三峽庫(kù)區(qū)某高切坡穩(wěn)定性分析及治理

王祥宇 肖詩(shī)榮 陸世軒

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002； 2.三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002)

三峽庫(kù)區(qū)某高切坡穩(wěn)定性分析及治理

王祥宇1肖詩(shī)榮2*陸世軒1

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002； 2.三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002)

對(duì)位于巫山縣的一處高切坡進(jìn)行分析，探討了影響高切坡穩(wěn)定性的各項(xiàng)因素，采用極限平衡法及工程地質(zhì)類(lèi)比法等分析方法對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析和預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，并提出了“預(yù)應(yīng)力錨索+肋柱錨桿面板+漿砌石護(hù)坡?lián)跬翂?截排水設(shè)施”的工程治理方案。

高切坡，地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，工程治理

0 引言

三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治是三峽工程后續(xù)工作的任務(wù)之一，高切坡防護(hù)是三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的重要組成部分，也是關(guān)系到百萬(wàn)移民長(zhǎng)治久安的大事。本文通過(guò)對(duì)巫山某高切坡的巖土特性進(jìn)行研究，分析預(yù)測(cè)其破壞模式，并提出合理的治理對(duì)策。

1 地質(zhì)概況

本文所研究的高切坡位于巫山縣西部、長(zhǎng)江北岸，東距巫山縣城約15 km。區(qū)域地貌屬于中、淺切割褶皺侵蝕、剝蝕中低山。測(cè)區(qū)出露地層主要為三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)頂部地層，巖性為褐棕色薄層狀粉砂巖夾灰黃色厚層狀中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。第四系廣泛分布于山體斜坡、階地及河漫灘上。成因類(lèi)型有人工堆積、殘坡積、崩坡積等。

大地構(gòu)造部位上處于川鄂湘黔隆起褶皺帶之西北部，西臨川東褶皺帶東緣，具有兩大構(gòu)造體系交接帶的復(fù)合特征。工程區(qū)內(nèi)50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)地震烈度為6度。

2 高切坡地質(zhì)特征[1]

本高切坡(KWS028)位于曲尺鄉(xiāng)南側(cè)長(zhǎng)江岸邊，為碼頭復(fù)建時(shí)形成。高切坡一帶地貌上呈一緩坡臺(tái)狀，原始地形坡度25°左右，傾向SE。

2.1 形態(tài)特征

高切坡分上下兩級(jí)，上級(jí)高切全長(zhǎng)161 m，樁號(hào)K0+000～K0+161，坡腳高程173.23 m～178.8 m，坡眉高程175.4 m～189.4 m，最大切坡高15 m，坡面總體走向60°，平均坡角60°左右，平面上呈反“Z”字折線形。下級(jí)高切坡全長(zhǎng)45 m，樁號(hào)K0+111～K0+156，坡腳高程174.5 m，坡眉高程180 m～184.6 m，最大切坡高10 m，坡面總體走向60°，平均坡角60°左右，平面上成一字形。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)高切坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，對(duì)高切坡進(jìn)行分段論述，限于篇幅，本文選樁號(hào)K0+091～K0+111段典型高切坡段進(jìn)行詳細(xì)論述。

該段屬土質(zhì)高切坡，坡長(zhǎng)20 m。平面上呈近直線型，總體走向63°。高切坡平均坡角60°，坡面呈直線型。高切坡坡腳高程179.5 m～180.5 m，坡眉高程186.5 m～190.5 m，最大切坡高10.5 m。高切坡坡面出露褐黃色碎塊石土，碎石含量約45%，直徑一般2 cm～20 cm，棱角狀，塊石含量約20%，直徑一般20 cm～40 cm，松散～稍密狀態(tài)，可見(jiàn)厚度8 m左右，坡腳一帶局部可見(jiàn)灰黃色巨厚層長(zhǎng)石砂巖出露，中風(fēng)化狀態(tài)。巖層傾山內(nèi)，傾向330°，傾角12°，呈逆向坡結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。

2.3 水文地質(zhì)條件

高切坡坡眉以上緩坡覆蓋層細(xì)粒物質(zhì)含量較高，屬相對(duì)隔水層，雨季緩坡地段所匯集的降雨以坡面流的形式向高切坡坡面排泄。高切坡分布的碎石土、碎塊石土，透水性較強(qiáng)，高切坡一帶區(qū)所匯集的大氣降水經(jīng)短途地表徑流后即下滲。

