摘要：某水电站厂房泥岩高边坡在开挖过程中，随着开挖的深入，边坡逐渐发生卸荷裂缝，在降雨的作用下，边坡重复出现浅层垮塌，对厂房造成安全威胁。通过对厂房泥岩高边坡采取“开挖修复、深层疏干、堆碴压脚、回填压重、坡面防护、系统排水”的综合治理措施，确保了厂房高边坡的安全与稳定。
关键词：泥岩高边坡；卸荷裂缝；垮塌；边坡治理
1工程概述
某水电站厂房泥岩高边坡呈“V”字型布置，左边坡高程EL.420m~EL.480m，右边坡高程EL.420m~EL.495m，均属于泥岩质高边坡，左右边坡每隔15m高设2m宽的马道，左右边坡“V”字型中间为电站压力管道布置部位，发电厂房位于高边坡坡脚下游，厂房室外高程EL.420m。厂房泥岩质高边坡平面布置图见下图1。
图1厂房高边坡平面布置图
2工程地质条件及边坡问题
厂房左右边坡EL.465m以上为覆盖层，覆盖层以崩积、残坡积碎石土为主，边坡面局部可见孤石。EL.465m以下为泥岩边坡，由黄色、黑色、白色、紫色、杂色等泥岩组成的厂房高边坡（含压力管道及管槽）对水具有很强的敏感性，即遇水会出现坡体软化甚至泥化，导致强度衰减，引起边坡稳定性大幅降低。
在厂房开挖过程中，厂房基坑深挖、两侧渗水引起坡脚泥岩软化、压缩形成倾倒拉裂变形，且大多数张开裂缝倾向基坑。雨季期间，在降雨的作用下，渗水进一步导致泥岩土化、饱和，强度降低且具备一定的流动性，从而引起高边坡坡体连续出现垮塌。2014年至2015年期间，厂房高边坡历经锚喷支护、框格梁加固、植草防护等反复治理措施，仍未有效解决厂房高边坡失稳的问题。厂房高边坡在开挖期间裂缝发展情况见下图2。雨季期间边坡垮塌情况见下图3。
图2 厂房高边坡开挖期间坡面拉裂缝分布图
注：【蓝线---老拉裂缝，红线---次新拉裂缝，黄线---新拉裂缝】
图3雨季期间边坡垮塌情况
3边坡变形机理分析
厂房基坑深挖（EL420m下挖至EL395.2m）后，四周山体及右岸冲沟溪水入渗、造成坡脚泥岩软化、引起边坡面开裂；在靠近高边坡的5#、6#镇墩基础（EL405m~EL.407m高程）切脚开挖后，诱发的后边坡开裂变形剧增，并形成坡体下部变形量大、上部变形量小的变形特征，属典型的“牵引式”变形。厂房高边坡岩层倾向山里，总体上呈反向坡，有利于边坡稳定。边坡变形裂缝多沿层理面优先发展、延伸，后向坡外产生明显的倾倒变形，属浅层变形破坏。因此，厂房高边坡的变形机理有以下特征：开挖卸荷、坡脚软化、牵引变形、浅层变形。同时，泥岩遇水具有弱膨胀性，干湿交替引起岩层收缩、膨胀，会在坡体中产生一定的收缩节理；雨季或一场大雨过后，雨水会沿收缩节理入渗坡体，从而引发坡体产生“脉冲式”的变形特征。
4边坡治理
根据边坡变形的成因、机理、对工程的影响以及潜在的威胁，结合本工程泥岩边坡开挖、处理经验，制定了厂房泥岩高边坡综合治理方案，简单概括为：“开挖修复、深层疏干、堆碴压脚、回填压重、坡面防护、系统排水”。
4.1开挖修复
首先对变形边坡(陡坡和松动坡体)进行削坡处理，修整深度1～15m不等，确保边坡能达到自稳；松动坡体无法进行削坡的应进行压实，对有拉裂缝的坡面进行人工回填密实；根据现场实际情况，对厂房右边坡变形比较严重的部位重新进行放线，适当调整边坡走向，改变边坡坡比，重新进行开挖，确保边坡坡比缓于1:1。开挖修复的原则为：边坡能够确保自身稳定。开挖修复布置图详见下图4。
图4厂房高边坡开挖修复处理平面布置图
4.2深层疏干
在厂房周围布置深部排水体结构（排水棱体），使渗流至厂房结构周围的地下水能沿“排水棱体”向下游尾水池中排泄，对厂房高边坡坡脚及下层岩体内的水起疏干的作用，避免坡脚饱和、软化变形。
4.3堆碴压脚
