溢洪道边坡坍塌分析及采用自进式锚杆处理措施

溢洪道边坡坍塌分析及采用自进式锚杆处理措施

邹晨

云南建投第一水利水电建设有限公司云南昆明650217

摘要：某水库溢洪道工程布置于大坝右岸，溢洪道开挖边坡高达63.0m，右岸坡山体岩石风化强烈，岩体破碎、卸荷变形带深度在5～7m，经过一轮雨季，溢洪道调整段边坡发生大面积坍塌，针对坍塌段进行稳定分析，采用自进式锚杆加方格梁施工，在保证溢洪道施工安全与工程质量的前提下，此方案相比较预应力锚索施工更节约成本，此项措施可作为类似工程的参考。

关键词：溢洪道；坍塌；进式中空锚杆；方格梁网；边坡治理

1、工程概况

某水库溢洪道布置于大坝右岸，为有闸控制开敞式溢洪道，溢洪道由进水明渠段、控制段、调整段，曲线收缩段、泄槽段、挑流段组成，全长383m。曲线段（0+066～0+086）及收缩段（0+086～0+106）位于右岸凸出的山脊岸破，受地形影响，开挖边坡高，设计边坡的最大高度66m。按照地质建议的稳定坡比（1：0.75～1：1.0），设计边坡分为4级，每级高度15m，戗台宽1.5m，开挖坡比采用从下至上是一、二级1：0.75；三、四级1：1.0。

溢洪道调整段边坡在夜间发生大面积坍塌，里程0+035～0+076、高程范围1316.4m～1264.9m的边坡发生坍塌，没有造成人员伤亡和设备的损失。

2、边坡坍塌的原因分析

2.1地质原因

右岸坡山体岩石风化强烈，岩体破碎、卸荷变形带深度在5～7m，但溢洪道开挖边坡高达63.0m，卸荷变形带已经被挖除。岸坡基岩片理面倾向山内，对岸坡稳定有利。主要影响边坡稳定的是裂隙节理面，岩石结构松散，出现临空面后，岩体就容易产生挤压破坏变形。现场坍塌边坡揭露的情况，岩石强度低、裂隙节理发育，岩石结构松散，边坡坡脚开挖掏空后，形成临空面，岩体顺节理面浅层坍塌。

2.2自然原因

施工期安排在雨季，边坡坍塌前曾经有连续三个小时左右的暴雨，暴雨后山体内地下水使岩体软化，物理力学指标降低，并加大了岩体向下的重力，由于开挖后产生的临空面，再加上边坡本身的岩石风化强烈和破碎，边坡在地下水的作用下形成了坍塌。

2.3施工原因

分析整个溢洪道施工过程，可以看到溢洪道槽身基础开挖后，边坡被掏脚后造成坍塌，并没有及时浇筑溢洪道边墙，回填石渣料压脚，形成了边坡临空面。由于施工开挖后产生的临空面未能及时消除，因而形成岩体挤压破坏变形条件，是造成边坡坍塌的主要原因。

2.4坍塌边坡的稳定分析

①计算断面的选择

溢洪道设计边坡的稳定计算时，采用选取的0+054开挖边坡断面。

溢洪道沿线地层为变粒岩、石英片岩，强风化埋深30~70m，下覆弱风化岩石，岩体层面、片理面倾向山内，对岸坡稳定有利，溢洪道设计边坡采用1：0.75~1：1.0的坡比，开挖边坡的分台高度15m，戗台宽1.5m，开挖边坡高度10m~63m不等。

②分析计算

溢洪道坍塌段边坡的稳定计算选取0+054开挖边坡剖面，高度为63m。稳定分析通过计算典型剖面正常运用条件、非常运用条件Ⅰ和非常运用条件Ⅱ三种的边坡稳定安全系数进行分析，运用理正岩土工程计算分析软件5.6版，岩质边坡分析输入参数计算安全系数极限平衡法计算安全系数。

③分析结论

边坡的稳定计算分析结果，正常运用时安全系数K大于规范要求的最小安全系数。非常运用条件Ⅰ降雨饱和工况K＝0.98＜[K]＝1.10，不能满足规范要求。

3、坍塌边坡处理

3.1处理方案的选择

溢洪道边坡开挖支护施工，坍塌段上游里程0-055~0+034的边坡基本已经锚喷挂网支护完，下游段0+154~0+314里程的边坡也已经按设计要求开挖完毕。由于大坝施工过程中，按照施工需要，在大坝右岸布置（即溢洪道边坡）布置了三条不同高程的上坝道路，上坝道路的开挖使溢洪道里程0+154以下的边坡高度有所改变，开挖边坡的高度有所降低。

