西域礫巖高邊坡設(shè)計(jì)和處理

萇登侖,韓守都,李文新,王玉杰

(1.新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100048)

1 概述

在我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)[2]和巖土工程勘察規(guī)范[3]中，將飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于30MPa作為軟質(zhì)巖，小于5MPa作為極軟巖。根據(jù)目前對西域礫巖的認(rèn)識，其具遇水軟化、崩解等特性，導(dǎo)致泥鈣質(zhì)和泥質(zhì)膠結(jié)西域礫巖屬極軟巖。西域礫巖地層所在河道受水流長期沖刷、掏蝕，河道多呈峽谷地形，具有兩岸階地和沖溝發(fā)育，地形條件復(fù)雜的特性[4]。在這種地質(zhì)地形條件下的水庫工程，工程區(qū)高邊坡廣泛存在。陡立高邊坡受庫水長期浸泡，或受泄洪集中淘刷均可能突然失穩(wěn)滑塌，造成涌浪、堵塞泄洪洞洞口、在壩后形成堰塞湖等危險(xiǎn)隱患。西域礫巖地層條件下的高邊坡布置是否合理、高邊坡處理措施是否恰當(dāng)，對建筑物的布置和工程安全至關(guān)重要。本文以新疆迪那河五一水庫工程為依托，結(jié)合長期以來在這種特殊地質(zhì)地形條件的設(shè)計(jì)工作，研究了該地層下的高邊坡變形失穩(wěn)機(jī)理，以及西域礫巖高邊坡布置、處理的原則和方法，總結(jié)了壩前、壩后不同高邊坡條件下應(yīng)當(dāng)采取的工程措施，保證了高邊坡穩(wěn)定性和工程安全、節(jié)約了工程投資。

2 西域礫巖高邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理分析

2.1 影響高邊坡穩(wěn)定的因素

影響高邊坡穩(wěn)定性的因素較多，可分為2大類，即內(nèi)在因素和外在因素[1]。內(nèi)在因素主要包括邊坡的地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)及巖體的初始應(yīng)力狀態(tài)等；外在因素主要包括邊坡形態(tài)、水文條件、工程作用等。全面研究影響西域礫巖高邊坡穩(wěn)定性的因素，才能對高邊坡失穩(wěn)破壞有深刻的認(rèn)識，提出合理的、有針對性的措施。

2.2 高邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理

2.2.1壩前邊坡

西域礫巖一般多呈厚層狀、巨厚層狀，干燥狀態(tài)下巖體較為完整。壩前岸坡在飽和狀態(tài)下物理力學(xué)數(shù)值大幅降低，容易失穩(wěn)破壞，主要是由泥鈣質(zhì)和泥質(zhì)這種弱膠結(jié)巖體的性質(zhì)決定的。巖體中的泥巖、砂巖等軟弱夾層形成的結(jié)構(gòu)面，增加了高邊坡失穩(wěn)破壞的可能性。

黎康平等人以五一水庫工程為依托，通過數(shù)值模擬試驗(yàn)研究西域礫巖高邊坡坡腳軟巖軟化的破壞機(jī)理，分別對坡度、坡高、凝聚力、內(nèi)摩擦角4個(gè)因素的敏感性做分析計(jì)算，認(rèn)為西域礫巖高邊坡失穩(wěn)破壞是由邊坡潛在破裂面上部受拉破壞區(qū)和下部剪切破壞區(qū)共同組成的折線狀滑裂面造成的[5]。萇登侖等人在對五一水庫聯(lián)合進(jìn)水口泥巖夾層西域礫巖高邊坡處理方案的研究中，提出了西域礫巖高邊坡失穩(wěn)的3種滑移模式，并進(jìn)行了計(jì)算分析[6]。王玉杰等人以莫莫克水利樞紐工程為依托，采用顆粒離散元方法，對不同坡高下西域礫巖邊坡的掏蝕破壞進(jìn)行了模擬，建立了西域礫巖邊坡傾倒概化模型，認(rèn)為坡腳掏蝕深度和邊坡高度是影響西域礫巖后緣拉裂到整體失穩(wěn)的主要因素[7]，并認(rèn)為巖質(zhì)邊坡大都是沿著某些結(jié)構(gòu)面，尤其是沿軟弱結(jié)構(gòu)面而發(fā)生失穩(wěn)的[8]，因此對軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

