沈習(xí)文,吳永安,聶大豐

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院交通分院,四川 成都 610072)

1 前 言

雙江口水電站位于四川省阿壩州馬爾康縣與金川縣交界處,為電站工程建設(shè)修建的場(chǎng)內(nèi)交通右岸低線公路通過的綽斯甲河左岸段岸坡其斜坡較為陡峻。該段受早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特別是可爾因復(fù)背斜的影響,巖質(zhì)邊坡上節(jié)理裂隙發(fā)育,由于在路基施工時(shí)未對(duì)開挖爆破進(jìn)行有效控制,且未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分層開挖、分層支護(hù),形成了規(guī)模大小不一的順層不利結(jié)構(gòu)面、楔形巖體(見圖1)、倒懸體及危巖體,從而危及公路施工及后期運(yùn)行。

結(jié)構(gòu)面是指地質(zhì)歷史發(fā)展過程中,在巖體內(nèi)形成的具有一定的延伸方向和長(zhǎng)度、厚度相對(duì)較小的地質(zhì)界面或帶。楔形體是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)面與臨空面(坡面及坡頂面)切割巖體形成的可以同時(shí)沿著兩個(gè)或多個(gè)面滑動(dòng)的多面體塊體。楔形體破壞是巖質(zhì)邊坡破壞中最常見的一種類型,在各種巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)模式中占有重要地位。

本文運(yùn)用塊體理論、地質(zhì)控制理論基本原理及赤平極射投影等方法,分析研究了雙江口水電站場(chǎng)內(nèi)交通右岸低線公路綽斯甲河左岸段公路巖質(zhì)邊坡楔形體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,并利用水科院陳祖煜院士開發(fā)的 WEDGE2005楔體穩(wěn)定分析程序?qū)πㄐ误w的穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

2 楔形體基本地質(zhì)特征

雙江口水電站右岸低線公路綽斯甲河左岸巖質(zhì)邊坡因受巖體卸荷、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、早期巖漿作用等多種因素影響,巖體中發(fā)育多組節(jié)理裂隙、軟弱夾層等,且?guī)r體被結(jié)構(gòu)面切割形成多個(gè)楔形體。本文所分析的楔形體位于右岸低線公路 K7+316.23～K 7+350.00段左側(cè)路塹巖質(zhì)邊坡上部,距設(shè)計(jì)路面高度約 30～60m,該楔形體位于綽斯甲河大橋左岸橋頭上方,對(duì)大橋安全形成極大威脅。

圖1 巖質(zhì)邊坡楔形體

楔形體由左結(jié)構(gòu)面、右結(jié)構(gòu)面、坡面及坡頂面組成,中間厚約 8～12m,周邊厚約 4～6m。楔形體巖性為燕山晚期細(xì)～中粒二云二長(zhǎng)花崗巖,弱風(fēng)化～新鮮,局部中風(fēng)化,巖體堅(jiān)硬致密,呈次塊狀、塊裂狀結(jié)構(gòu)及鑲嵌結(jié)構(gòu),局部呈碎裂結(jié)構(gòu)。該楔形體坡面起伏不平,且發(fā)育多組小節(jié)理裂隙。楔形體中次級(jí)小結(jié)構(gòu)面多數(shù)為中～陡傾結(jié)構(gòu)面,巖體走向與道路軸線大角度相交,夾角約 65°～85°,延伸長(zhǎng)度 1～5m,結(jié)構(gòu)面平直粗糙,為干性結(jié)構(gòu)面,以構(gòu)造裂隙和卸荷裂隙為主,受構(gòu)造應(yīng)力影響較大,裂隙以張開型為主,少數(shù)為微張型,張開一般約 5～10mm,最大約10～50mm。公路路基施工期間受施工爆破震動(dòng)影響裂隙寬度有所加大,裂隙面多有充填物,多數(shù)填充強(qiáng)風(fēng)化碎屑和鈣膜,局部為鈣質(zhì)泥膜,個(gè)別含紅褐色鐵錳質(zhì)輕度～中度渲染,結(jié)構(gòu)面嵌合較為松弛,膠結(jié)力較差。

邊坡巖體強(qiáng)卸荷帶水平深度約 10～20m,弱卸荷帶水平深度約 20～35m。楔形體坡面產(chǎn)狀為:172°∠68°;楔形體坡頂面產(chǎn)狀為 :172°∠38°;楔形體左結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為:130°∠42°。結(jié)構(gòu)面走向與路線軸向大角度相交,延伸長(zhǎng)度 30～35m;結(jié)構(gòu)面平直粗糙,局部微起伏,為干性結(jié)構(gòu)面;結(jié)構(gòu)面微張,局部張開,張開一般約 3～8mm,最大約 10～15mm,填充強(qiáng)風(fēng)化碎屑和鈣膜,結(jié)構(gòu)面嵌合較松弛,膠結(jié)力差。楔形體右結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為:204°∠50°,結(jié)構(gòu)面走向與路線軸向大角度相交,延伸長(zhǎng)度 30m;結(jié)構(gòu)面平直粗糙,為干性結(jié)構(gòu)面;結(jié)構(gòu)面張開,張開約 3～10mm,填充鈣膜,結(jié)構(gòu)面嵌合稍松弛,膠結(jié)力較差。

楔形體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀詳見圖2。

圖2 楔形體結(jié)構(gòu)面赤平極射投影

3 楔形體穩(wěn)定性分析

根據(jù)雙江口水電站巖土試驗(yàn)成果及相關(guān)工程類比,楔形體相關(guān)參數(shù)的建議取值見表1。

表1 楔形體穩(wěn)定性計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)建議取值

楔形體高度(左結(jié)構(gòu)面垂直高度)為 25m,巖體容重為 26.2kN/m3,采用水科院 WEDGE2005楔體穩(wěn)定分析程序進(jìn)行分析計(jì)算,楔形體穩(wěn)定性分析結(jié)果見表2。