根据0+054断面坍塌后的边坡稳定分析，采用15m长和9m长的锚杆和格构梁加固后，安全系数K＝1.10，能满足规范要求的容许安全系数[K]＝1.10。本次边坡处理措施，考虑边坡岩石裂隙发育，结构松散，按照稳定分析计算结果，采用锚杆和格构梁加固，格构梁与锚杆连成整体，锚杆穿过计算滑弧锚入滑动体下盘的稳定岩石一定深度，使格构梁在边坡滑动时兜信松散岩体，并通过格构梁传力到锚杆。因此，采取锚杆锚固结合钢筋混凝土格构梁整体支护处理措施。

3.2总体布置

分析边坡发生坍塌的特点，主要是由于边坡山体片岩本身属软岩，风化强烈、岩体破碎，施工开挖后在边坡坡脚产生了临空面，这坡失去了支撑，加上雨水的作用，坡脚岩石变形破坏，引起上部边坡表层岩体发生了坍塌。从边坡稳定分析计算断面图也反映出，当靠近坡脚的边坡下部有锚杆支护时，边坡就稳定了，处理措施针对边坡坍塌的特点，主要是坡脚掏空，上部岩石变形破坏，采用自进式锚杆锚固边坡下部锁脚，通过注浆增加岩体的整体性，提高岩石强度，维持上部边坡稳定；再用锚筋桩支护坡脚，保证溢洪道槽身开挖时，不会发生坡脚岩石变形破坏。为防止边坡开挖后岩体表层断续风化、坡面的岩石层部掉块，采取钢筋混凝土格构梁护面或挂网喷锚支护的工程措施护面，边坡坡顶以上设排水沟截断地表水，边坡坡面设置排水孔排除山体内的渗水，保证设计边坡的稳定安全。

3.3处理措施

0+034~0+154段这坡坍塌处理措施具体的布置是：0+034~0+154溢洪道边墙以下锚筋桩护脚；边墙以上15m高度下采用15m长φ32的中空自钻式锚固边坡，结合钢筋混凝土格构梁护坡，15m~30m高度边坡采用9m长φ32的中空自钻式锚杆锚固边坡，结合钢筋混凝土格构梁护坡，30m高度以上边坡采用6m长φ25的中空自钻式锚杆锚喷挂网支护。鉴于边坡坍塌发生主要是边坡掏脚，形成临空面造成的，为避免发生边坡掏脚造成岩石变形破坏，采用锚筋桩护脚。

削坡,根据对坍塌边坡的现场查看，边坡坍塌后里程0+076~0+097段第三级戗台发生蠕动变形，变形宽度300mm~400mm，坡面出现裂缝。此戗台以下的坡面处理，先拆除表面开裂混凝土，削去松散的岩体。

锚杆锚固,采用φ32的中空自进式锚杆，长度9m~15m，间距3m。参照《水利水电工程锚喷支护技术规范》（SL377－2007），锚固体与岩石极限粘接强度＝300kPa（按Ⅴ类围岩计），安全系数按俯孔k1＝1.5，锚固体（钻孔）直径D＝32mm+20mm=52mm。长度L＝15m中空自进式锚杆：锚杆直径D=32mm，计算取值考虑滑弧下的锚固长度La=10m。设计锚杆锚固力nt=326kn

自进式锚杆注浆压力不低于0.5Mpa。

格构梁加固,C25钢筋混凝土格构梁沿坡面布置成菱形，格构间距3m，断面尺寸300mm×250mm（高×宽）;锚喷挂网,喷混凝土厚10cm，挂网φ6间距300mm，φ25的中空自钻式锚杆长度L＝6.0m间距3m;锚筋桩,φ110锚筋桩长度10m，间距1.5m，杆体采用一束3φ25钢筋。还未开挖的溢洪道基础为避免再出现掏脚，造成边坡坍塌的情况，要求隔仓开挖。溢洪道基础开挖和边坡开挖要避开雨季施工。

结语：

坍塌边坡采取锚筋桩护脚、锚杆加固结合钢筋混凝土格构梁护面处理措施。边坡在施工期和运行期都必须加强表面及内部的排水，并应作好边坡的观测，特别是施工期的变形观测，及时掌握变形情况，保证边坡的安全稳定。在施工期和运行期，应建立完整的边坡观测系统，对边坡进行位移和变形观测，并结合大坝绕坝渗流观测，可进行边坡的地下水位观测。