奴爾水利樞紐工程高邊坡防護處理設計

班懿根

(新疆塔里木河流域奴爾水利樞紐建設管理局，新疆 策勒 848300)

1 工程概況

奴爾水利樞紐工程位于奴爾河中下游河段，屬新疆和田地區策勒縣境內。奴爾河發源于昆侖山中段卡拉塔什山北坡，全長約120 km，其中,奴爾水文站以上河道長度為43 km，流域面積734 km2，平均河寬200～500 m，平均縱坡約20‰。奴爾河奴爾水文站以下河道出山口后，河床驟然放寬，部分河段河床不明顯，洪水在廣闊的沖積扇上漫流，很快損失殆盡。

奴爾水利樞紐是奴爾河上的控制性工程，是承擔灌溉、發電綜合利用任務的樞紐工程。水庫總庫容為0.69億m3，正常蓄水位為2497 m，死水位為2465 m，電站總裝機容量為6.2 MW，多年平均年發電量為0.217億kW·h。工程由攔河壩、導流兼泄洪沖砂洞、溢洪洞、發電引水系統及電站廠房等組成。大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，最大壩高80 m。工程地震設防烈度為Ⅷ度。

2 工程邊坡現狀

奴爾水利樞紐工程區左右岸主要地層為西域組礫巖(Q1)、第四系中更新統沖積(Q2al)砂卵礫石、第四系上更新統沖積(Q3al)砂卵礫石、第四系上更新統沖積(Q3eol)低液限粉土。

低液限粉土具有密度小、抗剪強度低、透水性差的特點，易發生地震液化等不良地質問題[1-3]。壩后右岸上壩公路回車平臺上部粉土邊坡和左岸廠房上部約高程2485 m處粉土邊坡受雨水侵蝕、風力侵蝕時常出現小規模坍塌及揚塵等現象。

壩址區西域礫巖主要由大小不等的漂石、卵礫石構成，以泥質膠結為主，局部泥鈣質膠結。西域礫巖具有軟化系數較大、顆粒組成不一、易風蝕風化等特點[4-5]。壩頂左岸至聯合進水口交通洞進口平臺處暴露的西域礫巖和聯合進水口附近高邊坡暴露的西域礫巖時常出現風蝕掉塊等現象。

3 工程左右岸地質條件

左岸山頂高程約2680 m，坡高180 m，岸坡走向53°，高程2620 m以上坡度較緩，為12°～15°；高程2620 m以下逐漸變陡，地形坡度為20°～32°。在高程2440 m(Ⅲ級階地前緣)以上表部的風積粉土在壩線附近已被清除，其余部分岸坡被風積低液限粉土覆蓋，厚30～53 m；在高程2440 m(Ⅲ級階地前緣)以下為階地陡坎，出露第四系沖積砂礫石及西域礫巖。

據試驗資料：風積低液限粉土顆粒粒徑大于0.075 mm的細砂含量平均值3.19%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值91.66%，小于0.005 mm 的黏粒含量平均值5.15%，黏粒含量低，液限平均值28.23%，塑限平均值18.80%，塑性指數平均值9.4，天然干密度1.29 g/cm3，天然含水率為4.4%，比重為2.70 g/cm3，縱波速度Vp為300～530 m/s，天然狀態下直剪試驗內摩擦角為19°～20°，黏聚力為12.7～20.6 kPa；飽和狀態下內摩擦角為17.5°～28.0°，黏聚力為16.9～26.1 kPa。天然狀態下壓縮系數為0.26 MPa-1，飽和狀態下壓縮系數為0.34MPa-1，為中～高壓縮性土。易溶鹽含量為0.38%～1.00%，屬鹽漬土。

右岸山頂高程大于2730 m，坡高大于300 m，岸坡走向39°，高程2610 m以上岸坡坡度為2°～28°，高程2610 m以下岸坡坡度37°左右，上覆粉土較厚，據前期勘探及施工階段資料，表層風積低液限粉土厚36～78 m，下部為沖積砂卵礫石及西域礫巖。

據試驗資料：風積低液限粉土顆粒粒徑大于0.075 mm的細砂含量平均值占3.19%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值占91.66%，小于0.005 mm 的黏粒含量平均值占5.15%，黏粒含量低，液限平均值28.23%，塑限平均值18.80%，塑性指數平均值9.4，天然干密度1.29 g/cm3，天然含水率為4.4%，比重為2.70 g/cm3，縱波速度Vp為300～530 m/s，天然狀態下直剪試驗內摩擦角為19～20°，黏聚力為12.7～20.6 kPa；飽和狀態下內摩擦角為17.5～28.0°，黏聚力為16.9～26.1 kPa。

4 工程邊坡處理

4.1 壩后粉土邊坡處理

壩后粉土邊坡局部較陡，在受雨水侵蝕、風力侵蝕時，常出現小規模坍塌及揚塵等現象[6-7]。根據工程區粉土邊坡的處理經驗，將邊坡開挖至1∶1.75 坡度并布置土工格室可有效解決邊坡侵蝕問題。經計算，如開挖至1∶1.75坡度，粉土開挖量達25萬m3，工程區內無如此規模棄渣場，故此方案不可行。結合庫區改建道路的設計施工經驗，邊坡可采用植入土錨釘，表面封閉等加固處理措施。該方案棄渣量為2.77萬m3，規模小，可將棄渣棄于壩坡腳處。因此，針對壩后右岸回車平臺上部粉土邊坡，總體上采取開挖+錨固+表層封閉的處理措施，邊坡處理大致分為3段，具體為：

