潘熾成

（廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510635）

隨著大量水利水電工程的快速落地和迅猛發(fā)展，水利工程建設(shè)迎來了新的挑戰(zhàn)。高邊坡是將地質(zhì)體的一部分改造為人為工程，其穩(wěn)定性受控于邊坡所在巖土體的基本特性——地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、坡體結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)條件等，以及人為改造的程度——開挖高度、坡形和坡率[1～2]。水利水電工程建設(shè)經(jīng)常會遇到邊坡失穩(wěn)的問題[3～5]。基于此，本文針對樂昌峽水利樞紐工程高邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 工程概況

樂昌峽水利樞紐位于韶關(guān)樂昌市境內(nèi)、北江支流武江樂昌峽河段塘角火車站附近，下距樂昌市約14 km、韶關(guān)市約81.4 km，是北江上游關(guān)鍵性防洪控制工程，以防洪為主。其中，在樞紐管理營地生產(chǎn)生活區(qū)內(nèi)由于場地開挖等原因，各級坡面驗算未達(dá)到設(shè)計的安全系數(shù)要求，需對邊坡進(jìn)行防護(hù)設(shè)計，使其達(dá)到規(guī)范安全要求。

已開挖邊坡現(xiàn)場高度（最高斷面）最高達(dá)86 m。共劃分了8級邊坡，最大分級邊坡高度15 m，最小高度10 m。兩級邊坡之間設(shè)置馬道，平均寬度約2 m。另外，沿坡腳方向分別布置食堂、配電房及機(jī)修間倉庫等主要建筑物，其余布置園林景觀及設(shè)施。

2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探、地質(zhì)測繪結(jié)果，將壩址區(qū)和邊坡巖體由表及里劃分為全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層和弱風(fēng)化層。

①全風(fēng)化層:巖石成分組織結(jié)構(gòu)已完全改觀，呈含巖屑碎塊狀土體。風(fēng)化較完全，多呈粉質(zhì)粘土狀，含少量強(qiáng)風(fēng)化巖碎塊，硬塑；局部風(fēng)化不透，呈礫質(zhì)粘性土狀。

②強(qiáng)風(fēng)化層:巖體外觀呈巖塊狀，原巖成分、結(jié)構(gòu)清晰可辨，但顏色已改變，呈淺灰黃或黃褐色，裂隙發(fā)育，裂面多為鐵質(zhì)渲染，泥質(zhì)充填。巖芯破碎，局部夾全風(fēng)化土，巖芯采取率低，RQD值大部分為0，完整性差。

③弱風(fēng)化層:弱風(fēng)化巖體為中厚層～厚層狀變質(zhì)石英砂巖、變質(zhì)粉細(xì)粒石英砂巖夾薄層狀絹云母板巖，裂隙較發(fā)育，以中陡傾角為主，局部較破碎，巖體為塊狀結(jié)構(gòu)。弱風(fēng)化巖較新鮮，堅硬，強(qiáng)度較高，巖體完整性較好。

區(qū)域內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水，賦存于層間介面、斷層裂隙之中。巖層的透水性和地下水位埋深受各結(jié)構(gòu)面制約，且地下水受大氣降雨補(bǔ)給，水位的升降呈現(xiàn)季節(jié)性變化，未發(fā)現(xiàn)有裂隙承壓水。其中，巖土材料強(qiáng)度參數(shù)見表1。

表1 巖土材料強(qiáng)度參數(shù)表

3 邊坡穩(wěn)定性分析

項目邊坡采用多段分級放坡，臨空面坡度較陡，現(xiàn)狀開挖情況見表2。部分放坡段的臨空面地質(zhì)主要以全風(fēng)化巖為主，且放坡坡率大于全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化的巖層接觸面坡度，邊坡開挖屬于順層開挖，后期邊坡較不穩(wěn)定，易受地震和降雨影響，發(fā)生滑坡風(fēng)險。

表2 現(xiàn)狀邊坡開挖狀態(tài)表

采用設(shè)計軟件理正巖土和有限元軟件Midas GTS NX對現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。其中，理正巖土軟件主要運(yùn)用極限平衡理論，用瑞典圓弧滑動的條分方法進(jìn)行邊坡深層圓弧穩(wěn)定分析。該方法計算所得的圓弧穩(wěn)定及直線楔體穩(wěn)定分析的臨界計算結(jié)果最小安全系數(shù)為1.016，臨界圓弧Xc=38.867 m，Yc=88.220 m，R=48.512 m。

同時，采用Midas GTS對邊坡的應(yīng)變變形進(jìn)行分析，Midas GTS主要采用強(qiáng)度折減法對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。分析所得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)1.156。邊坡塑性應(yīng)變情況見圖1。

圖1 現(xiàn)狀塑性應(yīng)變圖

通過有限元分析可知，邊坡全風(fēng)化地質(zhì)區(qū)域的塑性應(yīng)變較大，而邊坡臨空面下方5 m～10 m范圍內(nèi)出現(xiàn)了較弱的塑性變形帶。其主要原因是現(xiàn)狀順層開挖的邊坡在全～強(qiáng)交界處的薄弱面下方，由于較大的土體重力和交界面較低的抗剪強(qiáng)度，使其塑性變形較大，存在邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險，需進(jìn)行邊坡治理設(shè)計。

4 邊坡加固措施

根據(jù)上文中原始邊坡的穩(wěn)定性分析，發(fā)現(xiàn)工程高邊坡的塑性應(yīng)變發(fā)展區(qū)主要發(fā)生在高程195 m～230 m的放坡段位置。針對此結(jié)果，制定相應(yīng)的加固方案，經(jīng)對比分析，采用格構(gòu)梁+14道鋼筋錨桿進(jìn)行加固處理，各個放坡段的邊坡處理方案見表3。

表3 邊坡各段加固治理表

通過有限元軟件對工程所采取的邊坡設(shè)計方案進(jìn)行穩(wěn)定性分析，可得邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.366，塑性變形發(fā)展趨勢見圖2。加固后，邊坡的淺層滑裂發(fā)展為深層潛在滑裂，但塑性變形小，安全系數(shù)高。也證實(shí)了錨桿和格構(gòu)梁加固能夠有效地將淺層滑裂土楔體錨固在較好的地層中，以達(dá)到邊坡治理的效果。

圖2 邊坡加固塑性應(yīng)變圖

5 結(jié)論及建議

高邊坡的治理措施可從削坡卸載、組織排水、植筋加固及景觀綠化等方面進(jìn)行設(shè)計。本文針對現(xiàn)狀邊坡的破壞形態(tài)，分析掌握原始邊坡狀態(tài)的薄弱位置，并根據(jù)工程地質(zhì)情況，選擇性的采用邊坡治理手段。并通過局部加固和植被綠化，達(dá)到了穩(wěn)定邊坡、防止滑塌、減少水土流失、豐富景觀及美化環(huán)境的效果，促使樂昌峽水利樞紐工程發(fā)揮最大的社會經(jīng)濟(jì)效益。