大型堆积体工程地质研究与治理措施

8.2.3.1　堆积体边坡

堆积体边坡包括枢纽工程区、临建工程区及移民工程区涉及的堆积体工程边坡。堆积体边坡地质灾害主要为滑坡、大变形及坡面泥石流等灾害。处理是为防止边坡条件恶化和增加堆积体稳定性所采取的措施，其可分为保护性处理和加固性处理两类。

保护性处理是为防止堆积体边坡条件恶化所采取的措施，对堆积体边坡具有通用性。一般认为，堆积体强度及滑移面强度是一个与时间参数有关的变量，并有随时间强度呈降低的关系，当强度降低到不能保证堆积体稳定时，即发生变形或失稳破坏。因此，保护性处理对防止堆积体充水软化润滑，使堆积体体及滑移面强度保持长期稳定，保证堆积体的长期稳定至关重要。

加固性处理是针对堆积体出现不稳定或变形情况时所采取的增加抗滑力或减小下滑力的措施，其重要特征之一是有针对性，一般应在堆积体边界条件清楚或堆积体开挖面揭露的不稳定条件明确的情况下采取的措施。使堆积体保持稳定是堆积体处理的最终目的，加固性处理是达到这一目的的直接手段，它具有针对性和时效性的特点；而良好的保护性处理是保持堆积体边坡稳定，使加固处理得以起到预期作用的保证。在选择堆积体处理措施时，应选择技术上可行、经济、对工期影响最小的方案。

堆积体边坡治理常用的措施有：排水、坡面保护、削坡减载、坡脚反压、预应力锚索及抗滑桩等。

(1)排水。水对堆积体稳定有较大影响，因为它同时具有冲刷和软化、润滑及增大荷重与下滑力的作用。大部分堆积体的失稳都发生在雨季，特别是当滑面或张拉裂缝受水压作用时，失稳概率大大增加。因此，为防止水从坡面下渗、冲刷，应设置好排水沟，并做好排水沟的封闭。同时要做好坡内排水，如设置排水洞或排水孔，尽量疏排地下水，这对保证堆积体边坡的稳定十分必要。排水措施即可作为临时应急措施，也可作为永久处理措施加以使用。

(2)坡面保护。对于结构松散、或受滑移面控制、稳定性较差的堆积体，放缓开挖坡角不意味着能保持稳定。堆积体坡角是影响其稳定的一个重要因素，即便是稳定的坡角，也应对堆积体进行保护，防止地表水下渗和坡面冲刷，否则影响整个堆积体的排水效果。临时坡面保护一般用塑料薄膜或土工织物，永久保护一般则选用框架梁间植草、喷混凝土封闭等。

(3)削坡减载。对安全系数偏小、可靠性不够的堆积体灾害(如大变形和滑坡)，削坡减载是一种处理方法简单，效果好的手段。具有放坡地形地质条件，多开挖，少支护应为处理的基本原则。削坡减载即可作为应急措施，也可作为主要处理措施加以使用。

(4)坡脚反压。反压是对堆积体阻滑段切脚效应的强力补偿，能快速有效的控制堆积体的变形或减缓滑移速率。坡脚反压一般作为变形堆积体应急处理措施使用，效果较为明显。

(5)预应力锚索。预应力锚索主要用于堆积体滑移控制面较为清楚的情况。由于预应力锚索是先施加预应力，属于一种主动支护，能够提供有效的抗滑力，对堆积体扰动也较小，广泛应用于变形堆积体的处理，即可作为应急措施，也可作为永久措施。锚索的具体锚固深度、位置、方向、吨位和数量，应视滑面、下滑力、堆积体下部相对完整岩体性状等确定。为取得应有的效果，堆积体预应力锚索常和锚拉板及框格梁联合使用。

(6)抗滑桩。抗滑桩只有在堆积体变形失稳时才承担支护作用，属于一种被动支护，但施工简单，在堆积体地质灾害(如滑坡或大变形)处理中常被采用，且效果较好。对变形滑移范围较大，且对工程安全影响较大的堆积体，可采用抗滑桩支护。近年来多个工程采用抗滑桩作为滑坡处理措施取得较好效果，如小湾水电站饮水沟堆积体及梨园水电站念生垦沟堆积体等均采用了抗滑桩支挡措施。考虑当堆积体距工程较近、稳定性不够、而堆积体的体形特征基本具备布置抗滑桩、锚索的加固条件时，宜采取抗滑桩及锚索框格梁的处理措施。

