卡基娃水電站超高巖質(zhì)料場(chǎng)邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

馬　行　東

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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卡基娃水電站超高巖質(zhì)料場(chǎng)邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

馬行東

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

由于對(duì)臨時(shí)料場(chǎng)邊坡重視不夠及缺乏深入系統(tǒng)的研究，料場(chǎng)邊坡已成為水電邊坡中較為不安定的隱患。本文就料場(chǎng)超高巖質(zhì)邊坡，從工程地質(zhì)條件及巖體力學(xué)參數(shù)入手，對(duì)料場(chǎng)邊坡的失穩(wěn)模式及邊坡等級(jí)進(jìn)行了分析，根據(jù)邊坡結(jié)構(gòu)特征、巖土體性質(zhì)、邊坡破壞類型等選擇采用定性、定量方法進(jìn)行綜合分析，對(duì)料場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性及支護(hù)進(jìn)行探討，對(duì)類似料場(chǎng)邊坡工程勘察設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

料場(chǎng)邊坡；超高巖質(zhì)邊坡

0　前　　言

水電項(xiàng)目包括大量的工程邊坡，其高度低則百余米，高則達(dá)300～1 000 m，加之現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，自然營(yíng)力地質(zhì)作用發(fā)育，工程高邊坡通常處于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，并具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。如何有效地控制水電工程施工中人工開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性是目前普遍受到關(guān)注的問(wèn)題，也是工程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，目前邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)與錨固效應(yīng)的研究已取得許多進(jìn)展，但對(duì)大壩施工區(qū)域內(nèi)的料場(chǎng)邊坡類的非永久性建筑高邊坡往往重視不夠。水利水電工程料場(chǎng)是大壩填筑料或大壩混凝土骨料生產(chǎn)場(chǎng)地，料場(chǎng)邊坡開(kāi)挖進(jìn)度對(duì)整個(gè)工程工期及進(jìn)度具有控制性作用，且其開(kāi)挖前往往未有效進(jìn)行系統(tǒng)、詳細(xì)的地勘等技術(shù)工作，邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題已成為一個(gè)較為突出的安全問(wèn)題。

本文對(duì)卡基娃水電站料場(chǎng)臨時(shí)超高巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性及支護(hù)進(jìn)行探討，料場(chǎng)邊坡的支護(hù)保證了施工期的安全，同時(shí)對(duì)超高巖質(zhì)邊坡的支護(hù)造價(jià)低，取得了不錯(cuò)的效果，以期對(duì)類似工程邊坡有所借鑒。

1　工程概況

料場(chǎng)位于大壩上游木里河右岸通鄉(xiāng)公路以上則窩和牙洛村之間，距大壩3 km左右。料場(chǎng)范圍大致北部、南部以較大的沖溝為界，西部(料場(chǎng)后緣)可達(dá)高程3 200 m左右，東部以通鄉(xiāng)公路(高程2 900 m左右)為界，總體呈三角形，最大寬度530 m，長(zhǎng)度815 m，料場(chǎng)面積27.4 m×104 m。則窩料場(chǎng)開(kāi)采規(guī)劃高程為3 150～2 880 m，巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖高程差約270 m，最高橫Ⅱ剖面約開(kāi)挖18級(jí)邊坡，每級(jí)邊坡開(kāi)挖高程約15 m，開(kāi)挖坡比1∶0.45，屬于臨時(shí)工程邊坡。

