甘溪水庫工程大壩左岸下游邊坡穩定分析及治理措施

李治業，崔 進，魏 凱

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 前言

甘溪水庫工程位于貴州省沿河縣甘溪鄉，壩址位于鄉政府上游約200 m處，水庫正常蓄水位501.00 m，總庫容1110萬m3。工程任務為灌溉和供水，年供水總量1221萬t。工程擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，最大壩高66 m。

壩址巖層單斜，傾右岸略偏上游，河流與巖層走向基本一致，河谷為走向谷。河床高程445 m～448 m，河床寬25 m，在高程506 m時谷寬為178 m，寬高比為3.1∶1。兩岸地形較完整，僅壩下游約60 m處發育一小型沖溝，沖溝切深3 m～5 m。左岸在河床450 m～465 m高程地形坡度約為57°，465 m～550 m高程地形坡度約 24°；右岸在河床450 m～475 m高程地形坡度約為64°，475 m～570 m高程地形坡度約39°，呈下陡上緩的峽谷型河谷；左岸為順向坡，右岸為逆向坡，壩址區巖體堅硬，無構造斷層構造發育，地形地質條件較簡單。左岸山體雄厚，山頂高程750 m～850 m。右岸山體呈圓丘狀，山頂高程583 m。河谷呈基本不對稱“V”型。壩址區地質構造主要為裂隙、卸荷、夾層，左岸卸荷最大深度為2 m、風化水平深度14 m～26 m。

工程于2015年初開工建設，大壩左岸壩肩485 m高程以上邊坡開挖揭露后，順河向裂隙發育明顯且較深，且導致左岸少量覆蓋層順層滑移。為確保工程施工期安全，對左岸邊坡進行防治處理是非常有必要的。

1 左岸邊坡地質概況

左岸邊坡為層狀結構的巖質順向坡，巖層傾右岸略偏上游，傾角30°。左岸基坑上游側邊坡巖體深入河床，無臨空面，邊坡穩定；下游側邊坡形成基坑、河床、下游沖溝三面臨空的順向坡，巖體內部有層面及夾層等結構面。夾層面巖體綜合抗剪斷內摩擦系數 f’=0.50、粘聚力 c’=0.10，飽和狀態下 f’=0.4、粘聚力c’=0.08。邊坡在506m高程以下發育順河向裂隙，裂隙面有溶蝕張開現象，工程初步設計階段推測切割較深（開挖揭露后深度達到 8m），左壩肩巖體發育裂隙包括：（1）LD1：N45°～55°E，NW∠62°～70°；（2）LD2、LD3：N5°～20°W，NE/SW∠70°～80°。三組裂隙均順邊坡走向，巖層傾角與自然地形坡度相近。受邊坡開挖切腳、暴雨、施工爆破等影響，可能導致被裂隙切割的巖體出現順層失穩，施工期存在安全風險，邊坡開挖應遵循“先錨固、后開挖”的原則。

圖1 大壩左岸布置圖及下游邊坡平面圖

圖2 大壩左岸下游邊坡開挖前地質剖面圖（天然）

2 邊坡穩定判斷及分析

大壩左岸下游邊坡開挖高程440～495 m，臨時邊坡最大高度為45 m，根據工程布置，在460 m高程設3 m寬馬道。天然邊坡為巖質邊坡，傾向NE40°，傾角30°。開挖邊坡傾向NE40°，傾角63°。下游邊坡開挖圖見圖3。

圖3 大壩左岸下游邊坡開挖圖

邊坡和裂隙面產狀見表1。

表1 下游邊坡和結構面產狀表

（1）邊坡穩定判斷

利用赤平投影方法對邊坡進行失穩模式判斷，邊坡結構面赤平投影圖，見圖4。

圖4 邊坡和結構面赤平投影圖

利用赤平投影方法初步判斷，兩組裂隙組合面傾角大于開挖邊坡的坡角，傾向43°，邊坡基本處于穩定狀態。

（2）邊坡穩定分析

甘溪水庫為Ⅲ等、中型水利工程，建筑物級別為3級，依據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL386-2007）規范規定，大壩左岸下游邊坡為4級邊坡，臨時邊坡安全系數為1.05～1.10。

