(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563000)

1 工程地質(zhì)條件

石壩河水庫工程位于仁懷市茅臺鎮(zhèn)境內(nèi)，所在河流屬赤水河二級支流，壩址以上流域面積22.6km2，總庫容149萬m3，規(guī)模為小(1)型水庫。工程任務為人飲及釀酒工業(yè)供水，年供水量219萬m3。工程邊坡位于大壩下游左岸，是大壩施工期及運行期主要運輸通道，建設總工期30個月。邊坡地形為緩斜坡地形，主要為階梯狀地形，人工棄渣堆填形成現(xiàn)狀坡面形態(tài)，坡高50～60m，順坡向長200～220m，坡寬155～165m。邊坡地形總體前緩后陡，綜合地形坡度20°～30°。地質(zhì)勘察分別在邊坡前緣、中部和后緣布置三條勘探線，設8個勘探孔。經(jīng)勘探孔揭露，坡面區(qū)域均為第四系殘坡積黏土夾碎石及人工開挖棄渣覆蓋，深度多為 5～9m；下伏基巖地層為侏羅系中統(tǒng)自流井組(J2z)薄層泥巖為主夾少量砂巖，巖層產(chǎn)狀N40°～55°E/NW∠47°～60°。巖層走向與坡面斜交，邊坡結(jié)構(gòu)總體為斜向巖土質(zhì)混合邊坡，區(qū)內(nèi)構(gòu)造以裂隙為主。區(qū)內(nèi)地下水主要為孔隙水、基巖裂隙水等類型，地下水主要靠大氣降雨及附近酒廠生產(chǎn)廢水、居民生活污水補給，然后順坡向沿表層松散堆積層、基巖強風化密集帶向河床排泄。

2 邊坡穩(wěn)定性評價

2.1 邊坡變形過程及變形性質(zhì)

邊坡上部為酒廠和民房區(qū)，分布酒廠17家、民房約20棟，邊坡長期處于蠕變、滑移中。水庫工程施工前居民房屋院壩、酒廠廠房和窖坑均已出現(xiàn)裂縫。同時，上壩公路高擋墻的實施加劇了邊坡變形破壞，經(jīng)半月持續(xù)觀察，邊坡前緣明顯擠壓、隆起、滑出，隆起高度0.2～0.3m，且呈現(xiàn)加劇惡化發(fā)展趨勢，臨時板房四周裂縫增多，對坡面上部酒廠及居民房造成較大安全隱患。邊坡變形坡體典型剖面，如圖1所示。

圖1 大壩下游左岸邊坡典型剖面

實測蠕滑變形體最大坡高約70m，最大寬度約160m，滑移深度6～11m不等，影響面積約3萬m2，總方量約18萬m3，邊坡變形體為斜向巖土質(zhì)混合邊坡。坡體出現(xiàn)多處橫向和縱向拉張裂縫，裂縫長度一般 6～9m，寬約5～7cm，可見深度一般在0.2～0.8m，坡體前緣出現(xiàn)少量的滲水現(xiàn)象，變形體屬于淺表層推移式滑坡。

2.2 邊坡變形原因

據(jù)邊坡變形破壞跡象及發(fā)展過程分析，變形破壞主要原因為：?邊坡地形總體上陡下緩，擋墻以上由于平場填渣及公路內(nèi)側(cè)放坡開挖形成陡坎和陡坡型式的滑移臨空面；?坡面覆蓋層較厚，且結(jié)構(gòu)松散，黏聚力低；下伏淺表層巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體風化破碎；受水軟化及飽水情況下，巖土體物理力學指標急劇下降；?邊坡上居民生活污水及酒廠生產(chǎn)廢水隨意排放，加之邊坡排水不暢，土體及強風化破碎巖體長期處于飽水狀態(tài)，物理力學性質(zhì)驟減，導致坡體蠕滑變形破壞；?上壩公路擋墻及平場土石渣人為增加荷載，施工機械不斷擾動加速了坡體的蠕滑。

