，實時記錄注漿壓力、注漿量和溫度變化，為后期優(yōu)化施工技術(shù)提供參考數(shù)據(jù)。

此外，工程建立了完善的監(jiān)測系統(tǒng)，包括深層位移、孔隙水壓力、錨索應(yīng)力等多個監(jiān)測項目，監(jiān)測頻率與現(xiàn)場施工進(jìn)度相匹配（表2）。

監(jiān)測數(shù)據(jù)采用GPRS無線傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。為了確保支護(hù)結(jié)構(gòu)長期安全，工程設(shè)置了三級報警值：當(dāng)位移速率達(dá)到2 mm/d時為一級預(yù)警，5 mm/d為二級預(yù)警，10 mm/d為三級預(yù)警。同時，建立完善的位移響應(yīng)機制，制定相應(yīng)的處置預(yù)案，為復(fù)雜地質(zhì)條件下的支護(hù)工程提供了強有力的技術(shù)支撐。

3.4 長期維護(hù)與管理

本工程建立了完整的邊坡工程檔案數(shù)據(jù)庫，包含支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、施工記錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息，實現(xiàn)工程全壽命周期的數(shù)字化管理[8]。此外，該制度于每年汛期前（5—9月）加強巡查頻率至每周2次，并計劃將巡查數(shù)據(jù)納入自動化分析系統(tǒng)，全年常規(guī)檢查每月1次，重點檢查支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、開裂、滲水等病害情況。同時，建議通過無人機航測技術(shù)覆蓋大面積邊坡區(qū)域，以提高監(jiān)測效率和巡查覆蓋率，減少傳統(tǒng)巡檢的盲點。

在維護(hù)管理過程中，工程采用定量化評估方法對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能評定。評估指標(biāo)包括結(jié)構(gòu)完整性指數(shù)（SII）、裂縫發(fā)育程度（CDD）、錨固體系可靠度（ARS）等參數(shù)。其中，結(jié)構(gòu)完整性指數(shù)通過式（3）計算：

SII=Wi·Pi（3）

式（3）中，Wi為第i個評價因子的權(quán)重值，Pi為對應(yīng)的性能得分。工程評估結(jié)果顯示，支護(hù)結(jié)構(gòu)的SII值穩(wěn)定在0.85以上，表明整體性能良好。

針對排水系統(tǒng)的維護(hù)，工程采用了智能化的排水監(jiān)控系統(tǒng)，在排水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點布設(shè)了8組水位監(jiān)測裝置和12組流量檢測器，實時監(jiān)控排水效能[9]。排水溝的設(shè)計流量為0.26 m3/s，當(dāng)實測流量低于設(shè)計值的85%時，立即啟動清淤維護(hù)程序。同時，工程還采用紅外熱成像技術(shù)定期檢測排水管網(wǎng)的滲漏情況，若發(fā)現(xiàn)管壁溫差大于2.5 ℃的異常段，將立即進(jìn)行修復(fù)處理，并對系統(tǒng)運行記錄進(jìn)行數(shù)字化歸檔管理，以便進(jìn)行后續(xù)分析和優(yōu)化。

為確保支護(hù)結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性，工程建立了錨索預(yù)應(yīng)力損失補償機制。當(dāng)監(jiān)測到錨索應(yīng)力損失超過初始預(yù)應(yīng)力的15%時，即進(jìn)行有針對性的逐級預(yù)張拉補償試驗，每級加載增加量為設(shè)計初值的10%，直至恢復(fù)至原始預(yù)應(yīng)力的95%以上。通過定期執(zhí)行該策略，將錨索體系的有效工作率維持在正常水平范圍內(nèi)，最終實現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)年損失率控制在3.2%以內(nèi)。

4 治理效果分析

本工程對支護(hù)工程實施后12個月的情況進(jìn)行監(jiān)測，定量化數(shù)據(jù)表明邊坡整體穩(wěn)定性得到顯著提升。深部位移監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，邊坡體年累計位移量由治理前的56 mm降至8.3 mm，位移速率維持在0.023 mm/d

以下，顯著低于變形監(jiān)測一級預(yù)警閾值，表明邊坡變形趨于收斂穩(wěn)定[10-13]。同時，坡體局部位移監(jiān)測的平均值下降幅度達(dá)到93.2%，進(jìn)一步表明治理效果顯著，區(qū)域穩(wěn)定性大幅提升。

工程實施后的地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，場地地下水位年際變幅由2.3 m降至0.8 m，水動力場趨于穩(wěn)定。排水系統(tǒng)的持續(xù)運行使邊坡體含水率整體降幅達(dá)15.2%，土體有效應(yīng)力增加明顯。土體強度參數(shù)測試結(jié)果顯示，內(nèi)摩擦角φ由原來的19°～21°提升至24°～26°，黏聚力c由18～25 kPa提高至28～35 kPa?；跇O限平衡法計算，邊坡整體安全系數(shù)由原來的1.15提升至1.52，滿足規(guī)范要求的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。同時，在深層滑移帶附近，土壓力監(jiān)測儀記錄到的峰值土壓力減少了約38%，表明治理后深層應(yīng)力狀態(tài)得到了較大的釋放和優(yōu)化。

結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測結(jié)果表明抗滑樁—錨索組合支護(hù)體系工作性能良好?？够瑯稇?yīng)力應(yīng)變監(jiān)測顯示，樁體彎矩分布呈典型拋物線形態(tài)，最大彎矩值3 256 kN·m出現(xiàn)在樁身1/3處，未超過設(shè)計極限值4 500 kN·m。預(yù)應(yīng)力錨索軸力衰減監(jiān)測結(jié)果顯示，錨索軸力損失率穩(wěn)定在6.8%，低于規(guī)范允許值12%，體現(xiàn)了錨固系統(tǒng)的可靠性?；炷吝B系梁應(yīng)變值穩(wěn)定在185 με以內(nèi)，最大裂縫寬度僅0.15 mm，遠(yuǎn)小于控制值0.3 mm，表明支擋結(jié)構(gòu)整體性良好。

綜合各項監(jiān)測指標(biāo)分析，本工程采用的邊坡支護(hù)技術(shù)方案取得了顯著的治理效果，不僅有效控制了邊坡變形，還實現(xiàn)了支護(hù)結(jié)構(gòu)與邊坡體的協(xié)同工作，為類似工程的災(zāi)害治理提供了可靠的技術(shù)參考。

5 結(jié)束語

通過深入分析某省山區(qū)水庫除險加固工程中的水工環(huán)地質(zhì)災(zāi)害特征，提出了一套系統(tǒng)的邊坡支護(hù)技術(shù)實施方案。從現(xiàn)場勘察與評估的科學(xué)開展，到支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化創(chuàng)新；從施工工藝的精細(xì)管控，到監(jiān)測預(yù)警體系的全面建立，這些措施涵蓋了邊坡支護(hù)工程的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。研究表明，通過系統(tǒng)實施抗滑樁—錨索組合支護(hù)體系，配合完善的排水工程和監(jiān)測預(yù)警措施，工程成功將邊坡深層位移速率控制在0.023 mm/d

以下，安全系數(shù)提升至1.52，有效解決了壩肩滑坡帶來的安全隱患。

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