水電工程邊坡是指因建筑物布置需要經開挖形成的人工邊坡及對工程安全有重大影響的近壩自然邊坡。人工邊坡一般不看作獨立的水工建筑物,而是水工建筑物的重要組成部分,其穩定性直接關系到工程安全和生產安全;滑坡體、堆積體、變形體等近壩自然邊坡的穩定性影響到工程施工及蓄水運行的安全。水電工程曾發生過邊坡開挖和水庫蓄水引發的嚴重滑坡事故,造成生命財產和工程建設的重大損失。實踐表明“水電工程從籌建準備開始,碰到的首要工程技術問題就是邊坡問題”。
與公路、鐵道、礦山和民用建筑物等邊坡相比,水電工程邊坡具有開挖深、高度大、規模巨、地質條件復雜、治理難度高等特點。我國已經建設或正在建設的大型骨干水電站,如三峽、龍灘、小灣、拉西瓦、錦屏一級等工程都碰到過嚴峻的高邊坡或巨型滑坡治理問題。小灣水電站,其右岸壩肩邊坡高達700米,三峽工程庫區中存在十多處近億立方米的滑坡體,拉西瓦水電站上游左岸存在著高達700米的巨型潛在不穩定山體,龍灘水電站左岸存在總方量1000萬立方米傾倒蠕變體等。這些工程邊坡的規模和所包含的技術難度都是空前的。
邊坡治理主要針對巖土體的抗滑穩定和變形穩定進行研究。一般通過綜合地質勘探技術,加深對各類邊坡工程地質條件和物理力學特性的認識,深入了解邊坡的邊界條件、滑動模式,通過試驗或工程類比確定邊坡巖土材料的抗剪強度參數及變形模量。在做穩定分析時需建立和完善邊坡工程地質力學模型和物性參數數據庫,結合工程特點選用剛體極限平衡法、有限元法、邊界元法、塊體單元法、離散元法等數值解法等對邊坡抗滑或變形穩定性進行綜合分析。對穩定性不滿足要求的工程則進行加固處理。
邊坡加固處理和支護措施設計需結合工程特點,按照“安全適用、經濟合理、技術先進、確保質量”的原則進行。邊坡加固處理主要包括優化邊坡體型、地表地下排水、減載或壓坡、深層或淺層錨固(預應力錨索、錨桿)、抗滑結構(抗滑樁、抗剪洞、錨固洞)及組合加固等。一般都經技術經濟比較后采取綜合措施進行加固治理。
大型水電工程邊坡施工要進行控制爆破,合理控制開挖下切速度;在邊坡開挖的同時做好加固和支護的及時跟進;對超長超深錨索需做錨索施工工藝策劃和必要的施工試驗,對松軟地層或有空洞地層中的錨索或錨索鉆孔施工還要做好成孔注漿的施工控制;對深大抗滑樁施工要考慮開挖出渣策劃、樁壁穩定支護,等等施工關鍵因素。
對于大型復雜邊坡,除采取及時有效的加固處理和支護措施外,還要布設完善、先進的安全監測儀器或設施對邊坡的變形、應力應變及滲透壓力等加以動態監測。對邊坡穩定監測成果要及時分析和反饋,確保邊坡施工期和運行期的安全,必要時調整或補充加固治理措施。同時,開展邊坡穩定狀況的預警預防。
此外,隨著社會和經濟的不斷發展,人們對邊坡施工環保提出了更高的要求,水電邊坡治理要本著環境友好的理念,盡可能少開挖和破壞植被,對已破壞的植被,盡可能及時恢復、綠化。
我國已成功治理了一大批高大邊坡。從目前運行和監測的情況看,這些邊坡都是穩定的,說明按抗滑穩定和變形穩定控制后,水電工程邊坡是安全的,現行規程規范是適用和有效的。
例如,天生橋二級水電站廠區邊坡是我國第一個總高超300米的水電工程高邊坡,由多個工程邊坡和滑坡體邊坡組成,地質條件極為復雜。經周密的地質勘察和穩定分析,采用抗滑樁、削坡減載、預應力錨桿錨索、排水、淺表支護等綜合治理措施后,廠房區高邊坡的長年運行和監測成果表明邊坡處于穩定狀態,而且有一定的安全儲備。
再以汶川地震中的邊坡為例,據水電工程震損調查,在汶川大地震中,經過人工處理的水電站邊坡的穩定性也接受了考驗,所有處理過的邊坡沒有一處發生滑坡等次生災害,證明了水電工程邊坡治理的可靠性。
(審核編輯: 智匯李)
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