3 穩(wěn)定性分析計(jì)算[2,3]

3.1 穩(wěn)定性現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)變形破壞模式

樁號(hào)K0+091～K0+111段屬巖土質(zhì)高切坡，土層厚度較大，局部出現(xiàn)滑塌破壞，整體穩(wěn)定性較差，預(yù)測(cè)破壞模式為邊坡土體在降雨作用下，由于碎石土體透水性強(qiáng)，雨量足夠大，雨水入滲，減小內(nèi)在粘聚力以及內(nèi)摩擦角，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低，碎石土體穩(wěn)定性會(huì)降低，加之雨水入滲，坡體重量增加，下滑力增大，造成滑塌破壞，甚至沿基巖面的整體滑移破壞。

3.2 穩(wěn)定性計(jì)算與評(píng)價(jià)

根據(jù)工程地質(zhì)類(lèi)比法，參照附近區(qū)域地質(zhì)勘察報(bào)告，防護(hù)工程設(shè)計(jì)巖體物理力學(xué)參數(shù)建議見(jiàn)表1，表2。

表1 土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

高切坡整體穩(wěn)定性計(jì)算軟件采用SLOPE/W的Janbu法，典型剖面計(jì)算成果見(jiàn)圖2、圖3以及表3(計(jì)算選取下河引道以上部分，下河引道以下部分穩(wěn)定)，圖中陰影部分為易滑體。

表2 巖體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值表

表3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

剖面Janbu法天然狀態(tài)飽和狀態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定性系數(shù)穩(wěn)定狀態(tài)安全系數(shù)典型剖面1．434穩(wěn)定1．035欠穩(wěn)定1．20

計(jì)算表明，在天然狀態(tài)工況下，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.434，處于穩(wěn)定狀態(tài)；而在飽和狀態(tài)工況下，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.035，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在突發(fā)強(qiáng)降雨條件下易發(fā)生滑塌破壞，從圖3可見(jiàn)，陰影部分為易滑體，坡體會(huì)發(fā)生較大范圍的滑移破壞，印證了上文的預(yù)測(cè)。

4 治理工程設(shè)計(jì)[4-7]

樁號(hào)K0+091～K0+111段土層厚度較大，穩(wěn)定性較差，其他段邊坡整體穩(wěn)定，但存在局部表層松動(dòng)，塊石崩落的現(xiàn)象。為了防止邊坡穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化，保護(hù)碼頭及河道安全，需對(duì)邊坡進(jìn)行治理。

根據(jù)設(shè)計(jì)原則及實(shí)際地質(zhì)條件，治理方案確定為:預(yù)應(yīng)力錨索+肋柱錨桿面板+漿砌石護(hù)坡?lián)跬翂?截排水設(shè)施。

1)邊坡開(kāi)挖、修整。高切坡總體為直線形，局部為弧形，邊坡上分布有松動(dòng)巖體等松散物質(zhì)，雜草及其根系，坡面殘留的松動(dòng)巖塊、浮土應(yīng)清除，以利于高切坡支護(hù)施工。設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡比為1∶0.5。

2)預(yù)應(yīng)力錨索+肋柱錨桿面板護(hù)坡。樁號(hào)K0+091～K0+111段，為防止坡體整體滑移崩塌，加強(qiáng)坡體穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，采用預(yù)應(yīng)力錨索+肋柱錨桿面板護(hù)坡(見(jiàn)圖4)。肋柱水平方向間距5.0 m，肋柱截面尺寸為0.6 m×0.5 m，肋柱間面板厚度為300 mm。肋柱從上往下依次布置2排錨索和2排錨桿。第一排錨索距坡頂垂直距離2.0 m，錨索間垂直間距3.0 m，錨索長(zhǎng)20 m，選用500 kN預(yù)應(yīng)力錨索。錨索采用高強(qiáng)度、低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，設(shè)計(jì)錨索與水平面夾角20°，布置間距均為5 m×3 m，錨索鉆孔直徑均為120 mm。第一排錨桿距錨索垂直間距2.0 m，錨桿長(zhǎng)9.0 m，采用直徑為25 mm的HRB400級(jí)螺紋鋼筋，傾角20°，錨桿終孔直徑為110 mm。肋柱縱向采用4根直徑22 mm的HRB335級(jí)螺紋鋼筋，布置間距為5 m×2 m，箍筋采用直徑為16 mm的HPB300級(jí)光圓鋼筋，間距200mm。混凝土面板厚300 mm，布設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用10 mm的HPB300級(jí)光圓鋼筋。頂梁和地基梁均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，截面尺寸為0.4 m×0.4 m，縱向采用4根直徑18 mm的HRB335級(jí)螺紋鋼，箍筋選用直徑為6 mm的HPB300級(jí)光圓鋼筋，間隔200/100布置。肋柱、面板、頂梁及地基梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。混凝土面板上設(shè)置φ50 PVC排水孔，排水孔間距為2.0 m×2.0 m，長(zhǎng)度為2 m，外傾10%。預(yù)應(yīng)力錨索和錨桿貫入巖體，能增大邊坡巖土體穩(wěn)定性，混凝土面板護(hù)坡，阻止碎石土崩落，治理手段能有效提高邊坡穩(wěn)定性，確保邊坡安全。