2　工程地質(zhì)條件

料場(chǎng)微地貌總體呈西高東低，山脊、溝谷呈東西向展布。料場(chǎng)為單面山，北坡緩，一般坡度15°～30°，地表多為覆蓋層，基巖出露少；南坡陡，坡度一般40°～70°，甚至直立或倒坡，除在坡腳處有覆蓋層外，多為基巖出露。覆蓋層主要是殘坡積、崩坡積為主，少量洪積物等，覆蓋層厚度一般5～10 m，鉆孔揭露的覆蓋層最大厚度16.9 m。基巖為奧陶系下統(tǒng)人公組第四段(O1r4)變質(zhì)石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、雜砂巖夾砂質(zhì)板巖、千枚狀板巖等。根據(jù)沉積韻律和巖性組合，料場(chǎng)范圍內(nèi)可細(xì)分為五層，從下至上分別為第①層(O1r4-1)：千枚狀板巖夾薄層、中層砂巖，未見(jiàn)底，分布于料場(chǎng)南側(cè)邊緣，不宜采用。第②層(O1r4-2)：薄至中厚層石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、雜砂巖夾少量的砂質(zhì)板巖、千枚狀板巖等，厚度35～50 m,分布于料場(chǎng)南側(cè)，為擬采堆石料和人工骨料主要料源；第③層(O1r4-3)：千枚狀板巖為主，偶夾薄層砂巖，厚度14～32 m，分布于料場(chǎng)中部偏南側(cè)，可作為堆石料料源；第④層(O1r4-4)：中至厚層變質(zhì)石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、雜砂巖為主夾砂質(zhì)板巖等，厚度40～70 m，分布于料場(chǎng)中部，為擬采堆石料和人工骨料主要料源；第⑤層(O1r4-5)：砂質(zhì)板巖、千枚狀板巖為主夾薄層砂巖，未見(jiàn)頂，分布于料場(chǎng)北側(cè)，可作為堆石料料源。基巖總體風(fēng)化較弱，地表調(diào)查及鉆孔巖芯顯示地表及淺部多為弱風(fēng)化巖石，僅局部有強(qiáng)風(fēng)化巖石，如ZKL01、ZKL03鉆孔揭示的強(qiáng)風(fēng)化巖石深度分別達(dá)到25 m和17 m，說(shuō)明局部存在風(fēng)化深槽或風(fēng)化囊。料場(chǎng)覆蓋層中無(wú)地下水，基巖中地下水為基巖裂隙水，埋深一般為42.60～68.30 m，最淺為料場(chǎng)北側(cè)沖溝邊ZKL10鉆孔處，埋深為21.45 m，最大埋深為87.00 m。料場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構(gòu)造，總體為單斜地層，地層產(chǎn)狀N40°～70°W/NE∠20°～40°。

3　邊坡失穩(wěn)模式及等級(jí)

3.1邊坡失穩(wěn)模式

依據(jù)邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、性狀，應(yīng)用赤平投影方法可對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)面的幾何特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析影響邊坡穩(wěn)定性的環(huán)境和工程因素：

(1)整體穩(wěn)定性：需考慮巖體結(jié)構(gòu)、不利巖層(層面)、大斷層等的控制。

(2)局部穩(wěn)定性：需考慮①覆蓋層底界、覆蓋層內(nèi)部園弧滑動(dòng)；②Ⅴ類巖體底界、內(nèi)部園弧滑動(dòng)；③特定結(jié)構(gòu)面組合滑動(dòng)；④下游側(cè)坡(順向坡)的順層滑動(dòng)；⑤上游側(cè)坡(逆向坡)傾倒破壞。

(3)料場(chǎng)開(kāi)挖后，開(kāi)口線附近普遍存在Ⅳ、Ⅴ類巖體和淺薄的覆蓋層，穩(wěn)定性較差。北側(cè)邊坡為逆向坡，穩(wěn)定性相對(duì)較好，破壞模式主要為傾倒變形，同時(shí)存在②與④的不利裂隙組合，可能產(chǎn)生局部楔形崩滑；西側(cè)邊坡為橫向坡，存在①與③的不利裂隙組合，可能產(chǎn)生局部楔形崩滑，邊坡還存在緩傾坡外的小斷層，存在塊體失穩(wěn)的可能；南側(cè)邊坡為順向坡，穩(wěn)定性相對(duì)較差，①、②組裂隙與層面組合后，可能沿層面產(chǎn)生平面型滑移，也可能沿組合交線產(chǎn)生楔形崩滑。

3.2邊坡等級(jí)

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5353-2006)的相關(guān)規(guī)定和場(chǎng)地現(xiàn)狀、位置等特點(diǎn)，結(jié)合本工程實(shí)際情況，選擇天然條件、暴雨、天然+地震三種工況進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。持久工況：開(kāi)挖未支護(hù)，考慮巖體自重；短暫設(shè)計(jì)工況：暴雨情況下考慮潛在滑體全部的巖體自重荷載，覆蓋層較薄，考慮全部飽和，Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ類巖體考慮0,9的折減系數(shù)對(duì)C、φ值進(jìn)行修正；天然+地震(工況3)：地震設(shè)防水平峰值加速度為0.149g時(shí)相應(yīng)的巖體自重及地震力，未考慮垂直地震加速度的影響；各工況條件下邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5353-2006)確定(見(jiàn)表1)。

表1　各工況荷載組合及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取值

4　穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1定性評(píng)價(jià)

則窩料場(chǎng)開(kāi)挖主要在北側(cè)、西側(cè)和南側(cè)三個(gè)方向形成邊坡，東側(cè)由于地勢(shì)較低，基本沒(méi)有邊坡。

