陳佐豪

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院貴州貴陽550002）

桑郎水庫拱壩壩肩抗滑巖體遭破壞后的處理方案探析

陳佐豪

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院貴州貴陽550002）

本文以桑郎水庫工程為例，通過各種處理方案對比分析，提出在拱壩施工過程中，壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不足情況下的處理方案設(shè)計思路。

拱壩；壩肩抗滑穩(wěn)定；處理方案分析

1　概況

桑郎水庫工程位于貴州省黔西南布依族苗族自治州望謨縣桑郎鎮(zhèn)，是集發(fā)電、灌溉、供水為一體的綜合利用工程，灌溉面積1.9萬畝，電站裝機(jī)容量12.6MW，水廠供水水源2萬t/d。壩址位于桑郎鎮(zhèn)上游4km的“V”型狹谷河段，控制集水面積650km2，多年平均流量10.7m3/s，水庫正常蓄水位505m，最高校核洪水位505.36m，總庫容1480萬m3。壩型為碾壓砼拱壩。水庫為中型，工程等別為Ⅲ等，樞紐大壩等主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。

擋水大壩為砼雙曲拱壩，壩頂高程507.0m，壩底高程417.0m，最大壩高90m，壩頂寬5m，壩底寬16.5m，壩頂弧長119.984m，壩頂中心角90.216°。其厚高比為0.183，屬薄拱壩。［1］

大壩壩肩開挖過程中，受爆破開挖及地質(zhì)條件影響，拱壩左壩肩下游抗滑巖體遭超挖破壞，507m～462m高程之間左岸下游抗滑巖體總計超挖6100m3，主要集中在477m高程以上。經(jīng)平面法及空間法復(fù)核［2］［3］，左壩肩492m高程以上抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.7～2.6，均不滿足規(guī)范要求。

2　處理方案分析

根據(jù)壩肩穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果，雖然拱壩左右壩肩下游抗力巖體（特別是左壩肩下游側(cè)477m高程以上部位）遭超挖破壞，但除左壩肩492m高程以上壩肩抗滑穩(wěn)定不滿足要求外其余部位抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。

從現(xiàn)狀地形地質(zhì)條件、施工可行性及大壩開挖施工現(xiàn)場實(shí)際情況，左壩肩超挖處理存在以下方案（或方案組合）的可能性：

方案（一）：調(diào)整壩型，變?yōu)橹亓κ焦皦位蚬笆街亓危瑴p小兩壩肩滑動推力；

方案（二）：調(diào)整拱壩體型、加大拱端嵌深，增加下游抗滑巖體的作用；

方案（三）：不調(diào)整拱壩體型，不改變拱端力系，通過對被破壞的壩肩抗滑巖體進(jìn)行地形補(bǔ)缺，使左壩肩獲得足夠的抗滑巖體以滿足抗滑穩(wěn)定需要。

方案（四）：在左岸增設(shè)重力墩或傳力墩，將拱端推力作用在重力墩或傳力墩上，再傳遞給山體。

針對以上可能存在的方案進(jìn)行定性分析：

方案（一）需改變壩型，即推翻原初設(shè)成果及其審批文件，從審批程序及設(shè)計周期角度，其余三個方案均有優(yōu)勢。從投資及施工工期角度，重力式拱壩對拱端推力及基底應(yīng)力改善明顯，意即對拱肩及拱基更有利，但對于較薄拱壩而言，需要加大拱壩混凝土量以放大壩的重力效應(yīng)。桑郎水庫大壩原初設(shè)階段設(shè)計厚高比0.194，壩頂寬度5.0m，壩底寬度17.5m，壩高90m，屬薄拱壩；施工圖階段設(shè)計厚高比0.183，壩頂寬度5.0m，壩底寬度16.5m，壩高90m。若改變?yōu)橹亓κ焦皦危ê窆皦危?，厚高比?.35，即便保持原壩頂寬度5m不變，壩體混凝土量至少增加至15.6萬m3，原施工圖階段壩體混凝土量總計為9.2萬m3（不含溢洪道、底孔部位），即重力式拱壩方案增加壩體混凝土量至少為6.4萬m3，按綜合單價250元/m3計算，單壩體混凝土量增加投資就達(dá)1600萬。投資極不經(jīng)濟(jì)，且由于厚高比增加，壩肩及基坑開挖量增大、壩體混凝土量增加導(dǎo)致施工進(jìn)度變慢、施工工期加長。綜合以上各方面分析結(jié)果，方案（一）不具備可行性及經(jīng)濟(jì)性。