以上對西域礫巖失穩(wěn)破壞研究是不斷深入的，結(jié)合數(shù)值模型計(jì)算分析，通過對五一水庫西域礫巖邊坡塌岸的過程和形態(tài)的研究，可得到飽和狀態(tài)下西域礫巖邊坡失穩(wěn)破壞的機(jī)理主要為：高邊坡在長期受庫水、雨水、坡面匯水的浸泡、侵蝕作用下，西域礫巖物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生劣化，先是在高邊坡后緣應(yīng)力集中區(qū)形成卸荷裂隙，并產(chǎn)生向臨空面方向的變形，逐漸形成垂直張拉裂縫，在與坡腳侵蝕、沖蝕后形成的裂縫貫通后，最終導(dǎo)致高邊坡失穩(wěn)破壞；存在泥巖夾層的高邊坡在泡水后強(qiáng)度喪失，容易沿泥巖夾層形成滑裂面，與高邊坡后緣垂直張拉裂縫貫通后，加速了高邊坡失穩(wěn)破壞。

2.2.2壩后邊坡

水流對壩后河道高邊坡產(chǎn)生的影響主要是：①坡腳長期受河水淘刷、沖蝕；②坡面、坡頂受雨水和坡面匯水沖蝕。西域礫巖廣泛分布于新疆的天山、昆侖山山麓地帶[9]，深居內(nèi)陸，多年平均降水量一般不足100mm。從壩址區(qū)Ⅳ級階地后緣超百米高陡立邊坡自然形態(tài)來看，干燥高邊坡能夠長期屹立。是因?yàn)閹r體沒有長時(shí)間被水浸泡，內(nèi)部巖體的物理力學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生改變，在降雨和匯水作用下僅產(chǎn)生表層剝落，對岸坡形態(tài)改變是緩慢的。因此，影響壩后高邊坡穩(wěn)定性主要以河道水流淘刷、沖蝕坡腳為主。

河谷岸坡在河水長期過流侵蝕、淘刷作用下，高邊坡坡腳產(chǎn)生掉塊，被水流帶走后又產(chǎn)生新的掉塊，水流淘刷使高邊坡坡腳形成深度達(dá)3～5m、高度幾米至十幾米的倒坡，甚至在坡腳形成深度達(dá)十幾米的空洞。隨著侵蝕不斷加深，上部巖體形成應(yīng)力集中區(qū)，先在高邊坡后緣形成張拉裂縫，隨著裂縫向深部發(fā)展，滑動(dòng)體自重形成的張拉力和剪切力大于殘存在滑裂面上的阻滑力，最終貫穿形成滑動(dòng)面。由于高邊坡失穩(wěn)滑裂面自上而下呈陡直形態(tài)，西域礫巖邊坡失穩(wěn)破壞屬于“剝洋蔥式”的片狀劈裂崩塌(如圖1所示)。裂縫形成后，當(dāng)雨水、冰雪融水、坡面匯水進(jìn)入裂縫，結(jié)合面巖體受到浸泡抗剪強(qiáng)度大幅降低，加速了裂縫的開展，由于高邊坡臨空面陡立，西域礫巖自身抗剪強(qiáng)度低，因此高邊坡失穩(wěn)破壞非常突然，這也是降雨后，或是春季天氣轉(zhuǎn)暖后，容易出現(xiàn)岸坡突然崩塌的原因。

圖1 西域礫巖河道岸坡照片(崩塌后)

