新平縣馬鞍山水庫工程左岸壩肩巖體穩定性分析及工程設計

楊順云

新平縣水利勘測設計隊

摘要：新平縣馬鞍山水庫庫區左岸壩肩巖體，施工過程中由于下部巖體開挖掏腳，致上部巖體開裂，致使左岸山坡巖體存在向庫區滑動可能。為保證施工及運行期工程安全，設計單位對巖體穩定性進行分析，提出了施工工藝較簡單，經濟易行的工程處理方案，完工后經歷了兩個雨季的運行考驗，現未出現任何變形、裂縫，證明原變形裂縫坡體已經穩定、安全，說明設計方案有效可行，處理效果明顯。

關鍵詞：馬鞍山水庫；庫區左岸壩肩巖體穩定性分析；工程處理方案設計

1.引言

馬鞍山水庫地處新平縣戛灑鎮西部南恩河上游，距戛灑鎮47km，距新平縣城124km。南恩河天然產水特點是年際變化較大，主要集中在每年的6至10月份，年內分配不均致使戛灑鎮片區工程性缺水嚴重，為解決這一問題，該水庫被列為云南省“百件”骨干水源工程興建。馬鞍山水庫為面板堆石壩，壩高81.0m，壩頂高程2001.50m，屬小（一）型Ⅳ等工程，總庫容614萬m3。

水庫樞紐工程于2012年2月份開工建設，2012年11月初，為開挖左岸灌漿廊道，從水庫上游庫區修建至左岸廊道的施工道路，施工道路布置于左岸坡設計趾板開挖邊線上部，造成河床段趾板（高程1924.00m）左上部、高程1989.07m～2017.0 m之間邊坡巖體沿層面開裂，裂縫長度25m，走向SE39°～57°，傾向NE，傾角36°～69°，裂縫波狀起伏，傾角從上往下36°向69°逐漸變陡，后對裂縫進行工程地質測繪并對裂縫進行位移監測。至2013年1月22日層面裂縫上下兩盤錯距達1.5cm，J1隙面張開5.0～8.0cm，經分析，為巖體受道路開挖層面掉腳臨空，順層滑動所致。為保證工程施工及建成后運行安全，對該部位巖體進行穩定性分析，提出經濟可行的工程處理方案設計勢在必行。

2.庫區左岸壩肩地形地質條件簡介

馬鞍山水庫壩址區位于剝蝕構造高中山地貌區，河谷深切，相對高差200～500m。壩址段河床縱坡降5%左右。河槽兩側為陡巖，槽深10～20m，寬17～30m。左岸河床趾板上部為一山梁，地形坡45～55°，下部40～53°。

大壩軸線上游左岸邊坡巖性為Pzd1絹云石英千枚巖，構造復雜。趾板C點下游為單斜構造，巖層產狀為：走向NW35～40°，傾向SW，傾角70°～80°，層面粗糙，少量泥質充填。趾板C點上游為核部軸面傾向上游的一倒轉背形褶曲構造，核部上部巖層產狀變化較大，從上游往下游，傾角由緩變陡，上游：走向NW29°～36°，傾向NE，傾角35°～41°，層面泥質充填，較光滑；下游開挖邊線附近：走向NW30°～40°，傾向NE，傾角70°～80°。核部下部巖層產狀變化較小，基本與下游巖層產狀一致，走向NW35°～40°，傾向SW，傾角75°～80°。開挖山體岸坡受其影響，核部附近及上部巖體破碎，呈層狀塊裂結構，巖體強風化狀態，核部下部巖體為層狀結構，為弱風化狀態。核部上部巖層層面受錯動影響，層面表面泥化現象嚴重，泥膜厚1.0～3.0cm不等。巖體發育主要較大結構面有：J1為背形核部張行破裂面，碎石砂泥充填，寬由上部向背形核部變窄至尖滅；上部寬22.0cm左右，是背形形成時，上部巖體張拉所至。延伸長約35.0m，產狀為：走向NE40°，傾向NW，傾角49°。J2及J3為兩條平行剪行結構面，隙面光滑，延伸長，長30.0～36.0m，產狀為走向NW80°，傾向SW，傾角60°～65°。除上述較大結構面外，其次還發育有二組節理裂隙，一組為走向NE20°～30°，傾向NW，傾角50°～60°，與坡面反向，但傾角較陡，隙面粗糙，少量砂泥質充填。裂隙密度為3～5條/m，延伸較短，長度數厘米～數十厘米不等，為褶曲形成時核部上部巖層受拉所致，主要發育于坡面上部。另一組為：走向NW60°～80°，傾向SW，傾角38°～52°，與層面同向，與坡面交角較大，隙面光滑，無充填。裂隙密度為2～3條/m，延伸較短，長度數厘米～數十厘米不等。該兩組節理裂隙的發育使左岸巖體略顯破碎，巖體總體表現為層狀塊裂結構。

據勘察左岸壩肩q≤5.0Lu相對隔水層埋深9.5～42.5m，透水率q=5.2～78.6Lu，巖石透水性中等；壩肩上部高程2010.28m，地下水位高程1928.78m，地下水位埋深27.5m；中部高程為1966.63m，地下水位高程1943.03m，地下水位埋深23.6m；說明左岸地下水位高于河床，地下水由岸坡山體向河床排泄（見馬鞍山水庫左岸地形地質圖）。