3 邊坡加固方案比選

坡面治理可采用削坡減載、坡面格柵加固、擋土墻及抗滑樁板墻結(jié)構(gòu)等方案。由于石壩河水庫工程出渣難度極大，邊坡支護措施不宜選擇新增大量工程棄渣方案，應盡量選擇開挖量小、施工快，對邊坡干擾較小的支護方案。削坡減載不但棄渣工程量較大，且后側(cè)上方緊靠酒廠，不具備削坡條件，故不采用；擋土墻支擋，施工技術相對簡單，但由于該處邊坡覆蓋層較厚，擋土墻基礎開挖量和填筑量均較大，深基礎開挖宜形成土質(zhì)高邊坡，對邊坡穩(wěn)定不利，且棄渣量較大；坡面格柵加固在覆蓋層邊坡中效果不佳，同樣不宜采用；而抗滑樁支擋開挖量和填筑量均較小，施工技術雖較其他方案復雜，但施工快，且對邊坡穩(wěn)定干擾較小，固坡效果好。結(jié)合石壩河水庫工程邊坡特點及破壞的影響程度，綜合工程布置、施工組織及工程投資等方面，優(yōu)選抗滑樁作為邊坡支擋措施。同時，由于邊坡變形發(fā)展速度快且上部酒廠規(guī)模較大，故優(yōu)選成樁速度快、能夠更早地發(fā)揮邊坡支擋作用的機械成孔樁。

4 邊坡加固支護設計

4.1 邊坡工程級別及設計參數(shù)取值

根據(jù)《水利水電工程邊坡設計規(guī)范》邊坡等級劃分[1]，邊坡破壞帶來的危害程度嚴重，確定邊坡等級為4級。地質(zhì)勘察揭露，場地主要地層為碎石黏土覆蓋層、強風化泥巖及弱風化泥巖，各層巖土物理力學參數(shù)取值，如表1和表2所列。

表1 巖土物理力學指標(1)

表2 巖土物理力學指標(2)

依據(jù)“水利邊坡工程”和“建筑邊坡工程”規(guī)范，4級邊坡正常運用條件下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取1.10，但邊坡上部為廠房建筑，故酒廠下緣邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取1.30，其余邊坡取1.10?？够瑯对O計時，嵌固端位于弱風化中、上部基巖內(nèi)，其地基系數(shù)k參照GB 50330—2013附錄G取200MN/m3[2]。

4.2 邊坡支護加固方案

4.2.1 設計原則及方法

邊坡設計采用極限平衡法，工況考慮一般工況及暴雨工況。抗震烈度為6度，可不考慮地震作用。抗滑樁工程設計采用“地基系數(shù)法”[3]，計算采用理正巖土邊坡穩(wěn)定分析模塊及抗滑樁設計模塊。

4.2.2 邊坡穩(wěn)定計算

分別采用圓弧滑動和折線滑動計算現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，其中：圓弧滑動穩(wěn)定計算時采取給定圓弧出、入口范圍搜索危險滑面；折線形滑動穩(wěn)定計算時采取自動搜索最危險滑面(給定出、入口點范圍)。根據(jù)不同安全系數(shù)分別計算剩余下滑力，取大值。邊坡典型斷面穩(wěn)定性計算成果，如表3所列。

從表3可知，邊坡在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在飽水狀態(tài)下由于巖土體物理力學指標急劇下降，部分斷面邊坡穩(wěn)定接近臨界狀態(tài)，多數(shù)斷面安全系數(shù)偏低，邊坡穩(wěn)定存在安全隱患。為保障上部酒廠及居民生命財產(chǎn)安全和大壩施工通道，上壩公路高擋墻及酒廠下緣應及時進行邊坡綜合治理。

表3 邊坡典型斷面穩(wěn)定計算成果

4.2.3 邊坡支護加固抗滑樁設計

邊坡綜合治理方案包括邊坡支護和排水，抗滑樁結(jié)構(gòu)機械成孔成樁速度快，對應急工程有利[4]。機械成孔樁徑統(tǒng)一采用1.5m圓樁，樁板墻結(jié)構(gòu)布置于河岸和臨時板房后側(cè)；抗滑樁布置于酒廠下緣和上壩公路擋墻前緣，總體分三排布置，如圖2所示。

