甘溪水庫(kù)工程大壩左岸下游邊坡穩(wěn)定分析及治理措施

李治業(yè)，崔 進(jìn)，魏 凱

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

0 前言

甘溪水庫(kù)工程位于貴州省沿河縣甘溪鄉(xiāng)，壩址位于鄉(xiāng)政府上游約200 m處，水庫(kù)正常蓄水位501.00 m，總庫(kù)容1110萬(wàn)m3。工程任務(wù)為灌溉和供水，年供水總量1221萬(wàn)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(shí)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(fā)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(qū)巖體堅(jiān)硬，無(wú)構(gòu)造斷層構(gòu)造發(fā)育，地形地質(zhì)條件較簡(jiǎn)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(duì)稱“V”型。壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造主要為裂隙、卸荷、夾層，左岸卸荷最大深度為2 m、風(fēng)化水平深度14 m～26 m。

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

1 左岸邊坡地質(zhì)概況

左岸邊坡為層狀結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)順向坡，巖層傾右岸略偏上游，傾角30°。左岸基坑上游側(cè)邊坡巖體深入河床，無(wú)臨空面，邊坡穩(wěn)定；下游側(cè)邊坡形成基坑、河床、下游沖溝三面臨空的順向坡，巖體內(nèi)部有層面及夾層等結(jié)構(gòu)面。夾層面巖體綜合抗剪斷內(nèi)摩擦系數(shù) f’=0.50、粘聚力 c’=0.10，飽和狀態(tài)下 f’=0.4、粘聚力c’=0.08。邊坡在506m高程以下發(fā)育順河向裂隙，裂隙面有溶蝕張開(kāi)現(xiàn)象，工程初步設(shè)計(jì)階段推測(cè)切割較深（開(kāi)挖揭露后深度達(dá)到 8m），左壩肩巖體發(fā)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(kāi)挖切腳、暴雨、施工爆破等影響，可能導(dǎo)致被裂隙切割的巖體出現(xiàn)順層失穩(wěn)，施工期存在安全風(fēng)險(xiǎn)，邊坡開(kāi)挖應(yīng)遵循“先錨固、后開(kāi)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(kāi)挖前地質(zhì)剖面圖（天然）

2 邊坡穩(wěn)定判斷及分析

大壩左岸下游邊坡開(kāi)挖高程440～495 m，臨時(shí)邊坡最大高度為45 m，根據(jù)工程布置，在460 m高程設(shè)3 m寬?cǎi)R道。天然邊坡為巖質(zhì)邊坡，傾向NE40°，傾角30°。開(kāi)挖邊坡傾向NE40°，傾角63°。下游邊坡開(kāi)挖圖見(jiàn)圖3。

圖3 大壩左岸下游邊坡開(kāi)挖圖

邊坡和裂隙面產(chǎn)狀見(jiàn)表1。

表1 下游邊坡和結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀表

（1）邊坡穩(wěn)定判斷

利用赤平投影方法對(duì)邊坡進(jìn)行失穩(wěn)模式判斷，邊坡結(jié)構(gòu)面赤平投影圖，見(jiàn)圖4。

圖4 邊坡和結(jié)構(gòu)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(kāi)挖邊坡的坡角，傾向43°，邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）邊坡穩(wěn)定分析

甘溪水庫(kù)為Ⅲ等、中型水利工程，建筑物級(jí)別為3級(jí)，依據(jù)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL386-2007）規(guī)范規(guī)定，大壩左岸下游邊坡為4級(jí)邊坡，臨時(shí)邊坡安全系數(shù)為1.05～1.10。

因左岸下游順向坡壩基開(kāi)挖后將形成開(kāi)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(kāi)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(zhì)邊坡失穩(wěn)模式為平面滑動(dòng)，模式主要包括：（1）由發(fā)育裂隙面、下游臨空面和夾層面組合的塊體滑移；（2）由發(fā)育裂隙、下游臨空面和巖體隨機(jī)層面組合的塊體滑移；（3）由下游臨空面、順河向發(fā)育裂隙面、夾層面組合的塊體崩塌。