3)其他坡段治理措施。其他坡段為防止塊石崩落，并加強(qiáng)坡體整體穩(wěn)定性，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件采用肋柱錨桿面板護(hù)坡以及漿砌石擋墻護(hù)坡，本文不再贅述。

4)截排水設(shè)計(jì)。高切坡坡頂設(shè)置截水溝，將水排到坡腳引入市政排水系統(tǒng)，能有效減少入滲到坡體的降雨量。截水溝為漿砌塊石，塊石強(qiáng)度等級(jí)為MU30，M7.5水泥砂漿砌筑，M10水泥砂漿抹面。為了防止沖刷，緩坡段(25%>i>10%)溝底必須采用增加粗糙度的措施，嵌入10 cm×10 cm×8 cm堅(jiān)硬小石塊或混凝土預(yù)制塊，用以減速和消能。截水溝在陡坡段(i>25%)做成級(jí)差為600 mm的跌水消能梯坎。

5 結(jié)語(yǔ)

1)巖質(zhì)邊坡段主要破壞模式為邊坡碎裂狀巖體的風(fēng)化掉塊；土質(zhì)邊坡段主要破壞模式為邊坡土體在降雨作用下的崩塌，甚至沿基巖面的整體滑移破壞。2)采用預(yù)應(yīng)力錨索、肋柱錨桿面板、漿砌石護(hù)坡?lián)跬翂Α⒔嘏潘仍O(shè)施，能夠有效確保邊坡穩(wěn)定性。

[1] 長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院．三峽庫(kù)區(qū)湖北省高切坡防護(hù)工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)技術(shù)要求[R]．

[2] 殷躍平．三峽庫(kù)區(qū)邊坡結(jié)構(gòu)及失穩(wěn)模式研究[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2005，13(2)：145-154．

[3] 祝振生，隆 衛(wèi)．巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析方法綜述[J]．西部探礦工程，2007(3)：156-160．

[4] 羅元華，伍法權(quán)．三峽水庫(kù)區(qū)巖土體高切坡的基本特點(diǎn)與防災(zāi)方法[J]．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2004，15(S1)：115-118．

[5] 祝介旺，伍法權(quán)，蘇天明，等．三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州段高切坡破壞模式和防護(hù)措施研究[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，15(1)：8-15．

[6] 彭正華，周 寧，卞學(xué)軍，等.三峽庫(kù)區(qū)土質(zhì)高切坡變形破壞模式及防護(hù)措施研究[J]．資源環(huán)境與工程，2008,24(4)：379-382．

[7] GB 50330—2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

Stability analysis and treatment of the high cut slope in Three Gorges Reservoir region

Wang Xiangyu1Xiao Shirong2*Lu Shixuan1

(1.CollegeofCivilandBuilding,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 2.ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)

A high cut slope in Wushan is analyzed by this paper. Factors that affecting the stability of the slope are discussed and the safety of the slope are evaluated by the limit equilibrium method and the engineering geological analogy method. The mitigation of measure utilizes a comprehensive method： prestress anchor cable+bolt rib pillar panel+grouted stone retaining wall+drain facilities.

high cut slopes, geological disaster, predictive evaluation, project management

1009-6825(2015)30-0064-03

2015-08-17

王祥宇(1988- )，男，在讀碩士

肖詩(shī)榮(1963- )，男，副教授

TU413.62

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