溪洛渡水電站高路堤邊坡穩(wěn)定性分析與處治

周 圍 沈習(xí)文

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院交通分院，四川 成都 610072)

0 引言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)金沙江干流上，壩址位于四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的溪洛渡峽谷，距兩縣城分別為20 km和7 km，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等巨大綜合效益的工程。水庫回水至白鶴灘電站尾水，金沙江主庫全長199 km，西蘇角河、溜筒河、牛欄江、西溪河等支庫全長35 km。

根據(jù)地勘資料，徐家坪崩坡積堆積體以塊碎石為特點，覆蓋層較為深厚，表層結(jié)構(gòu)較松散，在正常條件下發(fā)生整體失穩(wěn)的可能性較小，但在水位驟降、暴雨等條件下可能產(chǎn)生局部失穩(wěn)，庫區(qū)蓄水后可能產(chǎn)生一定規(guī)模塌岸。本文就該高路堤邊坡進行穩(wěn)定性分析與評價，在此基礎(chǔ)上提出加固處理措施。

1 工程概況

溪洛渡水電站S307瀘鹽路南田至坪頭段復(fù)建公路徐家坪K3+255.00～K4+195.00段塌岸區(qū)位于金沙江支流油坊溝右側(cè)徐家坪階地上方斜坡，徐家坪明線段覆蓋層按其結(jié)構(gòu)層次自上而下、由新到老可劃分為2層。

第①層為崩積碎石，厚約1 m～2 m，結(jié)構(gòu)松散，現(xiàn)狀處于極限平衡狀態(tài)，局部失穩(wěn)，表層局部發(fā)育次級滑塌。該層形成年代較新，從數(shù)百年前至數(shù)年前。

第②層為崩坡積塊碎石土層，厚20 m～50 m，結(jié)構(gòu)稍密～密實。崩坡積體的物質(zhì)組成較單一，其后緣的基巖成分決定了其物質(zhì)組成，塊碎石層分為泥灰?guī)r、玄武巖，塊碎石含量一般在30%～40%以上，個別塊碎石含量超過50%～60%，粒徑一般為3 cm～20 cm，級配較差。崩坡積塊碎石土層基本穩(wěn)定。崩坡積塊碎石土層由新老崩坡積堆積而成，路線從斜坡坡腳附近通過。

斜坡后緣陡壁基巖裸露，基巖巖性為泥灰?guī)r，表層風(fēng)化卸荷較強烈，基巖強卸荷深度30 m～50 m，基巖弱風(fēng)化深度約2 m～10 m。節(jié)理裂隙較發(fā)育，張開5 cm～10 cm，巖體被3組～4組節(jié)理裂隙切割形成軟弱結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面類型為巖屑或巖屑夾泥。

工程區(qū)金沙江段屬亞熱帶氣候區(qū)，地勢高差懸殊，氣候垂直變化顯著。河谷干熱、高山陰冷潮濕，屬典型亞熱帶氣候區(qū)。據(jù)工程區(qū)附近的永善氣象站、雷波氣象站和中興場氣象站資料，多年平均氣溫為12.0℃ ～19.7℃，極端最高氣溫34℃ ～41℃，出現(xiàn)在6月～8月，極端最低氣溫0.3℃，出現(xiàn)在12月～1月，無霜凍現(xiàn)象。多年平均降水量586.3 mm～851.2 mm，主要集中在雨季4月～10月，占全年的 90.37%～96.55%。多年平均年蒸發(fā)量2 139.0 mm，多年平均相對濕度67%，平均風(fēng)速3.0 m/s。

根據(jù)GB 18306－2001中國地震動水平參數(shù)和反應(yīng)特征周期區(qū)劃圖，工程區(qū)水平地震動加速度為0.15g，地震動反應(yīng)特征周期為0.4 s，相當(dāng)于地震基本烈度為7度。

當(dāng)水庫蓄水及水庫水位快速下降時，塌岸區(qū)堆積體受地下水影響其力學(xué)參數(shù)有所降低，同時當(dāng)水位降低時，崩坡積堆積體內(nèi)地下水無法迅速排出，形成動水壓力，因此產(chǎn)生庫區(qū)塌岸。根據(jù)地質(zhì)勘察，徐家坪塌岸區(qū)表層崩坡積體目前整體處于極限平衡狀態(tài)，局部淺表有小規(guī)模溜滑，水庫蓄水后可能產(chǎn)生局部塌岸、滑塌及變形，為電站水庫蓄水塌岸區(qū)，但不會出現(xiàn)整體快速滑塌。經(jīng)計算分析，徐家坪塌岸區(qū)長約940 m，寬約50 m～60 m。水庫庫區(qū)塌岸對路線安全運行構(gòu)成了較為嚴(yán)重的威脅。