方案（二）由于不需要改變大壩型式，在審批程序上優(yōu)于方案（一）。從技術(shù)角度，由于施工圖階段大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計采用不完全對稱雙曲拱壩，壩頂左半拱中心角44.541°，右半拱中心角45.675°，左半拱中心角小于右半拱中心角1.134°，且根據(jù)現(xiàn)狀壩址地形地貌及工程地質(zhì)條件，左岸山體無限制拱座繼續(xù)向山體側(cè)加大嵌深的不利因素（僅上壩交通洞出口與左壩肩交會位置發(fā)生改變，但完全可通過局部加大洞徑進(jìn)行調(diào)整）。因此，從大壩體型及技術(shù)方案角度，由于超挖帶來左壩肩下游抗滑巖體不足的問題，完全可以由方案（二）通過增加拱座嵌深的方式解決。該方案不利因素在于加大嵌深必須對拱肩槽進(jìn)行二次開挖，而且必須從山頂重新開口進(jìn)行下挖，施工影響面較廣、施工難度較大。同時還面臨控制爆破達(dá)不到預(yù)期效果從而損傷下游抗滑巖體的風(fēng)險。投資上，由于嵌深開挖及增加的壩體工程量均不大（初步測算加大5m的拱端嵌深即可獲得足夠的下游抗滑巖體，使壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求），投資明顯由于方案（一），且該方案具有適應(yīng)性強(qiáng)、對拱壩體型只進(jìn)行小規(guī)模調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。因此，須對方案（二）進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，最后通過與其它方案進(jìn)行投資比較確定最優(yōu)方案。

方案（三）是類似問題的常見處理辦法，具備原理簡單、設(shè)計便捷、施工簡單易操作、對施工區(qū)其它部位影響小、投資省等優(yōu)點(diǎn)，在石阡花山水利工程、息烽縣魚簡河水利工程［4］壩肩下游抗滑巖體處理等工程上已有實(shí)際應(yīng)用。但該方案缺點(diǎn)是有較強(qiáng)的局限性，一般只用于抗滑巖體損失不大且具備地形補(bǔ)缺的地形、地質(zhì)條件，特別是需要具備地形補(bǔ)缺的建基面且要滿足抗力體邊坡自身穩(wěn)定的前提條件。具體到本工程實(shí)際情況：

①本工程左壩肩下游抗滑巖體現(xiàn)狀地形在485.0m～487.5m高程之間為一緩坡平臺，寬度2.5m～3.5m，可作為補(bǔ)缺回填砼基礎(chǔ)，滿足建基面的條件；

②根據(jù)壩肩巖體質(zhì)量評價及邊坡穩(wěn)定性分析：“左壩肩由于受施工期震動等影響，巖體破碎，清方體積較大，現(xiàn)邊坡477高程以上巖體已大部清除，巖體大部進(jìn)入弱風(fēng)化帶中、下部，節(jié)理裂隙不連續(xù)，閉合較好，且層面軟弱夾層層面起伏較大，軟弱夾層以碎屑夾泥為主，為原生夾層，泥化現(xiàn)象不明顯，現(xiàn)狀邊坡基本穩(wěn)定。”因此，滿足抗力體邊坡自身穩(wěn)定的前提條件；

③根據(jù)壩肩穩(wěn)定復(fù)核成果［5］，現(xiàn)狀地形地質(zhì)條件下，僅左壩肩492m高程以上壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，且與規(guī)范要求的安全系數(shù)相差不大。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是施工圖階段設(shè)計拱端嵌深較大，安全系數(shù)有一定的富余度，也就是說，僅需在超挖部位回填少量補(bǔ)缺砼即可滿足壩肩抗滑穩(wěn)定安全的需要，這給方案（三）在本工程的實(shí)際選用提供了強(qiáng)有力的支撐；

④該方案主要工程措施簡單，對壩址施工區(qū)其它工作面干擾小，同時無需擾動壩基、壩肩及現(xiàn)狀山體邊坡，潛在的威脅和風(fēng)險小，對整個樞紐工程的施工進(jìn)度及工期不會造成大的不利影響，由于采用的是局部、小范圍的治理措施，初步測算地形補(bǔ)缺回填砼量約1000m3，投資上明顯優(yōu)于方案（一）。

