(塔里木河流域巴音郭楞管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 工程概況

卡拉貝利水庫工程位于新疆維吾爾自治區(qū)省克孜勒蘇柯爾克孜自治州境內(nèi)。該工程控制流域面積13700km2。設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇，設(shè)計洪水位1770.00m，校核洪水位1773.00m，工程主要由大壩、溢洪道、泄洪排沙洞、引水發(fā)電系統(tǒng)、電站廠房等建筑物組成。水庫主壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高92.5m，壩頂高程1775.50m，壩頂寬12.5m，壩頂長760.7m。卡拉貝利水利工程溢洪道控制段采用駝峰堰，堰頂高程1758.50m，堰高3.50m，共3孔，設(shè)檢修門和弧形工作門各一道，單孔凈寬15m。壩后設(shè)電站一座，裝機70MW，多年平均發(fā)電量2.61億kW·h?？値烊?.62億m3。卡拉貝利水庫工程是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電等諸多功能的Ⅱ等大(2)型水利樞紐工程。2010年8月，卡拉貝利水庫工程開始建設(shè)，2019年1月投入使用。卡拉貝利水庫工程不僅可以有效緩解下游地區(qū)的防洪壓力，大幅提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，還可緩解下游部分地區(qū)電力不足問題，對促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和城鄉(xiāng)居民的生活水平具有重要意義。

工程的聯(lián)合進水口布置在水庫左岸，由河道向外側(cè)依次布置1號洞、2號洞以及發(fā)電洞三條隧洞的進水口，底板高程依次為1696.00m、1715.00m和1725.00m，進水口共用一條長407m引水渠。由此形成引水渠段最大永久邊坡高度為113m，最大挖坡高度為100m。該邊坡的巖體易風(fēng)化，飽和抗壓度僅為0.80MPa，遇水軟化現(xiàn)象十分顯著?？紤]到其開口線附近為階地，因此，采取“強開挖、弱支護”開挖加固施工設(shè)計原則。

2 開挖加固方案設(shè)計

邊坡強開挖后可能會出現(xiàn)滑坡，因此，需要采取必要的加固措施。在保證安全的前提下，采取有效、經(jīng)濟的加固方式，力爭以最小投入，保證加固后邊坡穩(wěn)定，確保水利工程安全穩(wěn)定運行，發(fā)揮工程最優(yōu)效益。

2.1 方案一設(shè)計思路

方案一采取的是邊坡全斷面放緩坡的設(shè)計思路(見圖1)。根據(jù)相關(guān)工程設(shè)計要求，在邊坡開挖后坡腳線距離發(fā)電洞進口25m，在1750.00m高程部位設(shè)置10m寬的平臺，對1750.00m高程以下分兩級放坡，在1736.00m高程設(shè)置2.50m寬平臺，上述兩級放坡的坡比為1∶2.5；在邊坡開挖完畢后，對該部位進行漿砌片石護面處理，防止庫水對坡面的沖刷破壞。在1750.00m高程以上分三級臺階，按照1∶2的坡比進行放坡，同時，在1770.00m和1790.00m高程設(shè)置2.50m寬的平臺。

圖1 方案一設(shè)計思路

2.2 方案二設(shè)計思路

方案二采用的是全斷面放陡坡+錨固設(shè)計思路(見圖2)。根據(jù)相關(guān)工程設(shè)計要求，在邊坡開挖后坡腳線距離發(fā)電洞進口25m，在1750.00m高程部位設(shè)置10m寬的平臺，對1750.00m高程以下分兩級放坡，在1736.00m高程設(shè)置2.50m寬平臺，兩級放坡坡比均為1∶2.5。在邊坡開挖完畢后，對該部位進行漿砌片石護面處理，防止庫水對坡面的沖刷破壞。

圖2 方案二設(shè)計思路

1750.00m高程以上分三級臺階，按照1∶1的坡比進行放坡，同時，在1770.00m和1790.00m高程設(shè)置2.50m寬的平臺。在坡面采取全長黏結(jié)性錨桿，且錨桿要深入基巖5m，錨桿的水平間距和垂直間距均為2m，單根錨桿的設(shè)計拉力為200kN。對坡面進行混凝土格溝梁加固，格溝的水平和垂直間距均為2m，橫梁采用拱形梁設(shè)計，并將錨桿的錨頭設(shè)置在格溝梁的交點部位。

3 開挖加固方案比選

3.1 施工難易程度比較

方案一施工主要內(nèi)容是削坡，其具體工序為：邊坡開挖→坡頂和馬道截水溝施工→坡面綠化。方案二施工的主要內(nèi)容是放陡坡、錨桿加固，具體施工工序為：開挖第一個臺階→錨桿施工→格構(gòu)施工→按上述工序開挖其余臺階→坡頂、馬道截水溝施工→坡面綠化。