因左岸下游順向坡壩基開挖后將形成開挖面、下游沖溝臨空面、壩肩位置的裂隙面切割塊體，在受到重力、開挖爆破、暴雨期滲水壓力等因素的作用下，切割塊體沿著層面或夾層面向河床整體滑移的可能，或存在局部崩塌。大壩左岸下游巖質邊坡失穩模式為平面滑動，模式主要包括：（1）由發育裂隙面、下游臨空面和夾層面組合的塊體滑移；（2）由發育裂隙、下游臨空面和巖體隨機層面組合的塊體滑移；（3）由下游臨空面、順河向發育裂隙面、夾層面組合的塊體崩塌。

按如下兩種工況分別計算邊坡抗滑安全系數：

工況1：正常運用工況，工程運行期正常情況；

工況2：非常運用工況，暴雨引起的邊坡巖體飽和及地下水位變化情況。

巖質邊坡平面滑動采用如下公式計算邊坡抗滑安全系數：

式中：γ為巖土體的重度，kN/m3；c為結構面的粘聚力，kPa；φ為結構面的內摩擦角，°；A為結構面的面積，m2；V為巖土體的體積，m3；θ為結構面的傾角，°。

荷載主要包括邊坡巖體自重、裂隙面孔隙水壓力、爆破作用。裂隙面孔隙水壓力是暫態的，降雨后逐步消散。但是排水設施不到位的話，需要計算孔隙水壓力，根據相關資料，水壓力折減系數取0.5。

通過計算得到，最不利工況為暴雨工況，邊坡塊體在暴雨工況下安全系數最低，為1.15。考慮施工期開挖爆破的影響系數[2]，最小安全系數為1.035，表明邊坡基本穩定，但小于規范規定的允許值1.05。

3 邊坡治理設計

邊坡治理主要依照預防為主、能預防的應盡可能預防的原則進行，確保工程施工期施工人員生命和設備財產的安全。選擇既經濟又可行的工程治理措施，邊坡治理主要包括表面排水、抗滑支擋，設計如下：

（1）邊坡表面排水

大壩壩頂開挖線以外設了截水溝，對下游沖溝進行疏通，及壩肩下游邊坡揭露裂隙進行挖槽及回填M10砂漿進行封閉處理。

（2）抗滑支擋措施

抗滑支擋措施主要包括擋土墻、抗滑樁（鋼筋混凝土抗滑樁、錨桿束鋼筋樁）、預應力錨索、預應力錨索加抗滑樁等。依據邊坡穩定分析結果，本邊坡基本處于穩定，為使邊坡在施工期安全系數達到1.05，考慮支擋措施實施的可靠性及措施起作用的及時性，最終采用錨桿束鋼筋樁對每級邊坡開挖前進行預錨固。

錨桿束鋼筋樁參數為：鋼筋樁由3根C32鋼筋組成，長18 m，軸線豎直向下，深入J6夾層以下3m，兩排，間排距2 m×2 m，分別布置在485 m高程和460 m高程。抗滑支擋措施實施后，安全系數滿足規范要求。

4 施工期邊坡監測及現狀

（1）內部監測

大壩左岸下游邊坡共布置1孔2組多點位移計，整個施工期的監測記錄顯示，沒有發現異常現象，多點位移計變化過程見圖5（施工期部分時段）。

圖5 邊坡多點位移計點實測變化過程線

邊坡內部埋設的2組多點位移計測值位移均在±1 mm之間，且逐漸趨于平穩，說明邊坡內部是處于穩定狀態。

（2）表面觀測

裂隙面縫隙做相應記號進行邊坡表面監測和觀測，從開始施工至今，均未發生位移量。

（3）現狀

從壩基邊坡開挖到主體工程施工完成，左岸整體邊坡表面未發生水平和垂直位移量，表層植被由于開挖切腳，局部發生了滑移，但不影響邊坡及工程的整體穩定。

5 結語

（1）甘溪水庫工程大壩左岸下游邊坡為順向坡，底部存在軟弱夾層面，且受裂隙面切割，邊坡塊體的穩定決定整個工程的功能及作用。

（2）邊坡開挖過程中，跟蹤并及時掌握施工情況，通過判斷及分析跟進邊坡治理措施，對邊坡穩定做到有的放矢。

（3）目前省內開展較多的水利工程，對于傾角較緩的巖質順向坡，在工程設計的各個階段應深入分析，從地質勘察到邊坡治理設計，每個環節做足工作，做到整個工程既安全又經濟可行。

（4）工程實施階段，應及時依據邊坡開挖后揭露的地質條件復核分析邊坡穩定，采用科學合理的治理措施，確保工程安全、施工人員和設備安全。

（5）從內部監測數據及表面觀測情況，表明左岸邊坡是處于穩定狀態。