表2 楔形體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從表2及相關(guān)資料可得:

(1)楔形體在天然工況下整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。楔形體淺表層局部節(jié)理裂隙較發(fā)育,易形成危巖體及松動(dòng)巖體,其在巖體自重及其他因素作用下易發(fā)生脫落。

(2)楔形體在地震作用下整體處于不穩(wěn)定狀態(tài),極可能沿左、右結(jié)構(gòu)面發(fā)生下滑。

(3)楔形體在爆破振動(dòng)作用下處于極限平衡狀態(tài),其穩(wěn)定狀態(tài)決定于爆破的距離遠(yuǎn)近及其強(qiáng)度大小。路塹邊坡爆破開挖期間,楔形體結(jié)構(gòu)面裂隙寬度增加,說明爆破振動(dòng)對(duì)其存在影響。

(4)楔形體采取預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)措施后安全系數(shù)大幅增加,在各工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。這表明楔形體支護(hù)設(shè)計(jì)方案合理、有效。

4 楔形體加固措施

上述楔形體在各工況下的穩(wěn)定性分析表明,在某些工況下楔形體可能發(fā)生塌落。為確保工程安全,必須全面防護(hù),重點(diǎn)治理,一次根治,不留后患。參考路塹邊坡加固工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合楔形體實(shí)際情況,設(shè)計(jì)提出采用以預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)為主、結(jié)合掛網(wǎng)噴錨的加固處理措施。

(1)不穩(wěn)定坡體外約 5m設(shè)置坡頂截排水溝,坡面設(shè)置梅花形排水孔,防止雨水滲入坡體巖層結(jié)構(gòu)面,影響楔形體穩(wěn)定。

(2)采用淺孔小炮等方法清除危巖體及倒懸體等,在爆破時(shí)應(yīng)盡可能減小爆破振動(dòng)的影響。

(3)全坡面掛網(wǎng)噴錨支護(hù)加固封閉坡面,噴C20混凝土,厚 100mm,設(shè)置 φ6.5鋼筋網(wǎng)(間 、排距20cm),φ22系統(tǒng)錨桿(L=3m、4.5m,間、排距 2m)。

(4)根據(jù)楔形體結(jié)構(gòu)面空間分布特征布置 6根1000kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索,梅花形布置,間距為 6～8m,長(zhǎng)度 25～40m。

(5)加強(qiáng)楔形體監(jiān)測(cè)工作,在楔形體坡面布置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn),在預(yù)應(yīng)力錨索中布置應(yīng)力計(jì)以監(jiān)測(cè)巖體內(nèi)部應(yīng)力變化情況。

5 結(jié)論與建議

本文根據(jù)雙江口水電站右岸低線公路邊坡楔形體實(shí)際情況,運(yùn)用塊體理論及赤平極射投影等方法,通過計(jì)算分析巖質(zhì)邊坡上部楔形體穩(wěn)定性,提出治理措施,可得出以下結(jié)論:

(1)雙江口水電站右岸低線公路綽斯甲河左岸邊坡楔形體在天然工況、暴雨工況、地震作用及爆破振動(dòng)作用下分別處于欠穩(wěn)定、極限平衡狀態(tài)及不穩(wěn)定狀態(tài),危及道路施工及運(yùn)行安全。楔形體施加支護(hù)措施后在各種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)邊坡巖體因受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、卸荷變形等多因素影響,其力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確取值受到較大影響。

(3)巖體結(jié)構(gòu)面在很大程度上決定著楔形體的穩(wěn)定。

(4)爆破振動(dòng)對(duì)楔形體的穩(wěn)定性構(gòu)成較大影響,因此對(duì)于節(jié)理裂隙發(fā)育的巖質(zhì)邊坡在開挖時(shí)應(yīng)采用光面爆破、預(yù)裂爆破等技術(shù),盡可能減少爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

(5)由于巖體本身的復(fù)雜性及多變性,爆破振動(dòng)對(duì)楔形體穩(wěn)定性的實(shí)際影響很難定量計(jì)算,故應(yīng)加強(qiáng)爆破振動(dòng)對(duì)巖質(zhì)邊坡影響的相關(guān)研究。

[1]常中華,伍法權(quán),劉海燕,等.三峽庫(kù)區(qū)奉節(jié)新縣城庫(kù)岸邊坡類型及巖體結(jié)構(gòu)特征[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005(17):14-19.

[2]劉體祥,劉廣寧.干溝特大型拱橋右岸楔形巖體穩(wěn)定分析[J].貴州水力發(fā)電,2000,14(2):14-19.

[3]周應(yīng)華.紅層路塹邊坡失穩(wěn)機(jī)理及加固防護(hù)技術(shù)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2006.

[4]朱凡,張永興,張波,等.滑動(dòng)楔形體的簡(jiǎn)捷極限變形平衡法[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2003,26(5):103-105.

[5]周訓(xùn)軍.集丹公路路塹邊坡破壞機(jī)制分析及治理研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2005.

[6]唐正輝.塊裂型巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與有效加固[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2004.

[7]盧書強(qiáng).瀾滄江糯扎渡水電站開挖邊坡穩(wěn)定性工程地質(zhì)系統(tǒng)研究[D].成都:成都理工大學(xué),2004.

[8]王思敬,薛守義.巖體邊坡楔形體動(dòng)力學(xué)分析[J].地質(zhì)科學(xué),1992(4).