兩種施工方案相比，方案一為全斷面放緩坡方案，一般不需要人工支護，因此，施工技術(shù)要求不高，施工風(fēng)險相對較小，對施工管理的要求也相對較低；方案二為放陡坡加上錨桿施工，需要人工支護，增加了錨桿、格溝梁等施工要求，施工技術(shù)要求高，難度相對較大。由于方案二為全斷面放陡坡加錨固，在邊坡開挖過程中具有一定的風(fēng)險，必須要制定合理、科學(xué)、安全的施工方案，因此，需要更大的安全設(shè)施成本投入。

3.2 工程造價對比分析

根據(jù)方案一的設(shè)計思路，其主要費用為征地費用、土石方費用、排水工程以及植被恢復(fù)費用，按照當(dāng)?shù)匚飪r水平，對方案一每延米工程費用進行估算，結(jié)果見表1。

表1 方案一每延米工程費用估算結(jié)果

由表1和表2的計算結(jié)果可知，方案二與方案一相比，每延米可以節(jié)省工程投資41102元，節(jié)省費用約21.89%。因此，從工程投資視角來看，方案二為最優(yōu)開挖加固方案。

表2 方案二每延米工程費用估算結(jié)果

3.3 環(huán)保與征地問題比較

方案一需要進行大量土石方開挖，因此，會產(chǎn)生比較大的地質(zhì)環(huán)境擾動，對周邊植被的破壞也相對比較嚴(yán)重。此外，放緩坡需要增大邊坡的開挖范圍，需要增大征地面積，因此，對周圍的影響范圍也比較大。由于邊坡開挖區(qū)內(nèi)有高壓輸電線路經(jīng)過，如果采用該方案需要搬遷多個電塔，無形中增大了工程成本。方案二的放坡坡度較大，開挖土石方量明顯減小，對自然環(huán)境的破壞也較小，不存在方案一的影響范圍較大的問題。

4 最優(yōu)方案確定

根據(jù)對上述兩個方案設(shè)計思路的對比分析，方案二的工程造價較低，應(yīng)優(yōu)先選擇；方案一在施工難度和安全性方面具有一定的優(yōu)勢，但是對環(huán)境的破壞大，相對于方案二，征地范圍需要向外延伸近80m，土地使用成本明顯較大。因此，選擇方案二作為聯(lián)合進水口邊坡的開挖方案。

5 邊坡穩(wěn)定性驗算

為了進一步驗證方案二的合理性和可行性，利用強度折減法對自然、地震和洪水三種不同工況下的邊坡穩(wěn)定性進行計算，結(jié)果見表3。

由表3計算結(jié)果可知，按照方案二進行邊坡開挖，

表3 方案二條件下邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

如果沒有采取錨固加固措施，在自然工況下，邊坡位移量較小，巖體基本不會發(fā)生破壞，而在地震和高位洪水工況下，邊坡有可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。錨固后，各種工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)均大于1，說明錨桿對巖體的錨固效果良好，在不同工況下均滿足安全性要求，可在工程施工中采用。

6 邊坡運行監(jiān)測與穩(wěn)定性分析

為了保證工程施工質(zhì)量和施工安全，工程建設(shè)過程中建設(shè)了涵蓋大壩、邊坡、輸水洞等關(guān)鍵部位的變形監(jiān)測網(wǎng)。監(jiān)測網(wǎng)的首級網(wǎng)涵蓋上述部位的所有變形監(jiān)測點，二級網(wǎng)則是監(jiān)測不同部位變形的次級網(wǎng)絡(luò)，對本次研究而言，指的是邊坡監(jiān)測點構(gòu)成的變形網(wǎng)。監(jiān)測所用儀器為E630G GPS接收機，采用靜態(tài)相對定位方法完成數(shù)據(jù)的采集，整個系統(tǒng)共采用了6臺接收機，其中在基準(zhǔn)點上布置2臺接收機，在監(jiān)測點上采用4臺接收機進行流動觀測。

施工結(jié)束后，每隔30天監(jiān)測1次；夏季汛期每20天監(jiān)測1次，共監(jiān)測15批次。觀測時間依照規(guī)范要求不得少于60min。

監(jiān)測結(jié)果顯示，開挖支護后前三個月的邊坡整體位移量較大，為15mm左右，之后逐步趨于穩(wěn)定。截至目前，累積位移量為19.50mm，邊坡穩(wěn)定性良好。

7 結(jié) 語

邊坡開挖是水利工程建設(shè)中經(jīng)常面對的技術(shù)問題，對保證水利工程的順利施工和安全運行具有十分重要的價值和作用。本次研究以卡拉貝利水利樞紐聯(lián)合進水口邊坡開挖為例，在野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合邊坡的具體特點，提出了放緩坡和放陡坡加錨桿支護兩種不同的開挖加固方案。通過施工難易程度、經(jīng)濟性和環(huán)境影響等綜合評價，最終確定采取放陡坡加錨桿支護的方案。邊坡開挖施工完畢后的次年夏季，經(jīng)歷了兩次超警戒水位洪水的侵襲，邊坡穩(wěn)定性良好，說明本次設(shè)計的施工方案是合理的和科學(xué)的。