大型堆积体一旦发生变形，必须采取及时有效的综合治理措施，避免灾害的进一步发展。不少水利水电工程涉及大型堆积体大变形地质灾害处理问题(如小湾水电站饮水沟堆积体、梨园水电站念生垦沟堆积体、黄登水电站布纠河堆积体、紫坪铺水利枢纽工程坝前堆积体、鲁布革水电站发耐堆积体、三江口水电站泗南江乡堆积体、溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体等)，边坡虽然先后发生过不同程度的变形或破坏，由于及时采取有针对性的综合治理措施，最终均得到了有效治理。如四川省丹巴县城坐落在古滑坡堆积体上，自20世纪90年代以来，新城迅速扩展，建设用地严重不足，致使在滑坡堆积前缘开挖要地，最高切坡达28m。由于未采取科学合理支护，诱使古滑坡复活，位移量达50mm/d，滑移体积达250万m3，新城面临被摧毁的危险。在应急治理中，及时在滑坡前缘堆载约7170m3的沙袋压脚，主要作用是减缓滑坡下滑速率，为锚索施工争取时间，位移量明显降低为5mm/d，有效控制了整体滑动，同时，在滑坡中前部施加了6排516束1300k N级的预应力锚索，32根抗滑桩，明显提高了整体稳定性，见图8.6。

图8.6　大渡河丹巴县城堆积体滑坡灾害综合治理

再如小湾水电站饮水沟堆积体，位于左岸坝间，2003年12月开始出现蠕滑变形迹象，采取“强开挖、弱支护”方案，布设系统的变形监测网，进行排水，随后变形有所加剧，按照分区分期治理的原则，及时采取了综合治理措施。包括：①系统排水：设置开口线截水、地表和地下分段引排、深浅结合与反滤并举的完善体系，充分利用公路系统迎送地表径流、堵截引排入江；②减载与反压：对边坡主滑段的削坡与阻滑段切脚效应进行强力补偿，采用了与支挡和锚固措施共同工作，侧重“借地使力”反压体系；③抗滑支档与锚固：对深厚覆盖层(最深超过60m)边坡实施大规模的预应力网板锚索支护(锚索总量超过2000束)，在支护结构上采用“桩-锚-墙”联合受力并结合反压的受力结构、孔深达92m的1800k N级预应力锚索、桩深近80m的桩-桩(3m×5m)联合受力刚架、截面尺寸达4m×7m的锚索-桩-板墙联合阻滑及反压结构等措施对堆积体进行综合治理；④环保措施：在具备条件的部位，尽量采用了网格植草护坡技术，以达到美化和环保的目的。在坡面泥石流易发地段，采取系统引排地表水、坡面绿化及坡面保护等综合治理措施；⑤信息化动态治理：在充分研究影响边坡稳定主要因素的前提下，基于信息化动态治理理念，分期、分区、分部位选择合理的安全控制标准并逐步实施工程措施，达到堆积体边坡治理经济合理、稳定安全的最终目标。见图8.7。

图8.7　澜沧江小湾水电站饮水沟堆积体大变形综合治理

堆积体边坡治理设计趋向贯彻“以人为本”的安全方针，注重堆积体环境边坡的治理。对处在工程区范围而工程又不触及区域内的大型滑坡、崩塌等堆积体等进行必要的防治，包括采用避、挡(挡墙、被动防护网)、封罩(主动防护网、封闭坡面)、填塞、局部锚固支护等治理措施。实际应用中，对具体实施方案的选择拟通过工程类比及处理措施敏感性分析，比较施工难度、处理效果、工程投资等方面因素，综合选取处理措施。

不少工程涉及堆积体边坡问题，由于重视勘察工作，有针对性地采取工程措施，保证了堆积体边坡的稳定，工程得以安全运行。如阿海水电站近坝库岸堆积体边坡(图8.8)、金沙江梨园水电站引水隧洞进口堆积体边坡(图8.9)、黄登水电站油库堆积体边坡(图8.10)、甸尾堆积体前缘岸坡(图8.11)及砂石加工系统堆积体边坡(图8.12)、观音岩水电站近坝库岸铅厂沟滑坡堆积体(图8.13)、小湾水电站工程区F3滑坡堆积体(图8.14)及金安桥水电站坝肩堆积体边坡治理(图8.15)等。

