姚鵬程， 曲海珠

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

某在建水電站壩高112.5 m，壩前最大壅水高105 m，正常蓄水位2 370 m，死水位2 320 m。進(jìn)水口底板高程為2 310 m，位于大壩上游500 m山脊處，該處邊坡高約100 m，頂部為雙車道四級(jí)公路，路基寬7.00 m，瀝青路面寬6.5 m，高程2 390 m，在邊坡2 375 m高程處布置有進(jìn)水口閘門井。該邊坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定，蓄水后失穩(wěn)不僅會(huì)影響電站正常運(yùn)行，還會(huì)影響其上部改線公路的安全通行。本文對(duì)該段邊坡失穩(wěn)模式進(jìn)行了分析，在穩(wěn)定性計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件提出了相應(yīng)的支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

1 工程地質(zhì)條件

進(jìn)水口段岸坡長(zhǎng)約120 m，頂部改線公路高程為2 390 m，公路外側(cè)為長(zhǎng)約140 m的條形山脊，山脊地形坡度為30°～35°，山脊兩側(cè)坡地形坡度為40°～50°，坡高約100 m，基巖地層為薄層砂巖夾板巖、千枚巖，巖層產(chǎn)狀為N40°W/NE∠50°。段內(nèi)典型剖面見圖1。

進(jìn)水口閘門豎井位于若九公路下方，豎井平臺(tái)高程為2 375 m，靠若九公路豎井平臺(tái)內(nèi)側(cè)坡開挖坡比約1 ∶0.75， 坡高15 m， 采取了框格梁加錨索 (錨筋束)支護(hù)。豎井開挖揭示邊坡及豎井圍巖巖性為中～薄層砂巖夾板巖、千枚巖，巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，以強(qiáng)風(fēng)化巖體為主，碎裂～散體結(jié)構(gòu)。

圖1 進(jìn)水口邊坡典型剖面

進(jìn)水口位于條形山脊的正前端，底板高程為2 310 m。其洞臉邊坡于2009年9月動(dòng)工開挖，2010年1月開挖至2 308 m高程，邊坡頂部開口線高程約為2 350 m，邊坡開挖高度約42 m，2 352～2 335 m高程段開挖坡比為1 ∶1～1 ∶1.2，2 335～2 308 m高程段下游側(cè)坡開挖坡比為1 ∶0.75。開挖揭示 23 35 m高程以上巖性主要以薄層砂巖夾板巖、千枚巖，巖層產(chǎn)狀為N40°W/NE∠50°，巖層傾下游偏坡外，巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)松散呈散體狀，坡體穩(wěn)定性極差，開挖過(guò)程中曾多次發(fā)生垮塌，經(jīng)設(shè)計(jì)方多次研究后，為保障進(jìn)水口洞臉邊坡在施工期的穩(wěn)定，于2010年3月在2 330 m高程處結(jié)合框格梁布置了一排共7根20 m長(zhǎng)的錨索，錨索噸位為1 000 kN。2 335 m高程以下巖性為中厚層砂巖夾少量薄層板巖，巖層產(chǎn)狀為N40°W/NE∠50°，巖體卸荷強(qiáng)烈，裂隙最大張開寬度一般5～10 cm，充填次生泥及少量巖屑，屬?gòu)?qiáng)卸荷巖體。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡穩(wěn)定性初判

根據(jù)進(jìn)水口系統(tǒng)及改線公路開挖揭示的地質(zhì)條件，結(jié)合前期勘探資料分析，該條形山脊三面臨空，段內(nèi)板巖、千枚巖出露比例相對(duì)較高，巖體抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)風(fēng)化水平深度為20～30 m，強(qiáng)卸荷水平深度為40～60 m。該段巖層陡傾下游，走向與山脊呈大角度相交，山脊進(jìn)水口邊坡為橫向坡，上游側(cè)坡為逆向坡，下游為陡傾順向坡，巖層傾角大于坡角，層面對(duì)邊坡穩(wěn)定不具控制性，邊坡整體穩(wěn)定。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，進(jìn)水口邊坡已實(shí)施錨索位于強(qiáng)風(fēng)化界線上部5 m處，由于錨索的錨固角為下傾30°，被錨固巖體多為下部強(qiáng)卸荷巖體，并未對(duì)強(qiáng)風(fēng)化滑體進(jìn)行有效加固，在水庫(kù)蓄水運(yùn)行后，該處邊坡是否能保持穩(wěn)定應(yīng)做進(jìn)一步復(fù)核計(jì)算。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)邊坡表淺部巖體已有明顯的潰曲變形，強(qiáng)風(fēng)化多呈碎石土狀，邊坡穩(wěn)定性差，在強(qiáng)降雨情況下會(huì)產(chǎn)生小規(guī)模牽引式塌滑。鑒于進(jìn)水口位于條形山脊的正前端，閘門豎井側(cè)伏埋深小，預(yù)測(cè)在水庫(kù)蓄水后表淺層強(qiáng)風(fēng)化巖體受水位變幅及浪蝕影響，可能產(chǎn)生庫(kù)岸再造導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)較大規(guī)模的牽引式塌滑失穩(wěn)，危及進(jìn)水口、閘門豎井運(yùn)行安全。

2.2 邊坡等級(jí)、計(jì)算工況與安全系數(shù)

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5353-2006)，由邊坡所影響的建筑物級(jí)別及邊坡失事的危害程度綜合確定邊坡的級(jí)別，確定邊坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表1。

