龍頭石電站泄洪洞進(jìn)口邊坡失穩(wěn)模式及工程處理措施研究

摘 要：龍頭石水電站泄洪洞進(jìn)口邊坡對(duì)工程安全運(yùn)行十分重要。文章結(jié)合工程特點(diǎn)對(duì)巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)模式進(jìn)行研究，并根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算的成果，對(duì)邊坡采取了針對(duì)性的支護(hù)加固措施。

關(guān)鍵詞：巖質(zhì)高邊坡；失穩(wěn)模式；楔形破壞；平面滑動(dòng)

1 前言

大渡河龍頭石水電站壩址距下游石棉縣城約23km，水庫正常蓄水位955m，總庫容1.39億m3，電站裝機(jī)容量700MW。

龍頭石水電站擋水建筑物為堆石壩，而泄水建筑物僅有三條泄洪洞均布置在左岸，泄洪洞進(jìn)口聯(lián)合開挖，形成大面積的開挖邊坡，其中最高開挖邊坡180余米。一旦泄洪洞進(jìn)口邊坡失事有可能導(dǎo)致潰壩的危險(xiǎn)，同時(shí)嚴(yán)重威脅著大壩下游沿岸和下游石棉縣城人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，因此，泄洪洞進(jìn)口邊坡的穩(wěn)定十分重要。

2 邊坡失穩(wěn)模式研究

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定計(jì)算中，對(duì)失穩(wěn)模式分析尤為重要，盡管巖質(zhì)邊坡存在很多失穩(wěn)模式，但工程中常見的還是平面滑動(dòng)、圓弧滑動(dòng)、楔形破壞和傾倒破壞。

泄洪洞進(jìn)口工程邊坡巖性以粗粒花崗巖為主體。高程960m（上游側(cè)）～990m（下游側(cè)）以下為細(xì)粒花崗巖，兩者接觸界面不規(guī)則，為突變的裂隙式接觸，界面波狀起伏。粗粒花崗巖體總體屬于強(qiáng)風(fēng)化，強(qiáng)卸荷，呈散體結(jié)構(gòu)，巖體質(zhì)量為Ⅴ類。細(xì)粒花崗巖屬于弱風(fēng)化，弱卸荷，多呈塊裂～碎裂結(jié)構(gòu)，局部次塊狀結(jié)構(gòu)，巖體質(zhì)量以Ⅳ類為主。

高程960m～1020m粗粒花崗巖體中局部發(fā)育如下幾組裂隙：①近SN/W∠30°～45°，平直粗糙，銹染，微張，延伸長(zhǎng)；②N20°～40°W/NE（SW）∠60°～80°，平直粗糙，銹染，微張，充填次生泥，發(fā)育密集，延伸長(zhǎng)；③N15°～35°E/SE∠70°～90°，平直粗糙，銹染，發(fā)育密集，一般延伸短小；④SN/W∠60°～70°，平直粗糙，銹染，發(fā)育密集，一般延伸短小。

該邊坡巖體并非反向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，不會(huì)發(fā)生傾倒破壞。其他三種破壞模式均可能存在。

（1）楔形體滑動(dòng)

楔體是由兩條或兩條以上的結(jié)構(gòu)面對(duì)巖體切割而形成的，滑體同時(shí)沿這兩個(gè)面發(fā)生滑移，故其滑移方向必須沿該兩個(gè)結(jié)構(gòu)面的組合交線方向，且該交線的傾角必定緩于邊坡坡角，并在坡面出露。經(jīng)過結(jié)構(gòu)面組合判斷，裂隙①或④與裂隙②組合、裂隙①或④與裂隙③組合形成較小的楔形塊體。

（2）平面滑動(dòng)

典型的巖質(zhì)邊坡的平面滑動(dòng)坡壞通常滑體是沿與山體傾向大致相近的單一滑面滑移，滑面可以是巖體內(nèi)發(fā)育的結(jié)構(gòu)面。非典型的平面滑動(dòng)破壞的滑面是由兩個(gè)或兩個(gè)以上走向近似、傾角不同的結(jié)構(gòu)面組成的復(fù)合滑面。對(duì)于本邊坡可能由裂隙①與巖脈①組成復(fù)合滑面產(chǎn)生平面滑動(dòng)。

（3）圓弧滑動(dòng)

在破裂和散體結(jié)構(gòu)的高風(fēng)化或高度蝕變的巖體中發(fā)生的滑坡，其滑面通常表現(xiàn)為圓弧形。本邊坡巖體結(jié)構(gòu)呈碎裂、散體結(jié)構(gòu)性狀，可能發(fā)生深層圓弧滑動(dòng)。

3 邊坡穩(wěn)定性研究

開挖剖面見圖1，運(yùn)用極限平衡法對(duì)上述三種破壞模式分別進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析得出如下結(jié)論：

3.1 楔形體滑動(dòng)破壞多為小型塊體，主要發(fā)生在邊坡淺層，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定影響比較小，但需要對(duì)開挖邊坡及時(shí)的進(jìn)行掛網(wǎng)、噴混凝土支護(hù)，以免造成巖體在外營力作用下，普遍卸荷拉裂松弛，影響邊坡穩(wěn)定。

3.2 平面滑動(dòng)塊體大小主要受后緣面的巖脈的位置控制，本邊坡控制性巖脈出露比較靠近山外側(cè)，平面滑動(dòng)的滑體也相對(duì)比較小。經(jīng)過敏感性分析，由于Ⅳ類巖體的抗剪斷強(qiáng)度指標(biāo)比較高，平面滑動(dòng)滑出點(diǎn)很難在Ⅳ類巖體中，滑出點(diǎn)位置通常為Ⅳ類與Ⅴ類巖替分界線附近，高程約為960.00m。