图8.8　金沙江阿海水电站近坝库岸堆积体治理

图8.9　金沙江梨园水电站下咱日堆积体边坡治理

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图8.10　澜沧江黄登水电站油库堆积体边坡治理

图8.11　澜沧江黄登水电站甸尾堆积体前缘岸坡治理

图8.12　澜沧江黄登水电站砂石加工系统堆积体边坡治理

图8.13　观音岩水电站库岸铅厂沟滑坡堆积体治理

图8.14　小湾电站F3滑坡堆积体抗滑桩治理

图8.15　金安桥水电站左岸坝肩堆积体综合治理

8.2.3.2　堆积体岸坡

堆积体岸坡主要指有堆积体分布的水库岸坡。水库堆积体地质灾害主要包括堆积体库岸滑坡、大变形及塌岸等灾害，一般发生在水库运行初期。水库大型堆积体一旦发生变形破坏，要治理稳定，难度大，成本高、周期长。因此一般按照“以人为本，确保安全”的原则进行治理。一般水库堆积体岸坡虽有变形和塌岸，但在预测范围之内或超出预测范围但不涉及人身财产及工程安全的不需进行专门处理，若涉及影响工程安全、移(居)民点稳定及专项复建工程或道路交通安全的堆积体岸坡地质灾害则需进行处理。如鲁布革水电站水库发耐堆积体蓄水后前缘产生了较大范围变形破坏，且堆积体上的建筑物产生大量的拉裂缝。通过专题勘察研究分析认为地下水动态对堆积体稳定性有一定影响，库水位连续大幅度快速下降时对堆积体稳定性产生较明显的不利影响；在强烈外在因素作用下，滑坡前缘的失稳范围可能进一步扩大，对水库工程的运行将产生一定影响；堆积体变形滑移对堆积体上居民(约400人)的生存安全造成重要影响，存在较大的安全隐患。故建议：水库冲沙时，需严格控制库水位降幅和下降速率；继续加强对滑坡的监测，分析其变化发展趋势。做好坡面排水设施及植树造林工作；为了确保人民生命财产安全，同时减少居民生活、生产等活动对滑坡的不利影响，对坡上村民进行搬迁。又如阿海水电站水库区新建堆积体蓄水后产生了大范围变形，后缘拉裂缝基本贯通，直接影响到其上部50户约300人的生产生活安全，同时还影响到旅游公路及跨江大桥的安全。因此开展了系统的变形监测和专门的地质勘察工作。采取的处理措施包括：首先对地基已开裂并发生错位的房屋进行应急搬迁处理，及时做好裂缝范围及影响范围的安全警示工作，对裂缝采取必要的临时封闭措施；及时加强变形监测及群测群防措施；在查明地质条件的基础上结合变形监测资料分析变形破坏机制，预测发展趋势，评价影响范围，提出调整农田灌溉用水区域、按危险程度分区分期分批进行居民搬迁、对局部公路边坡实施挡墙支护和抗滑桩加固、加强水库运行调度管理等综合治理措施。

8.2.3.3　堆积体地基

堆积体地基是指利用堆积体或深厚覆盖层作为建筑物基础形成的地基，堆积体地基地质灾害主要表现为地基不均匀变形、大流量渗漏涌水、砂基液化及渗透破坏等。

在堆积体(覆盖层)地基上修建工程，经常会遇到天然地基不能满足工程运行的要求，例如，地基承载力不足、地基沉降变形过大、地基抗剪强度不足造成失稳、地基中存在易液化土体，在地震荷载作用下可能产生液化、透水地基不满足渗漏和渗透稳定的要求。因此，堆积体(覆盖层)地基上建工程常需要进行地基处理。堆积体(覆盖层)地基处理的方法众多，但常采用的处理措施是加固软弱地基和控制透水地基的渗漏及防止渗透变形。堆积体(覆盖层)地基加固处理方法包括：换土垫层法(持力层为软黏土、淤泥、粉砂、素填土、杂填土及暗沟及暗塘等地基时)、振冲挤密与振冲碎石桩(适用于处理黏粒含量小于10%的砂土和粉土地基)、高压喷射注浆(适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基)、固结灌浆(具有可灌性的砂卵石地基)、强夯和强夯置换法(常用来加固碎石土、砂土、低饱和度的黏性土)、加筋土法(主要应用于支挡结构、护坡工程和软土地基加固等方面)、桩基础(适用于黏性土、粉土、砂类土及碎石土等地基)等。地基防渗处理措施包括混凝土防渗墙、帷幕灌浆、水平铺盖(按材料不同可分为黏土铺盖、混凝土铺盖和土工膜铺盖)及其他方法。

目前，高堆石坝深厚覆盖层工程设计中均非常重视基础处理的研究，要求对保留覆盖层的地基通过试验来确定其适应性，研究其渗透和渗透变形，以及液化和溶蚀后对坝基的影响，确定相应的防渗处理和防止渗透变形和基础不均匀变形的综合处理措施，对于可能液化土层，表层砂层一般予以挖除，对于深埋砂层，则采取振冲压密或在坝后压重处理。在那兰水电站、泗南江水电站、梨园水电站及甲岩水电站等面板堆石坝工程设计中得到有效应用，结果表明对面板堆石坝的变形控制起到良好效果。

对坝基岸坡保留的堆积体，也需视具体情况采取针对性的处理措施。如云南泗南江水电站面板堆石坝左岸坝轴线下游分布的1号崩塌堆积体，采取了综合处理措施：

(1)坝基范围内的崩塌堆积体清除表层3～5m架空及相对不密实层，减少坝基沉降；在建基面上设置反滤保护层，减少崩塌体受渗透水影响，避免崩塌体浸水后可能发生的湿化、滑移，确保崩塌体的渗透稳定；

(2)增设坝体下游侧崩塌堆积体范围的排水设施，利用左岸泄洪冲沙洞无压段，布置系统深排水孔，穿过底面进入堆积体约3～5m左右。保证水库蓄水后堆积体内浸润线不抬高，不恶化坝坡稳定条件；

(3)放缓坝坡。根据坝坡稳定分析成果，充分考虑崩塌堆积体特性后，将875.00m高程以下坝坡由原设计1∶1.4调整至1∶1.7，可确保坝坡稳定。

坝基左岸保留了1号崩塌堆积体，经理论计算(包括堆石坝三维有限元静力计算及坝坡稳定性分析)和实践证明，该面板坝是安全的。