在厂房室外永久地面（EL420m）高程以下、边坡坡面与厂房结构之间应回填石碴，一方面起堆碴压脚作用，另一方面使回填石碴与排水棱体连接起来，扩大坡脚的疏干范围、有利于边坡长期稳定。
4.4回填压重
对厂房高边坡所属的管槽部位及两侧采取回填压重处理，回填布置情况详见图4。在回填处理过程中应注意以下两点：
回填料要求
根据现场实际情况，回填体采用碎石土回填（直径大于2mm的颗粒含量大于50%,最大粒径不大于100mm）。回填要用静压式压路机（大于15t）分层碾压，分层厚度不能大于50cm，靠近坡脚和压力管道附近采用蛙式打夯机分层夯实，分层厚度不大于20cm。压实后碎石土干密度不小于1.8g/cm3，土体压实度不小于0.96。碾压时特别注意对压力管道的保护，防止因碾压控制不当对压力管道造成破坏。
（2）排水盲沟布置
回填体内布置四层排水盲沟，盲沟尺寸为1m×0.5m（宽×高），排水盲沟采用反滤土工布包裹碎石或卵石的结构，碎石或卵石粒径不大于5cm，禁止采用棱角锋利的碎石，以免刺破土工布。反滤土工布采用长丝机织丙纶土工布，经/纬向最低强力100(kN/m)/70(kN/m),单位面积质量390g/m2,0.9mm<有效孔径 (Q95)<1.8mm,渗透系数在10-1 cm/s ～ 10-2 cm/s 之间，排水盲沟底坡度为0.5%。排水盲沟的具体做法见下图5。
图5排水盲沟布置图
4.5坡面防护
厂房高边坡管槽轴线两侧450m~465m高程间的边坡，属于高边坡的覆盖层且局部有孤石出露，采用框格梁加表面植草的方式保护，框格梁节点处用有3φ25的锚筋桩固定，锚筋桩深入边坡不小于6m。其余处理范围内的边坡坡面均植草防护，植草时需铺设一定厚度的熟土。框格梁的做法见下图6。
图6框格梁做法示意图
4.6系统排水
各级马道坡脚、新开挖边坡坡面及回填体坡面均布置横向排水沟和纵向排水沟，排水沟混凝土布置双向两层φ10的钢筋网；各级马道排水沟与马道外缘之间要用10cm的挂网喷砼或现浇钢筋混凝土保护，并延伸至下级边坡不小于30cm；各边坡坡面布置间排距5m，深4m，直径10cm的排水花管，排水花管用反滤土工布包裹，仰角10o，外露10cm；每个框格梁的中心部位设置一个排水孔；厂房EL.420m永久地面沿着高边坡坡脚设置有效宽度1.5m、深度1.2m的排水沟，确保边坡排水系统有效与之连接及排水畅通。各排水沟样式详见下图7。
图7排水沟示意图
5边坡治理效果
通过对该电站泥岩高边坡的综合治理，高边坡变形、垮塌问题得了有效的解决，目前处理后的高边坡已经历两个月雨季，边坡安全稳定。该高边坡现状详见下图8。
图8厂房高边坡治理效果图
6结论
通过对某水电站工程厂房泥岩高边坡治理经验的分析总结，以“开挖修复、深层疏干、堆碴压脚、回填压重、坡面防护、系统排水”的综合治理措施对厂房高边坡进行了有效的治理，确保了厂房泥岩质高边坡的安全与稳定，处理效果理想。该工程针对泥岩高边坡变形、垮塌处理的经验对类似工程、工况有很好的借鉴意义。
参考文献
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[4] 国家能源局.《水电水利工程边坡施工技术规范》DL/T5255-2010.2011.01.09
作者简介：
刘红志，（1986-），男，河南原阳人，助理工程师，从事建设工程施工技术与管理工作。
刘正文，（1987-），男，北京人，工程师，从事建设工程施工技术与管理工作。
论文作者:刘红志, 刘正文
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第10期
论文发表时间:2017/10/26
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