五一水庫壩軸線處河道為天然彎道，右岸為凹岸。壩肩河谷岸坡為陡壁，坡度為87°～90°，中下部倒坡，坡度75°～82°。右岸岸坡坡頂階地前緣沿河谷方向巖體發(fā)育有卸荷裂隙，2008年4月觀察該裂隙一般張開1～5mm，局部張開20～40cm，裂隙斷續(xù)延伸長約50m，卸荷帶水平寬5～10m，垂直深度約40m。2010年4月觀察該裂隙已呈貫通狀分布，延伸長約150m，裂隙平均張開約30～50cm不等。2011年2月8日該不穩(wěn)定體出現(xiàn)局部坍塌，塌落方量約10000m3。2011年2月14日量測，裂隙張開寬度一般60～100cm，最寬達(dá)160cm。至2011年2月16日下午18時(shí)10分左右，該卸荷巖體大部分失穩(wěn)坍塌，塌落方量約54000m3，坍塌后壩肩邊坡仍為直立，局部倒坡(如圖2所示)。

圖2 右岸壩肩右岸壩肩卸荷體崩塌

3 西域礫巖高邊坡布置及處理

3.1 布置原則

西域礫巖高邊坡的布置應(yīng)結(jié)合工程整體布局和建筑物布置進(jìn)行，高邊坡布置主要考慮以下幾方面：

(1)盡量結(jié)合建筑物布置。建筑物進(jìn)、出口緊湊布置有利于高邊坡集中布置，利用建筑物進(jìn)水口不同高程形成階梯狀布置，有利于放緩高邊坡綜合坡度，減輕高邊坡頂部荷載，改善邊坡應(yīng)力狀態(tài)。

(2)盡量做到挖填平衡。保證西域礫巖高邊坡穩(wěn)定的重要途徑和措施是放緩邊坡，但峽谷地形條件下，大范圍的邊坡開挖，將大大增加開挖和坡面防護(hù)工程量，峽谷地形也不利于壩體填筑工作面展開充分利用開挖料，使得棄料較多，更增加了環(huán)保投入。高邊坡處理應(yīng)針對影響穩(wěn)定安全的主要矛盾，采用針對性的治理措施，不開挖或減小開挖。同時(shí)，對開挖料采用坡腳堆料反壓、優(yōu)化施工程序充分利用開挖料上壩等方法，盡量利用開挖料[10]。

(3)盡量避免高邊坡開挖。由于自然邊坡一般處于平衡狀態(tài)，高邊坡開挖不可避免地會改變巖體應(yīng)力分布，可能造成邊坡失穩(wěn)。必須進(jìn)行岸坡開挖的，應(yīng)盡量降低邊坡高度，對處于不利地形、地質(zhì)條件的部位，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離主體建筑物，避免高邊坡失穩(wěn)影響工程安全。

(4)應(yīng)避開不利結(jié)構(gòu)面。在高邊坡布置中應(yīng)避免開挖坡面與泥巖、砂巖等軟弱結(jié)構(gòu)面平行或小角度相交。

(5)應(yīng)避免高邊坡二次失穩(wěn)。高邊坡布置中應(yīng)避免單純對坡腳或中下部開挖，造成巖體應(yīng)力釋放后邊坡二次失穩(wěn)。

3.2 處理措施

當(dāng)建筑物和邊坡布置型式已確定時(shí)，應(yīng)采用綜合處理措施保證高邊坡穩(wěn)定性。根據(jù)西域礫巖邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)理，可采用“削頭、壓腳、攔腰、封頂、固表、排水”等措施對邊坡進(jìn)行支護(hù)處理，具體要點(diǎn)如下：

(1)削頭：對邊坡頂部或中上部開挖，也可對既有開挖邊坡頂部或中上部擴(kuò)大開挖，放緩邊坡坡度，減小高邊坡頂部或中上部巖體應(yīng)力。

(2)壓腳：在邊坡底部坡腳或中下部堆載反壓，增加坡腳抗滑能力。

(3)攔腰：在邊坡中部設(shè)置抗滑洞塞，切斷潛在滑動(dòng)面，約束高邊坡滑動(dòng)。

(4)封頂：對高邊坡后緣張拉裂隙進(jìn)行封閉處理，防止水流入滲造成裂隙進(jìn)一步發(fā)展。

(5)固表：對高邊坡開挖坡面進(jìn)行支護(hù)處理，防止高邊坡表層不斷剝落，在開挖坡面采用縱、橫向混凝土隔梁對支護(hù)進(jìn)行分片加固處理；在岸坡頂部土巖分界線設(shè)置寬馬道，寬馬道的支護(hù)與邊坡的支護(hù)連為一體，減緩雨水和階地匯水滲入巖體與支護(hù)間縫隙的速度，減小入滲深度；對坡面出露的泥巖進(jìn)行置換封閉處理，防止泥巖急劇軟化后被剝蝕帶走。