按如下兩種工況分別計(jì)算邊坡抗滑安全系數(shù)：

工況1：正常運(yùn)用工況，工程運(yùn)行期正常情況；

工況2：非常運(yùn)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(zhì)邊坡平面滑動(dòng)采用如下公式計(jì)算邊坡抗滑安全系數(shù)：

式中：γ為巖土體的重度，kN/m3；c為結(jié)構(gòu)面的粘聚力，kPa；φ為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角，°；A為結(jié)構(gòu)面的面積，m2；V為巖土體的體積，m3；θ為結(jié)構(gòu)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(tài)的，降雨后逐步消散。但是排水設(shè)施不到位的話，需要計(jì)算孔隙水壓力，根據(jù)相關(guān)資料，水壓力折減系數(shù)取0.5。

通過(guò)計(jì)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(shù)最低，為1.15。考慮施工期開(kāi)挖爆破的影響系數(shù)[2]，最小安全系數(shù)為1.035，表明邊坡基本穩(wěn)定，但小于規(guī)范規(guī)定的允許值1.05。

3 邊坡治理設(shè)計(jì)

邊坡治理主要依照預(yù)防為主、能預(yù)防的應(yīng)盡可能預(yù)防的原則進(jìn)行，確保工程施工期施工人員生命和設(shè)備財(cái)產(chǎn)的安全。選擇既經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)如下：

（1）邊坡表面排水

大壩壩頂開(kāi)挖線以外設(shè)了截水溝，對(duì)下游沖溝進(jìn)行疏通，及壩肩下游邊坡揭露裂隙進(jìn)行挖槽及回填M10砂漿進(jìn)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(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨索加抗滑樁等。依據(jù)邊坡穩(wěn)定分析結(jié)果，本邊坡基本處于穩(wěn)定，為使邊坡在施工期安全系數(shù)達(dá)到1.05，考慮支擋措施實(shí)施的可靠性及措施起作用的及時(shí)性，最終采用錨桿束鋼筋樁對(duì)每級(jí)邊坡開(kāi)挖前進(jìn)行預(yù)錨固。

錨桿束鋼筋樁參數(shù)為：鋼筋樁由3根C32鋼筋組成，長(zhǎng)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(shí)施后，安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

4 施工期邊坡監(jiān)測(cè)及現(xiàn)狀

（1）內(nèi)部監(jiān)測(cè)

大壩左岸下游邊坡共布置1孔2組多點(diǎn)位移計(jì)，整個(gè)施工期的監(jiān)測(cè)記錄顯示，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，多點(diǎn)位移計(jì)變化過(guò)程見(jiàn)圖5（施工期部分時(shí)段）。

圖5 邊坡多點(diǎn)位移計(jì)點(diǎn)實(shí)測(cè)變化過(guò)程線

邊坡內(nèi)部埋設(shè)的2組多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值位移均在±1 mm之間，且逐漸趨于平穩(wěn)，說(shuō)明邊坡內(nèi)部是處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）表面觀測(cè)

裂隙面縫隙做相應(yīng)記號(hào)進(jìn)行邊坡表面監(jiān)測(cè)和觀測(cè)，從開(kāi)始施工至今，均未發(fā)生位移量。

（3）現(xiàn)狀

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

5 結(jié)語(yǔ)

（1）甘溪水庫(kù)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(wěn)定決定整個(gè)工程的功能及作用。

（2）邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，跟蹤并及時(shí)掌握施工情況，通過(guò)判斷及分析跟進(jìn)邊坡治理措施，對(duì)邊坡穩(wěn)定做到有的放矢。

（3）目前省內(nèi)開(kāi)展較多的水利工程，對(duì)于傾角較緩的巖質(zhì)順向坡，在工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段應(yīng)深入分析，從地質(zhì)勘察到邊坡治理設(shè)計(jì)，每個(gè)環(huán)節(jié)做足工作，做到整個(gè)工程既安全又經(jīng)濟(jì)可行。

（4）工程實(shí)施階段，應(yīng)及時(shí)依據(jù)邊坡開(kāi)挖后揭露的地質(zhì)條件復(fù)核分析邊坡穩(wěn)定，采用科學(xué)合理的治理措施，確保工程安全、施工人員和設(shè)備安全。

（5）從內(nèi)部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及表面觀測(cè)情況，表明左岸邊坡是處于穩(wěn)定狀態(tài)。