3.庫區左岸壩肩巖體穩定性分析

3.1 巖體滑動模式分析及物理力學參數取值建議

通過對左岸壩肩平面工程地質測繪，該部位巖層為一倒轉背形褶曲構造，地表出露為被形上翼傾角相對較緩地層，其中發育有J1及J2兩條延伸較遠的寬大裂隙構造與層面組合，形成了一平面上不規則的四邊形楔狀不穩定巖體，造成該巖體向河槽臨空面滑移，地表開裂（層面裂縫上下兩盤錯距達1.5cm，J1隙面張開5.0～8.0cm，沿J2隙面下部隆起），主滑動方向為J2隙面與層面交線方向，傾向SE87.5°，傾角29°。滑動帶界長度范圍達40.1m，楔狀不穩定巖體滑出的臨空高程為1979.2m。

巖體、層面、J1及J2隙面物理力學參數建議取值見表1。

3.2 巖體穩定性分析計算

經勘察及作圖分析（見穩定分析計算典型地質剖面圖、赤平極射投影圖），滑坡體平面形態為不規則的四邊形。高程位于1792.6m～2022.6m之間，前緣寬約40m，主滑方向長75m，平面面積約2300 m2，體積約2.1萬m3。楔狀不穩定巖體滑出時，下滑力為巖體重力在主滑方向上的分力，抗滑阻力為重力在層面及J2隙面滑動時產生的摩擦力，采用作圖法求得層面滑動面面積2812.2 m2，J2隙面滑動面面積630.3m2，由此得出該楔狀不穩定巖體安全系數K計算式如下，計算結果見表2。

K=（γVcosα1tgφ1+A1C1+γVcosα2tgφ2+A2C2）/γsinα3

γ--- 巖體的重度（Kn/m3）

V--- 巖體的體積（m3）

α1--- 滑動方向層面視傾角（25.5°）

φ1--- 層面內摩擦角（°）

A1--- 層面滑動面面積（m2）

C1--- 層面粘結力（KPa）

α2--- 滑動方向J2隙面視傾角（62.5°）

φ2--- J2隙面內摩擦角（°）

A2--- J2隙面滑動面面積（m2）

C2--- J2隙面粘結力（KPa）

α3--- 主滑動方向（J2隙面與層面交線）傾角（29°）

經計算原地形狀態下不穩定巖體抗滑穩定安全系數為1.11（結果見表2），處于穩定極限平衡狀態，不滿足規范K≥1.3要求，計算結果與實際基本吻合。

4.巖體邊坡工程處理方案工程設計及處理后邊坡穩定性分析計算

4.1 巖體邊坡工程處理方案工程設計

馬鞍山水庫樞紐左岸變坡滑動的主要原因是地質條件較差，地形坡度過陡，加之坡面下部因開挖施工道路形成臨空所致。設計方案采用了削坡卸荷、錨桿固坡，網噴護面、內外排水相結合的處理措施。

削坡卸荷主要布置在邊坡裂縫影響范圍內，施工道路高程以上分為五級坡，坡比1：1～1：0.75，在高程2047m、2032m、2017m、2002m、1987m處分別設2.0m或3.0m寬戧臺，施工道路以下設3級坡，坡比1：0.75～1：0.5，在高程1967m、1952m處分別設2.0m寬戧臺。

錨桿固坡和網噴護面綜合進行，根據邊坡穩定分析結果，結合實際地質情況，將噴錨劃分為Ⅰ、Ⅱ兩個區域。Ⅰ區為采用Φ28螺紋鋼筋錨桿，錨桿間距2.5m，梅花形布置，錨桿長9m，錨入8.85m，坡面掛Φ8雙向雙層鋼筋網，噴150mmC20混凝土。Ⅱ區為采用Φ25螺紋鋼筋錨桿，錨桿間距2.5m，梅花形布置，錨桿長3m，錨入2.9m，坡面掛Φ6單向雙層鋼筋網，噴80mmC20混凝土。

坡內排水為噴錨區域設Φ50PVC排水管，排水孔間距3.0m，孔深0.3～1.0m，并在巖體內的管頭設反濾料。坡面排水為沿噴護面周邊與山坡交接和高程2002m以上的戧臺內側設排水溝，以防止雨洪進入坡面和收集噴護面內雨水按設計要求集中排出，達到防止雨季上部坡面積水進入不穩定巖體的目的。

4.2工程處理后邊坡穩定性分析計算

工程處理后，剩余不穩定巖體體積約0.49萬m3，層面滑動面面積減為2159.0m2，J2隙面滑動面面積減為484.2m2，抗滑阻力增加了錨干Φ28共163棵（120N/mm2），抗剪斷所提供的力為12038KN，經計算工程處理后，剩余不穩定巖體抗滑穩定安全系數達1.84（結果見表2），滿足規范K≥1.3的要求。

5.結語

在新平縣馬鞍山水庫大壩左岸壩肩巖體穩定性分析及工程處理設計中，通過地質分析及穩定計算，依據不穩定巖體工程實際，設計采用了多種措施結合方案，提出了技術可行施工工藝較簡單，經濟易行的工程處理方案，完工后經歷了兩個雨季的運行考驗，現未出現任何變形、裂縫，證明原變形裂縫坡體已經穩定、安全，說明設計方案有效可行，處理效果明顯。馬鞍山水庫工程中對左壩肩巖體穩定行分析及工程處理方案值得類似工程借鑒。