王 力

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002)

蒙江冗各水電站邊坡失穩(wěn)原因分析及防治措施

王 力

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽550002)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，水利工程建設(shè)越來越多。我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，一系列國(guó)家大型水利工程的建設(shè)，導(dǎo)致邊坡問題逐漸增多，邊坡問題的出現(xiàn)嚴(yán)重阻礙了水利工程的發(fā)展和進(jìn)步，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須要對(duì)邊坡失穩(wěn)工程進(jìn)行研究，挖掘邊坡失穩(wěn)的原因，并找出相應(yīng)的治理措施，這對(duì)于水利工程的發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步都有著非常重要的意義。文章以蒙江冗各水電站為例分析了邊坡失穩(wěn)原因及提出了防治措施。

蒙江冗各水電站;邊坡失穩(wěn);原因;防治措施

1 工程概況

蒙江冗各水電站位于貴州南部羅甸縣境內(nèi)，壩段河床高程443～448 m，多年平均流量101 m3/s，擬建水庫雍水高53 m，正常蓄水位495 m，壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高70 m，壩址以上流域面積5 158 km2，正常蓄水位以下庫容3 290萬 m3，有效庫容1 140萬m3。裝機(jī)容量90 MW，左岸布置發(fā)電引水系統(tǒng)、地下廠房，右岸布置導(dǎo)流系統(tǒng)。

壩址右岸邊坡為順向坡，坡腳受蒙江切割，形成臨空面。

邊坡巖體內(nèi)卸荷裂隙、層間軟弱泥化夾層發(fā)育。

在壩址右岸邊坡形成了以泥化夾層為底滑面，卸荷裂隙為后緣拉裂面及側(cè)滑面的潛在不穩(wěn)定體。

由于邊坡距離大壩及其他水工構(gòu)筑物較近，施工中及水庫蓄水后對(duì)水工建筑物安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，須進(jìn)行工程處理［1］。

表1 永久性擋水及泄水建筑物的洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表

2 蒙江冗各右岸邊坡失穩(wěn)原因分析

2.1 邊坡地質(zhì)

邊坡結(jié)構(gòu)為順向坡，詳見圖1。邊坡巖溶較發(fā)育，形態(tài)主要有溶溝溶槽、溶蝕破碎帶及溶蝕裂隙等。

邊坡地層屬碳酸鹽巖含水層，水力坡降約為2%～3%，以后水力比降增至8% ～9%。物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為風(fēng)化與卸荷作用。巖體強(qiáng)風(fēng)化水平深11～24 m。

2.2 風(fēng)化卸荷裂隙及軟弱泥化夾層發(fā)育情況

2.2.1 風(fēng)化卸荷裂隙發(fā)育情況

據(jù)右岸平硐 PDc-2、PDc-4、PDc-5、PDc-13及PDkb-右揭露，右岸風(fēng)化卸荷裂隙發(fā)育主要有5組:

2.2.2 軟弱泥化夾層發(fā)育情況

根據(jù)工程之前的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，層間泥化夾層連續(xù)性好，因?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)及溶蝕風(fēng)化作用而形成。軟弱夾層厚度0～35 cm，由淺至深隨巖體風(fēng)化程度減弱泥化現(xiàn)象減弱，由夾泥型、泥夾巖屑型漸變?yōu)閹r屑夾泥型，泥化夾層發(fā)育詳情見表2。

圖1 壩址右岸邊坡工程地質(zhì)圖

表2 右岸泥化夾層統(tǒng)計(jì)表

3 蒙江冗各邊坡失穩(wěn)處理措施

3.1 前期處理方案研究

右壩段經(jīng)考慮最不利情況，沿層面的泥化夾層滑出，后緣裂隙全部張開，單面滑動(dòng)，安全系數(shù)不滿足要求，原設(shè)計(jì)對(duì)右壩段基礎(chǔ)進(jìn)行錨固處理，采用100t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索13根。壩下游右岸邊坡，即消力池上部邊坡，經(jīng)計(jì)算整體安全系數(shù)達(dá)到1.15，需要外加263 218 kN阻滑力。預(yù)可階段設(shè)計(jì)對(duì)右岸邊坡采取錨索+抗滑樁，即93根300 t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索+13根2×3 m抗滑樁。

可研階段，根據(jù)咨詢意見，抗滑樁施工難度大，改為全預(yù)應(yīng)力錨索方案:以300 t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索，共計(jì)341根(考慮1.05系數(shù))。錨索間排距4 m，上部一直處理到泥化夾層頂部，錨索向下傾20°錨索長(zhǎng)26～43 m不等。邊坡設(shè)計(jì)見圖2。設(shè)計(jì)中考慮部分隨機(jī)錨桿和掛網(wǎng)噴護(hù)工程量。