(6)排水：包括高邊坡頂部沖溝、階地匯流面的排水和邊坡巖體內(nèi)的排水。防止水流對開挖坡面的沖刷，在庫水位降落時(shí)，使巖體內(nèi)的水順暢排出，防止支護(hù)內(nèi)外壓差對支護(hù)面的破壞。

實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)西域礫巖邊坡所處的環(huán)境和部位，將以上措施組合選用，具體組合方案見表1。

表1 西域礫巖邊坡處理措施一覽表

4 五一水庫西域礫巖高邊坡處理設(shè)計(jì)

4.1 工程概況

迪那河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)中西部，地跨新疆巴音郭楞蒙古自治州的輪臺縣與阿克蘇地區(qū)庫車縣，地處天山南脈的哈爾克山南麓東側(cè)及霍拉山南麓西側(cè)區(qū)域。迪那河五一水庫樞紐工程是迪那河干流上的控制性工程，具有供水、灌溉、防洪兼顧發(fā)電等綜合效益。水庫工程由大壩、溢洪洞、導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞、發(fā)電引水系統(tǒng)和供水管線等主要建筑物組成，水庫正常蓄水位1370.00m，最大壩高102.5m，總庫容0.995億m3，調(diào)節(jié)庫容0.591億m3，可滿足下游40萬畝土地的灌溉用水需求，近期為工業(yè)園區(qū)供水5100萬m3，遠(yuǎn)期供水8300萬m3。工程規(guī)模屬中型，工程等別為Ⅲ等[11]。

4.2 工程區(qū)基本地質(zhì)地形條件

五一水庫壩址位于出山口以上5km處的峽谷河段，天然河道順直，呈U型河槽，河谷岸坡高度70～87m，河谷底寬30～50m，岸坡坡度70°～85°，坡腳倒懸(如圖3所示)。

圖3 壩軸線河谷照片

4.3 聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡處理設(shè)計(jì)

表2 西域礫巖的物理力學(xué)性試驗(yàn)成果表

表3 壩址區(qū)巖體(石)物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值表

導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞、發(fā)電洞及溢洪洞3個(gè)建筑物的進(jìn)口引渠高程分別為1292.50、1330.00、1353.50m，分別位于高邊坡的底部、中部和頂部。減少建筑物高邊坡開挖，才能減少邊坡治理的難度和工程量，合理的邊坡布置，才能夠保證邊坡自身及建筑物的安全性。按照這一原則，將3個(gè)建筑物進(jìn)口聯(lián)合開挖，并按照進(jìn)口高程沿山體梯級布置(如圖4所示)，達(dá)到了既充分保證高邊坡安全，又節(jié)省工程量的目的。聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡處理設(shè)計(jì)采用的主要工程措施為“削頭、壓腳、攔腰、固表、排水”。

圖4 聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡布置圖(單位：m)

(1)削頭：在左岸高邊坡，通過向上游延伸、加寬溢洪洞和發(fā)電洞引渠開挖，在高邊坡中上部形成減載平臺，1353.50m高程平臺寬度為15m，1330.00m高程平臺寬度為6m。如圖5所示。右側(cè)高邊坡山體較單薄，將每級馬道寬度加寬至4m，并在1340.00m高程設(shè)寬15m的減載平臺。

圖5 聯(lián)合進(jìn)水口上游高邊坡處理剖面圖(單位：m)

(2)壓腳：將高邊坡上部巖體的開挖料在其下部陡立高邊坡回填，形成坡腳壓重區(qū)，頂高程為1330.00m，頂寬6m，回填坡面坡度1∶2.0，壓實(shí)相對緊密度Dr≥0.80。如圖4所示。通過“削頭、壓腳”后，放緩了高邊坡坡度，聯(lián)合進(jìn)水口左岸綜合邊坡為1∶0.36～1∶1.36，右岸正面綜合邊坡為1∶1.05。