2.3 計(jì)算參數(shù)選取

根據(jù)試驗(yàn)成果與工程類比，選取進(jìn)水口邊坡穩(wěn)定性計(jì)算力學(xué)參數(shù)見表2。

表1 邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)

表2 邊坡穩(wěn)定性分析巖(土)體物理力學(xué)參數(shù)

2.4 邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5353-2006)，邊坡的安全系數(shù)以極限平衡方法中的下限解法進(jìn)行控制。不同的滑面形態(tài)選用不同的計(jì)算方法，對(duì)于沿剪切破碎帶滑動(dòng)滑面為折線狀的，采用摩根斯坦-普來(lái)斯法計(jì)算(見圖2)，所使用程序?yàn)殛愖骒显菏康耐临|(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序STAB2008，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行復(fù)核(見圖3)。

使用STAB進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算見圖4，計(jì)算成果見表3。成果表明：持久工況和短暫工況下邊坡局部穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，偶然工況下死水位運(yùn)行時(shí)邊坡安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。使用傳遞系數(shù)法計(jì)算結(jié)果見表4。分析表明，偶然工況下死水位運(yùn)行時(shí)邊坡安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，使邊坡在水庫(kù)運(yùn)行時(shí)保持穩(wěn)定需要對(duì)其進(jìn)行加固，以提供一定的抗滑力。

圖2 摩根斯頓-普賴斯法計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖3 傳遞系數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖4 stab計(jì)算簡(jiǎn)圖

工況邊坡剖面安全系數(shù)1-12-23-3k持久狀況11.211.311.191.25～1.1521.121.171.10短暫工況31.031.141.011.15～1.0541.121.161.09偶然狀況51.131.201.101.0561.001.040.99

表4 傳遞系數(shù)法計(jì)算結(jié)果

3 邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

進(jìn)水口邊坡地處條形山脊，三面臨空，段內(nèi)板巖、千枚巖出露比例相對(duì)較高，巖體抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)風(fēng)化水平深度為20～30 m，強(qiáng)卸荷水平深度40～60 m。山脊進(jìn)水口邊坡為橫向坡，上游側(cè)坡為逆向坡，下游為陡傾順向坡，巖層傾角大于坡角，層面對(duì)邊坡穩(wěn)定不具控制性，邊坡整體穩(wěn)定。目前邊坡表淺部巖體已有明顯的潰曲變形，強(qiáng)風(fēng)化多呈碎石土狀，邊坡穩(wěn)定性差，在強(qiáng)降雨情況下會(huì)產(chǎn)生小規(guī)模牽引式塌滑。目前該邊坡天然狀態(tài)整體穩(wěn)定，經(jīng)穩(wěn)定性計(jì)算分析，蓄水后邊坡在水位變幅及浪蝕作用下會(huì)產(chǎn)生塌岸再造和小規(guī)模塌滑破壞，其變形破壞模式主要表現(xiàn)為牽引式塌滑。

根據(jù)STAB與傳遞系數(shù)法計(jì)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及主體工程實(shí)際施工情況，擬采用抗滑樁對(duì)邊坡進(jìn)行加固處理，為防止水位變幅和浪蝕對(duì)坡面的掏蝕破壞，配合錨筋束采用框格梁對(duì)坡面強(qiáng)風(fēng)化巖體進(jìn)行防護(hù)，由于框格梁自重較大，在2 320 m高程布置混凝土貼坡式擋墻。具體支護(hù)措施如下(見圖5、6)：

(1)在2 320 m、2 340 m、2 360 m、2 375 m高程設(shè)置四級(jí)馬道，每級(jí)馬道寬2 m；

(2)在2 340～2 350 m設(shè)置一排斷面2 m×3 m的抗滑樁，間距8 m，樁長(zhǎng)10～24 m；

(3)坡面采用框格梁+錨筋束支護(hù)，框格梁間排距4 m，每8 m設(shè)50 cm×50 cm的縱向主梁，其余為30 cm×30 cm的次梁，在2 323 m、2 334 m、2 343 m、2 354 m、2 363 m、2 369 m和2 375 m高程框格梁節(jié)點(diǎn)處設(shè)7排3Φ28，L=9～15 m的錨筋束，其余節(jié)點(diǎn)布置2Φ25，L=6 m的錨筋束,節(jié)點(diǎn)間布置L=1.5 m的插筋；

(4)在2 320 m高程馬道設(shè)置底寬1.5 m，頂寬1 m，高3 m的貼坡式擋墻；

(5)2 375 m至公路外邊緣段為水上邊坡，采用鋼筋網(wǎng)錨噴的方式支護(hù)；

(6)邊坡排水采用Φ50花管，L=5 m，間排距4 m，與錨筋束間錯(cuò)布置，仰角5°。

圖5 進(jìn)水口邊坡支護(hù)示意

圖6 進(jìn)水口側(cè)坡支護(hù)示意

4 結(jié) 語(yǔ)

本文首先對(duì)某水電站進(jìn)水口邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了初步分析，在穩(wěn)定性計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件對(duì)該段邊坡提出了相應(yīng)的支護(hù)方式，充分體現(xiàn)了邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)中安全、經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)原則。

抗滑樁作為一種被動(dòng)加固手段，其布置位置靈活、抗滑能力大、支擋效果好，能及時(shí)增加滑體抗滑力，文中邊坡坡度較緩，且強(qiáng)風(fēng)化巖體垂直深度較淺，使用抗滑樁較為適宜。

參考文獻(xiàn)：

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