為保證工程區(qū)公路施工的安全，結(jié)合料場(chǎng)的開采，需對(duì)上壩公路以上的邊坡減載(該部位為原初設(shè)料場(chǎng))。

減載方量約20萬m3，滿足壩體石料要求。對(duì)公路下方的邊坡及消力池上部邊坡進(jìn)行錨固。右壩段基礎(chǔ)經(jīng)復(fù)核計(jì)算，K值由原設(shè)計(jì)的1.1，提高到1.15，需采用200t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索9根。

3.1.1 最優(yōu)錨固角選擇

在邊坡錨固設(shè)計(jì)中，最優(yōu)角度的選擇是難點(diǎn)，由于邊坡錨固會(huì)受到多方面因素的影響和限制，因此，很難找到最優(yōu)角度，只有通過不斷的計(jì)算和優(yōu)化才能夠達(dá)到預(yù)期的目的［2］。經(jīng)計(jì)算最優(yōu)錨固角為20°(與水平面夾角)。

圖2 邊坡設(shè)計(jì)

3.1.2 錨固力計(jì)算

錨索錨固力計(jì)算公式:

式中:F為滑坡體剩余下滑力，kN;Pt為設(shè)計(jì)錨固力，kN;φ為滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角，°;α為錨索與滑動(dòng)面相交處滑動(dòng)面傾角，°;β為錨索與水平面的夾角;式中錨索下傾時(shí)取“-”，上仰時(shí)取“+”。

3.1.3 鋼絞線計(jì)算

每孔錨索鋼絞線的根數(shù)n:

式中:Fs1為安全系數(shù)，取1.7～2.0;Pu為錨索鋼絞線極限張拉強(qiáng)度，kN;n為每孔錨索鋼絞線的根數(shù);本設(shè)計(jì)中選取(7φ5)的鋼絞線13根，其設(shè)計(jì)應(yīng)力1 570 N/mm2，則鋼絞線極限張拉強(qiáng)度 Pu=277.8kN。

3.1.4 錨固段計(jì)算

錨固段長(zhǎng)度計(jì)算公式為:

式中:la為錨固段長(zhǎng)度，m;dh為錨固體(鉆孔)直徑，m;Fs2為安全系數(shù)，取2.5～3.0;τ為錨孔壁對(duì)砂漿的極限剪應(yīng)力，kPa;經(jīng)計(jì)算錨固段長(zhǎng)度為9 m。

3.2 坡面排水及裂隙處理

右岸邊坡處于消能防沖區(qū)，經(jīng)水工模型試驗(yàn)，大壩泄洪時(shí)，消能霧化嚴(yán)重，因此需加強(qiáng)坡面防護(hù)措施。

目的在于防止坡面沖刷，控制和減少雨水下滲。在邊坡處理范圍內(nèi)的裂隙，進(jìn)行C10混凝土回填處理，并做好坡面有組織的排水，開挖邊坡外側(cè)布置截水溝(0.4 m×0.6 m)，邊坡馬道布置矩形斷面排水溝(0.4 m ×0.4 m)。

靠近馬道位置的排水孔孔徑0.1 m，孔深10 m，其余排水孔孔徑0.08 m，孔深3.0 m。排水孔坡度i=0.1。上壩公路的路面均需澆筑0.2 m厚的C20混凝土，馬道排水溝 C20混凝土邊墻高0.4 m，厚0.3 m。導(dǎo)流洞封堵后，在封堵后段打排水孔，以排除滲水和降低地下水位，利于山體穩(wěn)定。

4 結(jié)語

綜上所述，影響邊坡失穩(wěn)的主要原因有地質(zhì)條件以及自然條件的作用，在水電站施工過程中要根據(jù)實(shí)際情況找到解決邊坡失穩(wěn)的措施。只有這樣才能夠保證工程的順利完工，保證水電站的安全運(yùn)行。鑒于邊坡穩(wěn)定對(duì)于水電站建設(shè)和水利事業(yè)發(fā)展的重要性，因此，本文研究這個(gè)課題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］楊慧敏，戴興國(guó).塊體理論在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用［J］.湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(04):20-23.

［2］張衛(wèi)民，周敏.某高邊坡滑坡治理的效果分析［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(01):43-45，49.

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2013-11-20

王力(1987-)，男，貴州遵義人，助理工程師，從事水工設(shè)計(jì)工作。