(3)攔腰：對西域礫巖高邊坡中下部的泥巖夾層，采用混凝土進(jìn)行置換、封閉，沿泥巖走向刻槽去除表層泥巖，用混凝土梁置換，梁寬不小于泥巖夾層，梁高2m，沿泥巖走向每10m間距設(shè)混凝土塞，斷面為2m×2m正方形；混凝土塞深度8～10m(如圖6所示)。

圖6 聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡泥巖置換處理剖面圖(單位：mm)

(4)固表：對高邊坡開挖坡面采用噴錨支護(hù)處理，為保證坡面完全封閉，在高邊坡頂部土巖分界線增設(shè)3m寬馬道，將包括該馬道在內(nèi)的所有馬道與坡面整體噴護(hù)。沿開挖坡面設(shè)置縱向混凝土隔梁，隔梁嵌入開挖坡面，隔梁下設(shè)置長錨桿，掛網(wǎng)噴護(hù)層的鋼筋網(wǎng)與隔梁中鋼筋焊接。隔梁為200mm×300mm的矩形斷面，間距為10m(如圖7所示)。

圖7 聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡混凝土隔梁處理剖面圖(單位：mm)

(5)排水：包括高邊坡頂部沖溝、匯流面的排水和高邊坡坡面排水。高邊坡頂部采用防洪堤攔截坡面匯水和沖溝洪水，將其引導(dǎo)至下游較遠(yuǎn)處沖溝排入河道。匯流面較大、地形較復(fù)雜時(shí)，可采用多道防洪堤。在開挖噴護(hù)坡面1340～1370m水位變動(dòng)區(qū)設(shè)置逆止閥，在水位上升時(shí)，防止水流滲入巖體，在水位下降時(shí)，可將巖體中的水排出，逆止閥間排距3m，方形布置。

4.4 泄洪建筑物出口消能段高邊坡處理設(shè)計(jì)

河道凹岸與高邊坡后緣存在卸荷裂隙有很高的相關(guān)性，因?yàn)楹拥腊及端髡蹧_，高邊坡坡腳被沖蝕較為嚴(yán)重。由于河道凹岸便于布置泄洪建筑物出口建筑物，因此在峽谷地形條件下，結(jié)合卸荷體處理布置開挖邊坡，對保證工程安全和節(jié)省工程量是有利的。

底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定、對地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、泄洪霧化輕微等優(yōu)勢，西域礫巖峽谷地形條件下，泄洪建筑物出口采用底流消能方式[13]。由于山體地下水位低于河道水位，當(dāng)?shù)亟涤炅啃。绺哌吰马敳侩A地匯水及時(shí)排走，巖體內(nèi)部長期處于干燥狀態(tài)。泄洪建筑物出口段建筑物高邊坡主要防止的是由于長期泄洪形成的霧區(qū)，以及水庫蓄水后形成的濕潤的“小氣候”可能引起的高邊坡表層掉塊和滑塌。

4.4.1導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞出口消能段高邊坡處理設(shè)計(jì)

導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞出口段位于壩后左岸高邊坡底部，高邊坡上部發(fā)育一卸荷裂隙，裂隙走向與陡坡近平行，頂部已張開寬0.4～0.5m，垂直深度約30～40m，順河長度95m，形成BⅡ卸荷巖體，水平厚度7m左右。出口段建筑物邊坡開挖范圍有限，僅能清除部分卸荷巖體。由于受地形所限，壩后坡橫向?qū)挾炔蛔阋圆荚O(shè)交通道路，因此考慮結(jié)合建筑物邊坡開挖在出口消能段高邊坡布置“之”字形交通道路，既建立了壩頂和壩后各建筑物的道路聯(lián)通、節(jié)省了工程量，同時(shí)也完全清除了BⅡ卸荷巖體，也達(dá)到了高邊坡治理的目的。

結(jié)合交通道路的布置，導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞出口消能段高邊坡處理采用的主要工程措施為“固表、排水”。