2 設(shè)計方案選擇

庫區(qū)蓄水后，崩坡積體將產(chǎn)生塌岸及變形，將給路基穩(wěn)定造成不利影響。若采用樁板墻等擋防措施對路基進行加固處治，處治難度及處理費用均較大，且處治效果不理想。若采用隧道繞避該塌岸區(qū)，隧道工程投資較大，且隧道進出口均為深厚覆蓋層，施工難度及后期運營難度較大。

考慮到崩坡積體下方徐家坪階地較為平緩、開闊，有條件對塌岸區(qū)進行堆渣反壓處理，故本段路基擬采用對崩坡積體中上部進行卸載，同時利用卸載土石方對崩坡積坡腳進行堆渣反壓+地面防護+矮腳擋墻的綜合處治方案。

3 高路堤邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)徐家坪崩坡積堆積體邊坡特點，選取塊碎石土邊坡K3+730.00這一具有代表性的沿主滑方向的剖面，采用土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序GEOSLOPE進行徐家坪高路堤邊坡穩(wěn)定分析計算，以便詳細(xì)分析評價各邊坡和滑坡的情況，見圖1。

3.1 堆積體物理力學(xué)參數(shù)取值

崩坡積堆積體的物理力學(xué)參數(shù)采用電站庫區(qū)勘察成果及崩坡積堆積體室內(nèi)試驗結(jié)果，見表1，表2。

圖1 K3+730徐家坪路堤邊坡示意圖

3.2 工況分析

溪洛渡水電站S307瀘鹽路南田至坪頭段復(fù)建公路為庫區(qū)復(fù)建公路，路線均位于水庫正常蓄水位以上。根據(jù)JTG D30－2004公路路基設(shè)計規(guī)范的要求，水庫地區(qū)路堤的穩(wěn)定性分析核算了四種工況，即正常蓄水工況、暴雨工況、庫水位驟降工況、地震工況。

表1 崩坡積堆積體物理力學(xué)參數(shù)建議取值(天然狀態(tài))

表2 崩坡積堆積體物理力學(xué)參數(shù)建議取值(飽水狀態(tài))

3.3 高路堤邊坡穩(wěn)定性計算分析及評價

本文利用土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序GEOSLOPE進行穩(wěn)定性計算分析，GEOSLOPE軟件根據(jù)極限平衡原理進行計算分析，采用折線法自動搜索最危險的滑面，計算方法為Janbu法，其穩(wěn)定性系數(shù)見表3。

表3表明，K3+730徐家坪庫區(qū)高路堤邊坡在正常蓄水工況下(K=1.595＞1.25)為穩(wěn)定狀態(tài)，在庫水驟降工況下(K=1.296 ＞1.15)為穩(wěn)定狀態(tài)，在正常蓄水并同時考慮暴雨工況下(K=1.281 ＞1.05)為穩(wěn)定狀態(tài)，在地震工況下(K=1.176 ＞1.02)為穩(wěn)定狀態(tài)。

表3 庫區(qū)路堤邊坡穩(wěn)定性系數(shù)表

根據(jù)穩(wěn)定性計算結(jié)果和高路堤邊坡結(jié)構(gòu)特征分析，高路堤邊坡在各種工況下均處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡設(shè)計及加固方案經(jīng)濟合理有效。

4 高路堤邊坡設(shè)計方案及加固處理措施

4.1 高路堤邊坡設(shè)計方案

該段利用油坊溝大橋右岸橋頭明線段挖方棄渣對徐家坪塌岸區(qū)坡腳進行堆渣反壓。路線以填方路基形式通過塌岸區(qū)，路基左側(cè)路肩外設(shè)8 m寬填方平臺，然后以1∶2填方坡率分臺階填筑路堤，每級路堤高10 m，共設(shè)置9級路堤邊坡，每級臺階寬2 m，填方坡腳采用3 m高護腳收坡腳。高路堤邊坡坡面采用大塊石碼砌加強抗沖刷防護，大塊石護坡厚200 cm，詳見圖2。