圖2 上壩公路邊坡治理平面布置

酒廠下緣A類抗滑樁共布設23根，其中A1～A12號樁中心間距為6.0m；A13～A23樁中心間距為4.0m。上壩公路擋墻前緣B類抗滑樁布設14根(B1～B14)，樁距為4.0m。板房后側(cè)樁板墻結(jié)合上壩公路拓寬改造進行布置，共布設C類抗滑樁12根(C1～C12)，其中C7～C9號樁中心間距為4.0m，其余樁中心間距為6.0m；擋土板沿樁內(nèi)側(cè)布置，板高4.0m，板厚0.4m。河岸共布設D類抗滑樁39根(D1～D39)，樁距均為3.5m，擋土板沿樁內(nèi)側(cè)布置，擋土板高度均為5.5m，板寬為3.5m，板厚0.4m。

4.3 支護加固抗滑樁結(jié)構(gòu)計算

邊坡現(xiàn)狀處于淺表層的蠕動滑移中，大面積滑動可能性較小，除上壩公路前緣坡面相對較陡外，其余邊坡段坡度較緩，對邊坡有一定阻滑作用，故邊坡剩余下滑力均較小?？够瑯督Y(jié)構(gòu)設計按主動土壓力作用計算更為合理，且不考慮樁前覆蓋層被動土壓力作用，結(jié)構(gòu)嵌深、樁徑、樁間距及配筋均由土壓力作用驗算。酒廠下緣抗滑樁結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，其余抗滑樁取0.9，土壓力荷載分項系數(shù)取1.2，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全系數(shù)取1.15，綜合分項系數(shù)取1.35。因邊坡坡面土體長期處于飽水狀態(tài)，故邊坡抗滑樁驗算中的土層和巖體物理參數(shù)均考慮在飽和狀態(tài)。邊坡支護加固典型抗滑樁結(jié)構(gòu)設計計算成果，如表4所列。

表4 典型抗滑樁結(jié)構(gòu)設計計算成果

從表4可知，抗滑樁按懸臂梁考慮，樁頂最大位移為29mm<18000/350=51.4mm，且嵌入段最大位移小于10mm，滿足規(guī)范要求。按計算成果進行樁身配筋，主筋直徑取28mm，配筋面積不得小于計算最大縱筋面積，且最小配筋率應大于0.6%。環(huán)向螺旋鋼筋采用光圓鋼筋，鋼筋直徑考慮人工綁扎條件。樁身及拉梁混凝土等級均采用C30。擋土板按單向板考慮，實配橫向受力筋直徑為20mm，縱向分布筋直徑為16mm，縱橫向鋼筋均按雙層布置，間距均為250mm，擋土板實配鋼筋滿足計算和構(gòu)造要求。

4.4 抗滑樁成樁質(zhì)量檢測

抗滑樁成樁質(zhì)量檢測，包括樁身完整性和樁身抗壓強度檢測。樁身混凝土質(zhì)量檢測采用低應變法、聲波透射法及鉆孔取芯法進行質(zhì)量綜合檢測。根據(jù)《水利工程質(zhì)量檢測技術規(guī)程》要求，原則上每根樁為1個檢測單元，但規(guī)范適用于大中型水利工程，小型水利工程參照執(zhí)行[5]。結(jié)合石壩河水庫工程邊坡變形特點，抗滑樁總數(shù)為88根，且為非樁基工程，抗滑樁質(zhì)量檢測數(shù)量按不少于總樁數(shù)的30%進行，其中：低應變法檢測8根；埋管聲波透射法檢測10根；鉆芯檢測抽檢10根。抗滑樁成樁質(zhì)量檢測全部合格，樁身完整性較好。

5 結(jié) 論

抗滑樁主要用于建筑樁基、公路邊坡支護及海防工程中，在水利工程中應用相對較少。相比常規(guī)重力式擋墻結(jié)構(gòu)，抗滑樁機械成孔樁技術成熟、施工速度快，且施工干擾較小，適用于邊坡應急支護處理工程。石壩河水庫大壩下游邊坡采用抗滑樁支護加固處理后，目前已經(jīng)歷了一個汛期考驗，邊坡變形得到有效控制，抗滑樁成樁質(zhì)量較好、邊坡穩(wěn)定性得到提高。