(1)固表：對高邊坡開挖坡面采用噴錨支護(hù)處理。

(2)排水：高邊坡頂部階地平坦，沖溝不發(fā)育，主要采用防洪堤攔截坡面匯水。

4.4.2溢洪洞出口消能段高邊坡處理設(shè)計(jì)

溢洪洞消力池位于導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞下游230m左岸岸坡底部。岸坡頂部發(fā)育有BⅣ卸荷裂隙，卸荷裂隙順河谷發(fā)育，延伸長約100m，裂隙垂直深度60m，水平厚度4～6m，開口張開10～40cm。溢洪洞出口消能段施工期開挖坡度最高達(dá)90m，建成后回填面以上開挖坡度為60～70m。溢洪洞出口段左側(cè)山體寬厚、右側(cè)單薄，左側(cè)高邊坡布置以分層開挖為主，右側(cè)在不同高程共布置四級減載平臺。溢洪洞出口段高邊坡處理采用的主要工程措施為“削頭、固表、封頂、排水”，支護(hù)設(shè)計(jì)圖如圖8所示。

(1)削頭：溢洪洞出口段左岸結(jié)合高邊坡開挖，對左岸全部卸荷體進(jìn)行了清除。

(2)固表：為防止長期泄洪產(chǎn)生的霧區(qū)對邊坡表層的侵蝕，對消力池墻頂高程以上25m高度范圍內(nèi)高邊坡采取了噴錨支護(hù)處理。

(3)封頂：對高邊坡殘存的淺表裂隙，采用水泥漿進(jìn)行封閉處理。

(4)排水：高邊坡頂部采用防洪堤攔截坡面匯水，將其引導(dǎo)至下游較遠(yuǎn)處沖溝排入河道。

圖8 溢洪洞出口消能段高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)圖(單位：mm)

4.5 泄洪建筑物出口河道高邊坡處理設(shè)計(jì)

導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞出口至溢洪洞出口下游右岸山體完整寬厚，高邊坡后緣卸荷裂隙不發(fā)育，考慮不布置開挖邊坡。溢洪洞出口段左岸高邊坡頂部發(fā)育有BⅣ卸荷裂隙，若坍塌將阻塞河道，嚴(yán)重威脅工程安全和下游保護(hù)區(qū)的安全，應(yīng)結(jié)合卸荷體的清理進(jìn)行削坡處理。由于河道狹窄，泄洪建筑物集中泄流對高邊坡坡腳的淘刷是威脅高邊坡安全的主要因素，因此在做好其他治理措施的同時(shí)，必須加強(qiáng)高邊坡坡腳的防護(hù)。泄洪建筑物出口河道高邊坡處理采用的主要工程措施為“削頭、壓腳、封頂、排水”。

(1)削頭：主要是對溢洪洞出口段左側(cè)高邊坡的處理，結(jié)合卸荷體清除，對高邊坡進(jìn)行分層開挖，在高邊坡中上部設(shè)置了6m寬的減載平臺。

(2)護(hù)腳：采用混凝土擋墻對兩岸高邊坡腳進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)范圍自導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞出口至溢洪洞出口，并向下游延伸約300m。墻頂高程不低于河道下泄設(shè)計(jì)洪水水位，墻頂以上坡面采用噴錨支護(hù)的型式，支護(hù)頂部不低于河道下泄校核洪水水位，并對沿線坡腳倒坡和空洞采用混凝土回填。對泄洪建筑物出口段河床采用1.0m厚格賓石籠進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)寬度與河道同寬，防護(hù)長度導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞為30m，溢洪洞為80m(如圖9所示)。

(3)封頂：對出口段左岸殘存的和右岸高邊坡后緣規(guī)模較小的卸荷裂隙，采用水泥漿封閉。

(4)排水：采用防洪堤阻擋高邊坡頂部階地匯水，防止對高邊坡的沖刷、侵蝕。

圖9 泄洪建筑物出口高邊坡護(hù)腳型式圖(單位：mm)

4.6 電站廠房右岸高邊坡處理設(shè)計(jì)