綜合以上分析，方案（三）技術(shù)可行，但需要與方案（二）進(jìn)行投資經(jīng)濟(jì)性比較。

方案（四）也是一種常見的處理辦法，應(yīng)用于壩肩上部基巖地質(zhì)條件較差、上部地形較開闊、壩址兩側(cè)山體向下游開口呈喇叭形、實(shí)際地形地質(zhì)條件下拱壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)過小等情況，其本質(zhì)綜合了改善拱端推力及增加抗滑巖體的原理，具備兩者的優(yōu)勢。但本工程由于壩址河谷為深切“U”型橫向峽谷，重力墩基礎(chǔ)設(shè)置須與拱壩同一建基面或左壩肩下游側(cè)二次開挖形成重力墩基礎(chǔ)，加之重力墩尺寸較地形補(bǔ)缺回填砼體大，在投資上必然超過方案（三）。本次處理方案設(shè)計不進(jìn)行考慮。

綜上所述，針對本工程的實(shí)際情況，選擇方案（二）和方案（三）進(jìn)行設(shè)計（即加大拱端嵌深方案與地形補(bǔ)缺方案，或兩者組合），最終通過投資比較選取推薦方案。

3　推薦方案選擇及設(shè)計

經(jīng)過上表的分析，推薦方案二，即采取地形補(bǔ)缺的方案。具體方案設(shè)計為：

根據(jù)開挖現(xiàn)狀地形條件，左壩肩下游側(cè)485.0m～487.5m高程之間為一緩坡平臺可作為補(bǔ)缺回填砼基礎(chǔ)，邊坡設(shè)計采用錨筋+混凝土貼坡?lián)鯄硌a(bǔ)齊缺失的下游抗滑巖體。

回填砼外邊界沿平臺485.0m高程外邊線，上游邊界為拱壩下游壩肩輪廓線，下游邊界至山體基巖凸出位置，建基面平臺高程485.0m，采用1:10倒坡傾向山體側(cè)，平臺底部及靠山側(cè)基礎(chǔ)均布置φ32錨桿，間排距1.5m，錨桿根長4.5m，入巖4.0m，外露0.5m澆筑在回填砼內(nèi)。砼與建基面及坡面在接觸處除采用布設(shè)錨桿抗滑外，還采取固結(jié)灌漿以提高抗滑巖體整體性。

為增強(qiáng)補(bǔ)缺回填砼體與山體的整體性，并充分利用固結(jié)灌漿孔，擬在固結(jié)灌漿完成后，再插入φ32錨桿，根長9.0m（長錨桿），伸入基巖8.0m（固結(jié)灌漿孔入巖長度），回填砼體內(nèi)留1.0m，然后再對固結(jié)灌漿孔封孔。

為保證地形補(bǔ)缺回填砼與山體緊密結(jié)合，形成整體穩(wěn)定的壩肩抗滑巖體，在回填混凝土澆筑完畢并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，裝設(shè)100T預(yù)應(yīng)力錨索，錨索總長20m，預(yù)應(yīng)力錨索走向沿巖層走向并與巖層層面呈60°交角。

表1　壩肩抗滑體處理方案綜合比較分析

4　結(jié)論及建議

（1）由于地質(zhì)條件或施工組織等原因，導(dǎo)致拱壩在實(shí)際施工過程中，出現(xiàn)兩壩肩下游抗滑巖體不足的情況。具體處理設(shè)計時須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件進(jìn)行充分論證分析比較后，因地制宜的選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)方案。

（2）由于方案設(shè)計最終表現(xiàn)為現(xiàn)場施工，因此在方案比選設(shè)計時，應(yīng)充分考慮施工安全、質(zhì)量、工期、投資等因素，不能一味以設(shè)計便捷度及土建投資來進(jìn)行單一比較。陜西水利

［1］貴州省黔西南州水利電力勘測設(shè)計院.貴州省望謨縣桑郎水庫初步設(shè)計報告［R］.貴陽:貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，2005.

［2］王毓泰，周維垣，毛健全，等.拱壩壩肩巖體穩(wěn)定分析［M］.貴陽：貴州人民出版社，1982.

［3］朱伯芳，高季章，陳祖煜，等.拱壩設(shè)計與研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［4］張宜虎，尹紅梅，王亮清，等.魚簡河拱壩壩肩巖體穩(wěn)定性分析［J］.巖體力學(xué)與工程學(xué)報，2005，24（18）：3305-3310.

［5］武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室.貴州省望謨縣桑郎水庫工程拱壩和壩基（肩）整體抗滑穩(wěn)定性及壩體應(yīng)力三維有限元仿真分析［R］.貴陽：貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，2014.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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