(1)樁號0+696.00處,右側及下游粉土邊坡坡度較陡，且邊坡較高。需將邊坡開挖至1∶1坡度，采用在邊坡布置土錨釘及掛網噴護等措施。

(2)樁號0+646.00～0+696.00處，邊坡高度逐漸降低，且邊坡自然坡度約為1∶1，此段邊坡需將坡腳坍塌松散堆積的粉土挖除后，采用布置土錨釘及掛網噴護等措施。

(3)樁號0+646.00至河床壩腳處，邊坡高度不高，且自然邊坡坡度較緩，約為1∶1.25左右，此段邊坡僅采用掛網噴護等措施。

本工程大壩為2級建筑物，壩后回車平臺上部邊坡的安全性對壩體整體穩定影響較小，影響程度屬較輕，按照《水利水電邊坡工程設計規范》(SL 386—2007)的要求，此處邊坡等級為5級。

計算參數如表1所示。

表1 邊坡穩定分析計算參數

采用理正軟件對邊坡處理方案進行復核，結果見表2。

表2 邊坡計算結果

4.2 左岸廠房上部粉土邊坡處理

左岸廠房上部粉土邊坡經開挖及自然坍塌，邊坡坡度較緩。根據樞紐區邊坡處理經驗，可采用高度為100 mm的土工格室進行處理。

施工時，鋼釬成孔位置必須位于格室對角上方，鋼釬間排距2.0 m，長1.5 m；固定釘間排距1.0 m，長0.4 m。

4.3 壩頂左岸至聯合進水口平臺處西域礫巖邊坡處理

壩址區西域礫巖主要由大小不等的漂石和卵礫石構成。西域礫巖具有軟化系數較大、顆粒組成不一、易風蝕風化等特點[8]。壩頂左岸至聯合進水口平臺處西域礫巖邊坡時常出現風蝕掉塊等現象。考慮此部位在樞紐碼頭附近，以后運行期車輛及人員較多，需加強此部位開挖坡面支護。

此段西域礫巖邊坡采用主動防護網防護，采用APS-100/P型，雙層布置，內層為格柵網，外層為絞索網。

4.4 聯合進水口上游高邊坡西域礫巖邊坡處理

對此處邊坡進行掛網噴護處理，從聯合進水口引渠左側2490 m開始至邊坡頂部，2501.2 m高程以下采用φ25砂漿錨桿，孔間距2.0 m×2.0 m,長4.0 m，深入巖石3.9 m，呈方形分布，C25混凝土掛網噴護(φ8@200)，噴護厚度100 mm；布置排水孔，孔徑40 mm，間排距3 m，埋PVC管，長650 mm，入巖500 mm，深入巖石部分采用無紡布進行包裹，包裹長度為200 mm，排水孔仰角5°。2501.2 m高程以上采用C25混凝土噴護，噴護厚度50 mm；布置排水孔，孔徑42 mm，間排距3 m，入巖500 mm，排水孔仰角5°。

4.5 邊坡處理具體要求

邊坡處理的具體要求如下：

(1)將陡于1∶1的粉土邊坡開挖至1∶1坡度，并在1∶1坡度邊坡上布置土錨釘。當開挖邊坡高度大于50 m時，土錨釘深度為25 m，當開挖邊坡高度小于50 m時，土錨釘深度為20 m。土錨釘按梅花形布置，間排距1.5 m。錨頭采用500 mm×500 mm×10 mm鋼板。邊坡同時進行掛網噴護，并布置排水孔。

(2)土錨釘施工時，如在設計長度內遇西域礫巖或Q2砂礫石層，則無須繼續鉆孔，以實際長度為準。

(3)排水孔內布置排水管，并以5%坡度傾向坡外，孔內側管口設無紡布，以防細顆粒流失。排水管采用外徑50 mm、壁厚2.4 mm、公稱壓力0.1 MPa的硬聚氯乙烯管，孔眼間排距2 m，排水孔深入邊坡30 cm。

(4)開挖粉土可堆至右岸下游壩體與山體之間的空間，堆棄粉土頂高程低于上壩公路2 m，臨空面坡度為1∶2。堆棄粉土表面覆蓋20 cm厚砂礫石。回填的粉土及砂礫石會覆蓋原壩坡邊緣處的排水溝，待回填施工完成后，在邊緣處重新修建排水溝。

(5)邊坡高度不高，且自然坡度較緩(坡度陡于1∶1.25，緩于1∶1)，邊坡僅布置掛網噴護、排水孔等措施。此類邊坡布置砂漿錨桿，采用Φ16自進式錨桿，間排距2 m，長度4.5 m。邊坡布置Φ8間距200 mm的鋼筋網，并噴護C30混凝土10 cm。

5 結 語

奴爾水利樞紐是承擔灌溉、發電綜合利用任務的樞紐工程，對于促進當地鄉村振興、維護社會穩定與長治久安具有重要意義。由于庫區為低液限粉土，有密度小、抗剪強度低、透水性差的特點，易出現地震液化等不良地質問題，這將對工程建設期與運行期的水庫安全生產造成較大隱患。鑒于此，為消除事故隱患，采用理正軟件對水庫壩后、左岸廠房上部、壩頂左岸至聯合進水口平臺、聯合進水口上游四處隱患點進行了邊坡處理方案復核，提出了不同的處理措施，為保障大壩施工及后期安全運行提供了重要的技術支撐。