壩后右岸岸坡自然坡度80°～85°，坡高64～80m，礫巖裸露，頂部發(fā)育有一沖溝，溝深15～30m，寬5～15m，后緣岸坡陡立，高33m。沖溝溝口左岸存在一卸荷裂隙，裂隙平行溝谷發(fā)育，順岸坡表層延伸長約4～7m，垂直深度3～20m，開口張開1～3mm。岸坡底部布置有電站廠房和供水取水口，并且人員、車輛活動(dòng)頻繁。沖溝匯水會不斷切割溝底，卸荷巖體存在崩塌可能，存在安全隱患。邊坡的布置應(yīng)防止對沖溝溝口卸荷體清理后，形成較大的臨空面，造成后緣邊坡二次失穩(wěn)。對電站廠房右岸高邊坡處理措施為“削頭、壓腳、封頂、固表、排水”。

(1)削頭：包括對高邊坡整體和對沖溝溝口卸荷體削頭減載處理。對該段整體高邊坡頂部1/3高度進(jìn)行削坡，開挖坡度1∶0.3。沖溝溝口左、右岸巖體完整性較好，卸荷裂隙垂直于坡面，向內(nèi)部延伸深度較淺，沒有必要將卸荷體全部清除，僅將卸荷體頭部較松散巖體作削除處理，并將溝內(nèi)臨空面削坡成正向坡。

(2)壓腳：主要針對沖溝溝口卸荷體的處理。在沖溝底部回填混凝土，最高處至卸荷體1/3高度，作為卸荷體的底部支撐，降低卸荷體臨空面的高度，防止卸荷裂隙進(jìn)一步向巖體內(nèi)部發(fā)展(如圖10所示)。

圖10 沖溝底部混凝土支撐型式圖

(3)封頂：采用水泥漿將沖溝溝口卸荷體表面的卸荷裂隙進(jìn)行封閉處理。

(4)固表：將沖溝溝口所有開挖坡面進(jìn)行噴錨支護(hù)處理。

(5)排水：在高邊坡頂部設(shè)防洪堤，攔斷坡面匯水，導(dǎo)向下游河道。

5 五一水庫西域礫巖高邊坡穩(wěn)定性評價(jià)

為了解五一水庫西域礫巖高邊坡穩(wěn)定性，除加強(qiáng)對工程區(qū)的巡視檢查外，在壩前、壩后可能存在潛在危險(xiǎn)隱患、或無法采取工程措施保證穩(wěn)定性的高陡邊坡設(shè)置了多處監(jiān)測斷面，包括：

(1)在聯(lián)合進(jìn)水口左岸邊坡和正面邊坡頂部共布設(shè)3處邊坡測斜儀，垂直深度50m。

(2)在溢洪洞出口左岸邊坡頂部共布設(shè)邊坡測斜儀2處，垂直深度50～60m；在正面邊坡及左岸邊坡共布設(shè)6處巖體位移觀測點(diǎn)。

從監(jiān)測儀器投入使用至今，取得了6年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中包括4年的完建期和2年試運(yùn)行期。從數(shù)據(jù)分析中可知，聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡以及溢洪洞出口高邊坡水平位移值和垂直位移值變化甚微，高邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。壩前、壩后高邊坡及噴錨支護(hù)等防護(hù)措施基本完好。

水庫管理單位擬增加高邊坡監(jiān)測斷面，便于工程管理，更好地了解壩址區(qū)其他部位高邊坡，尤其是右岸高邊坡的穩(wěn)定性。

6 結(jié)論

西域礫巖高邊坡條件復(fù)雜、處理難度大，必須采取綜合措施對高邊坡進(jìn)行處理。本文提出了高邊坡布置在工程總體布局、工程安全和建筑物布置方面的重要性，提出了“削頭、壓腳、攔腰、封頂、固表、排水”的綜合處理措施，并分別應(yīng)用于不同部位高邊坡設(shè)計(jì)和處理，體現(xiàn)了邊坡環(huán)保、低碳的設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)了工程安全性和經(jīng)濟(jì)型的平衡。工程多年監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，五一水庫工程壩前、壩后邊坡是穩(wěn)定的，防護(hù)措施基本完好。西域礫巖高邊坡的處理原則和方法，以及高邊坡的布置、處理措施能為其他類似工程提供借鑒。