劉春鋒 鄭慧洋

青山沖水庫工程溢洪道為水庫的唯一泄洪建筑物，布置于大壩右側壩肩，受地形地質條件制約首部選用側槽無閘門控制的開敞式溢洪道，設計泄量244.0 m3/s（P=1%），校核泄量416.0 m3/s（P=0.05%），建筑物級別為2級，其邊坡級別為3級。

1 溢洪道邊坡地形地貌及地質條件

溢洪道位于壩址右岸山體，山體較渾厚，植被茂密，坡頂高程為531 m，山脊狹窄，為小區(qū)域范圍內的地表分水嶺。臨溢洪道側山體整體地形基本呈陡—緩—陡趨勢，其中山頂附近地形略陡、自然坡度為30°～35°，山體中上部地形較緩、自然坡度為10°～25°，下部地形較陡、自然坡度為35°～45°。下游側發(fā)育一沖溝，溝底寬度5～8 m，與河谷近直交。

地層巖性為寒武系下統(tǒng)杷榔組三段（∈1p3）砂質頁巖，屬較軟巖，抗風化能力弱、遇水易崩解，地表覆蓋第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）碎石土厚度一般為0.5～2.5 m，上部強風化帶下限深度為10.0～18.0 m。在邊坡強風化帶底部發(fā)育次生軟弱夾層R1，隨強風化帶起伏而起伏，經查山體頂部山脊沿線未發(fā)育軟弱夾層；山脊兩側中上部緩坡段R1較為發(fā)育，物質組成主要為泥夾巖屑，靠近山頂（及兩側）部位埋深及厚度相對較小，平緩寬闊地段埋深及厚度較大；下部陡坡段R1物質組成主要為巖屑夾泥，埋深及厚度逐漸減小，至靠近坡腳附近尖滅。右岸山體構造以節(jié)理裂隙為主，巖層產狀為走向NE25°～35°，傾SE，傾角21°～30°，傾向坡外偏下游。表層巖體中裂隙發(fā)育，泥質充填，隨著深度的增加，裂隙逐漸閉合。邊坡非汛期地下水位多位于次生軟弱夾層R1以下，汛期地下水位位于R1以上或附近。

根據(jù)試驗成果、強風化巖體的反演計算及工程類比，邊坡巖土體物理力學參數(shù)建議值，見表1。

2 溢洪道布置方案比選原則及比選方案擬定

根據(jù)分析計算，次生軟弱夾層R1是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。選擇溢洪道布置方案時，在保證泄水建筑物的泄洪能力、消能效果、建筑物結構強度和穩(wěn)定性的基礎上，應盡可能減少邊坡對泄洪設施安全與可靠性的直接影響。因此側槽溢洪道調整段以下布置方案的比選原則如下：

（1）軸線選擇和結構形式應考慮地形、地質、水力學、沿線建筑物、工程總布置等因素。

（2）滿足工程總布置要求的條件下，盡量避開或減少對邊坡和已建成建筑物的擾動。

（3）盡量減少R1軟弱夾層對邊坡穩(wěn)定的影響，確保運行期邊坡及溢洪道安全。

（4）與進口側堰及出口消力池水流平順銜接。

（5）綜合考慮施工便捷性和經濟合理。

綜合考慮以上因素，針對邊坡和泄水建筑物特點，比選明挖方案和洞挖方案：明挖方案包括放緩并加固高邊坡和偏轉溢洪道軸線并加固泄槽基礎兩種方案；洞挖方案考慮避開軟弱夾層R1的影響，采用豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪洞兩種方案。

3 邊坡安全標準和計算方法

為保證擬定各比選方案的安全可行，需進行邊坡穩(wěn)定和加固處理方案分析計算。各比選方案的邊坡均為不臨水邊坡，經常發(fā)生或持續(xù)時間長的正常運用工況為天然工況；非常運用條件Ⅰ為暴雨工況；本工程為Ⅵ度地震，無需進行抗震計算，故不考慮非常運用條件Ⅱ。邊坡穩(wěn)定計算安全標準根據(jù)特點選取如下：

放緩邊坡方案和軸線調整方案為開敞式溢洪道，其泄槽兩側開挖邊坡為3級工程邊坡，經敏感性分析，加固措施對邊坡穩(wěn)定不敏感，因此安全系數(shù)取規(guī)范允許值下限，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)設計取值見表2。

表2 工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取值表

豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪道方案為洞挖式溢洪道，洞室進出口工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標準取值見表2。洞身段為自然邊坡，考慮到自然邊坡未受擾動、加固處理措施效果不明顯、暴雨工況歷時短，故認為洞身段未開挖自然邊坡安全系數(shù)需滿足天然工況下不小于1.10，暴雨工況下不小于1.00。

