杨 丽

(广东宇源水利发展有限公司,广东 梅州 514000)

0 引言

水库水位受到降雨、干旱等问题的影响,实时干扰着水库坡体内动静水压力。软弱带遭到浸泡之后,土体的抗剪强度开始减小,水库相关工程建设施加的荷载受到坡体稳定性的影响,也会出现较大的波动,造成水库滑坡的隐患[1]。从孔隙水压力的角度来看,水库出水的渗流方向,同样影响着水库坡体的稳定性。水库水位的变化速率与坡体稳定性呈负相关,滑带上下的岩土层渗水环境存在一定的差异。当水库水位下降时,滑坡稳定性变化趋势呈现为“减-增-减”;当水库水位上升时,滑坡稳定性变化趋势呈现为“增-减-增”[2]。也就是说,水位上升时的坡体稳定性系数大于水位下降时的坡体稳定性系数。

正是受到水位上升、下降的循环差异影响,滑坡的前缘、中部、后缘均会受到一定程度的形变,造成水库的牵引式滑坡隐患。考虑到水库工程施工条件的艰难性,研究人员根据水位变化、坡体稳定性、坡体岩土结构等特点,选用抗滑桩作为水库除险加固工程的构件。抗滑桩安装完成之后,水位在周期性变化的过程中,能够减少滑坡的阻滑力,在不断循环的水库水位中,保证水库坡体处于一个较为稳定的状态,从而确保工程的加固效果。为了更加真实地反映抗滑桩的应用性能,本文研究了水库除险加固工程中抗滑桩的设计分析这一课题。

1 水库除险加固工程中抗滑桩设计

1.1 钻进水库加固岩土层抗滑桩孔

本次工程主要采用了微型抗滑桩施工,并采用机械钻孔的形式快速钻进桩孔,保证抗滑桩整体施工效率。在抗滑桩施工的过程中,本文对施工现场潜孔锤钻进钻速对成孔速度作出记录,如下表1所示。

表1 抗滑桩孔位钻进作业表

如表1所示,本次工程在水库坡脚处11 m深的位置钻孔,钻孔号分别为1-3-W、1-5-W。钻进桩底部位时,采用1.5 m的跟管钻进,耗时30 min左右。钻进碎石层与颗粒大的岩层时,钻进速率降低。水库除险加固工程深部岩石坚硬,本文将岩层划分成地面至地面以下2 m、地面以下2 m至地面以下6 m、地面以下6 m至桩底部。根据不同的岩层类型,选用不同的钻头与钻进速度,确保钻进效率符合施工需求。

1.2 调整水库除险加固工程抗滑桩位间距

本文将抗滑桩布置在滑坡前缘,通过调整水库除险加固抗滑桩位间距,减少水库除险工程的蓄水形变隐患。本次工程选取三组不同长度的抗滑桩,分别为18 m、20 m、22 m,将其放在地面至地面以下2 m、地面以下2 m至地面以下6 m、地面以下6 m至桩底部的钻孔中,桩间距调整情况如图1所示。

图1 桩间距调整示意图

如图1所示,抗滑桩在加固工程中,长度越长加固效果越佳。本文在水库滑坡较陡的位置,布置间距较短、长度较长的抗滑桩;在水库滑坡较平缓的位置,布置间距较长,长度相对较短的抗滑桩,确保工程加固效果。

1.3 进行水库加固抗滑桩注浆施工

在水库滑坡遭到破坏时,主要是沿着平行于岩层面的方向发生剪断破坏。此处存在较多的结构面岩块,抗剪性能较差。在水库水位循环的过程中,水的渗流作用导致加固功能的内部损坏。本文根据水库加固工程区域的水位变化情况,计算加固工程的剪应力,公式如下:

(1)

式中:γ为加固工程的剪应力;P为水库滑坡的破坏荷载;A为加固平面剪切面积;α为抗滑桩安装角度;F为抗滑桩与加固平面之间的摩擦系数。根据γ确定抗滑桩的弯矩,公式如下:

M=α·G/L

(2)

2 实例分析

2.1 工程概况

为了验证本文设计的抗滑桩是否具有加固效果,本文以兴华水库为例,对上述技术进行实例分析。兴华水库属梅江水系,于1954年修建,主要为防洪、灌溉的综合性利用工程,是小(2)型水库。水库采用均质土坝,坝址以上集雨面积为2.12 km2,河长约2.65 km,河道比降约为0.008。就目前来看,兴华水库的总库容约5.512×106m3,正常蓄水位相应库容约为3.368×106m3,死库容约为6.8×104m3。水库设计灌溉面积651.9亩,为下游人口10 000多人、耕地4 100亩,以及下游村道、通讯、电力等设施的安全提供了保障。受到当时条件的制约,兴华水库逐渐不能满足当前灌溉、防洪需求,大坝、输水涵管等存在不同程度的安全隐患。因此,本次工程承担了兴华水库的除险加固工作,利用抗滑桩加固水库,确保水库的加固效果。抗滑桩加固剖面如图2所示。

图2 抗滑桩加固剖面图

2.2 应用结果

在上述施工条件下,本文随机选取出330 m(相对高度50 m)下降至300 m(相对高度20 m)、350 m(相对高度50 m)下降至330 m(相对高度20 m)、400 m(相对高度50 m)下降至350 m(相对高度20 m)等水库水位变化情况,此过程中坡体前缘、中部、后缘均存在不同程度的形变。在最大孔隙水压力一致的条件下,使用本文设计的抗滑桩施工技术的抗滑桩桩身弯矩在最大弯矩范围内,则可以保证加固效果。应用结果如下表2所示。

表2 应用结果

如表2所示,在水库水位上升的过程中,受到岩土渗透的滞后影响,邻近水库一侧的孔隙水压力增加较快,抗滑桩的有效应力随之减小,无法适应水库除险加固环境。本文将水库水位划分成多个循环模块,水位从最高水位降至最低水位的过程中,坡体前缘、中部、后缘均存在不同程度的形变。在此条件下,本文为水库水位循环模块设置了水库除险加固工程抗滑桩桩身的最大弯矩,在此弯矩范围内,抗滑桩桩身弯矩越小,抗滑桩加固效果越佳。使用本文设计的水库除险加固工程中抗滑桩的施工设计之后,抗滑桩桩身弯矩在坡体前缘与中部弯矩相对较大,后缘的弯矩相对较小。无论是前缘、中部还是后缘,抗滑桩的桩身弯矩均在最大弯矩范围之内,可以确保水库除险加固工程的加固效果,符合本文研究目的。

3 结语

近些年来,水库库岸稳定性受到研究人员的广泛关注,一旦库岸发生滑坡,不仅会对水库运行造成影响,还会对周围居民与建筑物造成安全隐患。由此可见,水库除险加固工程势在必行。水库水位变化的不同,导致库岸滑坡问题。水位持续上升,滑坡问题越发严重;水位持续下降,滑体又容易滑入水库,造成大型人员财产损失。为了确保水库加固工程的安全进行,本文研究了水库除险加固工程中抗滑桩的设计分析这一课题。从成孔、桩间距、注浆等方面,确保抗滑桩的加固效果,为水库除险加固工程提供安全保障。