4.2 施工技術(shù)要求

1)路線以填方路基形式通過徐家坪塌岸區(qū)，路基左側(cè)路肩外設(shè)8 m寬填方平臺，路堤按1∶2坡率分級填筑，級高10 m，級間馬道平臺寬2 m，填方坡腳設(shè)置C15片石混凝土護腳固腳。填方路堤邊坡采用大塊石碼砌護坡抵抗庫水淘蝕，碼砌厚度為2 m。2)C15片石混凝土護腳高3 m，埋置深度不宜小于1.5 m，墻體采用C15片石混凝土澆筑，每10 m～20 m設(shè)置一處伸縮縫，用瀝青麻絮沿內(nèi)、外、頂三方填塞，深入10 cm～20 cm。3)為減小路堤自身不均勻沉降對路面的影響，于路面底面以下150 cm范圍內(nèi)設(shè)置5層土工格柵，土工格柵層間距30 cm，在外側(cè)彎折，并用撕裂膜綁扎在上一層上，縱向滿鋪，彎折段長2 m。4)水庫蓄水后2年～3年為路堤沉降穩(wěn)定期，沉降期根據(jù)沉降觀測情況進行路基路面修正設(shè)計，以滿足運行要求，待路基沉降基本穩(wěn)定后需按設(shè)計重新鋪筑路面。5)溪洛渡水庫正常蓄水位600 m，死水位540 m。K3+520.00～K4+195.00段路堤水庫蓄水后2年～3年為沉降穩(wěn)定期，高填方路堤需進行沉降變形監(jiān)測，根據(jù)沉降趨勢，確定沉降觀測時間及路基路面修復(fù)。觀測項目:路堤頂沉降量及水平位移，儀具名稱:沉降板，觀測要求:路堤填筑完畢后至蓄水前，最初半年內(nèi)半月觀測一次，半年后一月一次;水庫蓄水(或放水)期間，水位變化較快，每天觀測一次，水位穩(wěn)定期，半月一次，至沉降穩(wěn)定。

圖2 徐家坪高路堤邊坡K3+570.00剖面設(shè)計圖

4.3 路堤填料技術(shù)要求

徐家坪特殊路基602.00 m以下受水庫蓄水影響路段填筑應(yīng)采用單軸飽和抗壓強度大于45 MPa，軟化系數(shù)大于0.65的石料。路基開挖及本段路基內(nèi)側(cè)崩積體石灰?guī)r應(yīng)優(yōu)先用于602 m以下路堤填筑，遠運利用碎石土宜用于602 m以上路堤填筑。

4.4 路堤填筑技術(shù)要求

1)根據(jù)不同工況下的路基穩(wěn)定性分析成果，為了提高反壓后的路堤穩(wěn)定性，徐家坪塌岸區(qū)高填方特殊路基施工對填筑工藝要求較高，宜選擇有土石壩施工經(jīng)驗的施工單位進場施工。

2)路堤填方應(yīng)分層鋪筑，均勻壓實，并應(yīng)嚴(yán)格控制分層厚度，分層厚度根據(jù)壓實機械類型確定，一般20 cm～30 cm，每層碾壓5遍～7遍。若采用振動平碾碾壓填石料，建議振動碾重不小于20 t，行車速度2 km/h ～3 km/h，頻率20 Hz～30 Hz。

3)徐家坪塌岸區(qū)高填方特殊路基壓實采用重型擊實標(biāo)準(zhǔn)，考慮到本段路基的特殊性，路基壓實度調(diào)整如下:一般路堤，路面底面以下0 cm～150 cm應(yīng)不小于96%，路面底面150 cm以下應(yīng)不小于94%。

5 結(jié)論與建議

1)徐家坪高路堤邊坡經(jīng)觀測，施工期沉降已基本穩(wěn)定，路基滿足運行要求。這表明徐家坪高路堤邊坡設(shè)計方案及加固處理措施合理有效，具有較好的社會及經(jīng)濟效益。

2)徐家坪高路堤邊坡以1∶2坡率分臺階填筑路堤后，保證填料壓實度達到規(guī)范要求，路堤穩(wěn)定性在四種工況下均能滿足規(guī)范要求，高路堤邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，高路堤邊坡設(shè)計支護方案經(jīng)濟合理有效。

3)高路堤邊坡的穩(wěn)定性主要取決于路堤的排水能力及分層碾壓密實性，同時應(yīng)采用壓縮變形小、水穩(wěn)性好的滲水材料作填料，填筑后路堤力學(xué)參數(shù)應(yīng)達到設(shè)計要求。大塊石碼砌護坡可有效防護庫岸沖刷淘蝕，提高路堤邊坡的穩(wěn)定性。

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