依據(jù)邊坡設計規(guī)范，對本工程呈碎裂結構、散體結構的巖質邊坡，潛在滑動面呈非圓弧形，應采用摩根斯頓普賴斯法和不平衡推力傳遞法進行抗滑穩(wěn)定計算。故本工程采用加拿大二維極限平衡程序Slide軟件，自動搜索呈非圓弧形式的滑動面并計算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，同時可以模擬預應力錨索、樁等邊坡加固支護措施。抗滑樁內力和配筋計算采用理正巖土計算軟件的抗滑樁設計模塊，計算時輸入剩余下滑力及主動土壓力（利用庫侖土壓力理論計算），計算得到樁的變形、內力及配筋。

4 各方案邊坡加固處理措施

對放緩邊坡、軸線調整、豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪道4種方案的邊坡選取典型剖面進行穩(wěn)定分析和加固處理方案計算，結論如下：

（1）放緩邊坡方案溢洪道右側邊坡隨著施工時對邊坡自上而下進行放緩開挖，軟弱夾層R1以上的強風化巖體將被切腳并形成臨空面，因R1上部開挖邊坡的抗滑力不足將導致沿軟弱夾層R1發(fā)生剪切—滑移破壞，故需進行邊坡加固。經計算，通過系統(tǒng)施加700 kN預應力錨索并在467.00 m高程馬道設置1排C30鋼筋混凝土抗滑樁（樁徑2 m、間距2.6 m，樁頭設1 000 kN預應力錨索）等措施加固后，可以滿足永久邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，典型開挖支護剖面如圖1所示。

圖1 溢洪道放緩邊坡方案開挖支護典型剖面圖

（2）軸線調整方案溢洪道右側邊坡存在沿次生軟弱夾層R1及弧面組合的剪切-滑移破壞的可能，不滿足抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；同時為了避免開挖形成高邊坡，需將泄槽底板抬高到強風化層，因原狀地基摩擦系數(shù)較低，泄槽本身的抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。經計算，通過在460.0 m和430.0 m高程設置兩排C30鋼筋混凝土抗滑樁（樁徑2 m、間距2.6 m，樁頭設1 000 kN預應力錨索），邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；同時沿順水流向每段泄槽在首部、中部和尾部各設1排樁徑1 m灌注樁，排距8.2 m，間距4.5 m，泄槽抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可滿足要求。典型開挖支護剖面如圖2所示。

圖2 溢洪道軸線調整方案開挖支護典型剖面圖

（3）豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪道均為洞挖方案，邊坡問題對方案的制約基本相同。兩方案均在邊坡開挖高度較小的部位進洞和出洞，開挖支護工程量較??；洞室段頂部未開挖區(qū)域為現(xiàn)狀自然邊坡，不會對洞室結構安全產生影響，經計算現(xiàn)狀自然邊坡滿足抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。洞挖方案典型剖面如圖3所示。

圖3 洞挖方案典型剖面圖

5 方案比選

針對邊坡和泄水建筑物特點，根據(jù)擬定的比選原則，對明挖方案和洞挖方案進行比選：明挖方案采用在原方案基礎上放緩邊坡或調整溢洪道軸線；洞挖方案避開次生軟弱夾層R1的影響，采用豎井旋流泄洪洞或斜井溢洪洞方案。通過合理的方案布置和相應的加固措施，4種方案的泄流能力、流態(tài)、消能及邊坡安全等均滿足設計要求。

但在工程邊坡方面，調整溢洪道軸線、豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪洞方案的開挖邊坡均小于20 m，可避開現(xiàn)狀已實施的邊坡，無需進行二次開挖。其中洞挖方案可避開R1對邊坡的不利影響，調整溢洪道軸線方案將局部擾動R1，仍需支護處理邊坡，但邊坡高度較低，加固后邊坡穩(wěn)定性較好。放緩邊坡方案的工程邊坡高達110 m且擾動R1，溢洪道泄槽運行期存在一定安全隱患。另外，由于地質勘察精度局限性，邊坡上軟弱夾層R1及其他不利地質條件存在未探明的可能，相比洞挖方案，明挖方案運行期一旦出現(xiàn)塌滑將影響溢洪道泄洪安全，工程邊坡存在風險。

本工程設有導流引水及放空洞，平時不參與泄洪，但可以作為應急放空通道，且各方案均采用側槽式進水口，因此超泄能力不構成方案比選制約因素。各方案均為常規(guī)結構，施工難度相當；綜合考慮開挖支護、結構各工因素，豎井旋流泄洪洞方案投資最少。

6 結語

在青山沖水庫工程溢洪道山體開挖揭露次生軟弱夾層R1后，原設計方案的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求，在原設計方案的基礎上進行深化和優(yōu)化，通過對明挖和洞挖4種方案的各方面綜合比選，最終推薦豎井旋流泄洪洞方案。