3.3 圓弧滑動(dòng)為深層滑動(dòng)，滑弧接近強(qiáng)下風(fēng)化界線，受Ⅳ類巖體影響，圓弧滑動(dòng)破壞主要發(fā)生在上部強(qiáng)風(fēng)化的Ⅴ類巖體內(nèi)，滑出點(diǎn)高程也為960.00m附近。

3.4 圓弧滑動(dòng)的安全系數(shù)比平面滑動(dòng)的安全系數(shù)小，因此以圓弧滑動(dòng)為依據(jù)對(duì)進(jìn)行邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)。支護(hù)設(shè)計(jì)是指對(duì)邊坡深層的錨索支護(hù)，并不是包括淺層的錨桿支護(hù)。

3.5 Ⅴ類巖體分強(qiáng)上風(fēng)化強(qiáng)卸荷界線上下兩部分，計(jì)算時(shí)對(duì)該兩部分取不同強(qiáng)度參數(shù)，比較符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件。地質(zhì)建議的Ⅴ類巖體抗剪斷強(qiáng)度為一個(gè)區(qū)間（C=50～300kPa，f=0.35～0.5）。Ⅴ類巖體下部取Ⅴ類巖體抗剪斷強(qiáng)度的上限值即C=300kPa，f=0.5°，而對(duì)Ⅴ類巖體上部巖體抗剪斷強(qiáng)度進(jìn)行敏感性分析，計(jì)算結(jié)果如表1。

3.6 開挖邊坡（無支護(hù)）的穩(wěn)定安全裕度較小，必須進(jìn)行加固處理；采用錨索加固后，邊坡的整體穩(wěn)定安全系數(shù)均有不同程度提高，基本能滿足規(guī)范要求。

4 邊坡加固處理措施

通過計(jì)算分析并參考工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)整個(gè)邊坡進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)同時(shí)，重點(diǎn)對(duì)960.00m高程以上進(jìn)行加固處理。主要的措施如下：

4.1 排水措施

做好邊坡排水系統(tǒng)對(duì)邊坡穩(wěn)定至關(guān)重要，針對(duì)本工程的特點(diǎn)，邊坡排水以導(dǎo)、截、排為主，具體為：①在坡頂開口線5m以外適當(dāng)位置設(shè)漿砌石截水溝，溝底寬度0.50m，兩邊坡比1：1，最小深度0.50m，以攔截坡面以外的地表水。②在巖石開挖邊坡上設(shè)置Ф48，孔深4.0m，間排距均為3.00m的排水孔，以排出巖體內(nèi)的部分滲水；③在馬道內(nèi)側(cè)設(shè)漿砌石排水溝，斷面尺寸0.3m×0.3m，以攔截該馬道以上坡面的雨水，并將水流排至截水溝內(nèi)。

4.2 邊坡掛網(wǎng)錨噴支護(hù)

由于粗粒花崗巖性狀較差，邊坡開挖后應(yīng)盡快噴混凝土封閉表層，以防在雨季雨水沖刷下發(fā)生失穩(wěn)。開挖邊坡坡面采用系統(tǒng)錨桿Ф25，L=3.5m，間排距1.5m；鋼筋網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm和噴C20混凝土，噴層厚度0.1～0.15m進(jìn)行支護(hù)。

4.3 凝土框格梁+錨桿束、錨索支護(hù)

對(duì)960.00m高程以上邊坡均采用“框格梁+錨索、錨桿束”的強(qiáng)支護(hù)方式：每5.0m高差布置一排錨索或者錨桿束，節(jié)點(diǎn)水平間距5.0m，上下排節(jié)點(diǎn)交錯(cuò)布置，相鄰節(jié)點(diǎn)之間采用框格梁連接，從而形成三角形框架梁網(wǎng)。其中錨索為1500kN，長(zhǎng)度為45m，并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整；錨桿束參數(shù)為3Ф28，L=9.0m；框格梁斷面尺寸為0.5m×0.5m。

對(duì)錨索分二期實(shí)施，第一期是錨索和錨索預(yù)留孔間隔布置，大致等同支護(hù)方案一，第二期對(duì)錨索預(yù)留孔進(jìn)行錨索施工，大致等同支護(hù)方案二。

4.4 邊坡變形監(jiān)測(cè)

對(duì)泄洪洞進(jìn)口邊坡進(jìn)行了針對(duì)性的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。通過在開挖后典型位置處設(shè)置多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)深層巖體變形；巖體應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要在各監(jiān)測(cè)面上選取錨桿和錨索進(jìn)行專門的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整邊坡支護(hù)參數(shù)

5 結(jié)束語

泄洪洞進(jìn)口工程邊坡設(shè)計(jì)中，960.0m高程以上的的錨索，第一期已實(shí)施完成。邊坡經(jīng)歷5.12汶川大地震，而且目前龍頭石水電站經(jīng)蓄水發(fā)電正常運(yùn)行，整個(gè)坡體監(jiān)測(cè)部位各測(cè)點(diǎn)變形量均不大，除局部監(jiān)測(cè)部位位移仍未停止但量級(jí)很小外，其余監(jiān)測(cè)部位基本無變化，邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。可根據(jù)監(jiān)測(cè)的的結(jié)果，對(duì)邊坡960.0m高程以上的錨索分區(qū)實(shí)施第二期施工。

參考文獻(xiàn)

[1]陳祖煜，汪小剛，楊健，賈志欣，王玉杰.巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]中國水利學(xué)會(huì)地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會(huì).水工建筑物水泥灌漿與邊坡支護(hù)技術(shù).北京：中國水利水電出版社，2007.

[3]趙明階，何光春，王多垠.邊坡工程處理技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2007.