(a)北側(cè)邊坡(b)西側(cè)邊坡(c)南側(cè)邊坡

圖1料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性赤平投影分析

4.2定量評(píng)價(jià)

計(jì)算軟件：采用水科院陳祖煜編制的“巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序EMU”進(jìn)行開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定分析。持久設(shè)計(jì)工況：主要為邊坡正常運(yùn)用工況，此時(shí)采用基本組合設(shè)計(jì)，考慮自重+加固力；短暫設(shè)計(jì)工況：包括施工期缺少或部分缺少加固力，暴雨或久雨工況；偶然設(shè)計(jì)工況：主要為遭遇地震情況，考慮基本組合+地震作用。橫Ⅱ剖面及縱3-3剖面計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2　則窩料場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析成果

4.3評(píng)價(jià)及處理

(1)根據(jù)料場(chǎng)邊坡整體計(jì)算成果表明，考慮到邊坡為臨時(shí)邊坡，料場(chǎng)正坡考慮后緣控制裂隙存在的情況下，邊坡需加強(qiáng)支護(hù)，需加設(shè)6排錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)處理。由于下游正坡第③層已出露且已加強(qiáng)處理，上游正坡已加上2～3排錨索支護(hù)，因此主要在第③層出露的時(shí)候加強(qiáng)支護(hù)進(jìn)行鎖腰處理。

(2)下游正坡為順向坡，穩(wěn)定性差，因此需加設(shè)1～3排錨索進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，能滿足安全要求。

(3)重點(diǎn)處理部位是覆蓋層及Ⅴ類巖質(zhì)邊坡的局部不穩(wěn)定及塊體穩(wěn)定問(wèn)題；對(duì)覆蓋層及Ⅴ類巖質(zhì)邊坡及不穩(wěn)定塊體進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)施工及預(yù)警。

5　小　　結(jié)

本文對(duì)電站則窩料場(chǎng)巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性從定性、定量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)已開(kāi)挖邊坡的支護(hù)處理進(jìn)

行了探討:

(1)料場(chǎng)邊坡通常屬臨時(shí)工程，且一般都是超高巖質(zhì)邊坡，合理的邊坡等級(jí)決定了計(jì)算的合理性、支護(hù)處理的工作量、處理合理性及有效性。

(2)失穩(wěn)模式對(duì)分析邊坡的穩(wěn)定性有很大的意義。巖質(zhì)邊坡巖體內(nèi)發(fā)育多組節(jié)理裂隙，各組裂隙組合并與邊坡開(kāi)挖面相交，有可能形成多種邊坡失穩(wěn)模式。因此在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析之前，需要對(duì)邊坡的失穩(wěn)模式進(jìn)行初步分析判斷，進(jìn)而選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定分析方法，才能有的放矢的進(jìn)行邊坡計(jì)算分析工作。

(3)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的重要性。應(yīng)根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖揭示情況及時(shí)地做好反饋設(shè)計(jì)工作，并切實(shí)做好施工中的動(dòng)態(tài)超前預(yù)報(bào)，確定針對(duì)性的加固措施；

(4)開(kāi)挖支護(hù)的及時(shí)性。同時(shí)施工、同時(shí)支護(hù)、同時(shí)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，施工中應(yīng)遵循先處理后開(kāi)挖、逐級(jí)向下的原則。如一卸荷不穩(wěn)定塊體，監(jiān)測(cè)資料反映開(kāi)挖過(guò)程中邊坡存在變形，于是及時(shí)的采取少量應(yīng)急加強(qiáng)支護(hù)處理措施，然后再根據(jù)監(jiān)測(cè)資料采取下一步的處理措施。

(5)施工過(guò)程中應(yīng)按照招標(biāo)文件和現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范相關(guān)要求進(jìn)行爆破試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)，包括爆破破壞范圍、爆破地震效應(yīng)等，防止爆破對(duì)邊坡的破壞，單響藥量及一次總藥量均應(yīng)通過(guò)爆破試驗(yàn)確定，并嚴(yán)格控制單響藥量和一次總裝藥量。由于嚴(yán)格控制爆破，降低了邊坡的損壞，也一定程度上減少了工作量，增加了邊坡的安全閾值；

(6)切實(shí)作好施工過(guò)程中的地表排水和地下邊坡排水處理，注意施工過(guò)程中小規(guī)模的崩塌或落石對(duì)施工人員安全性的影響，確保施工過(guò)程中人員的安全。

(7)本料場(chǎng)巖質(zhì)邊坡開(kāi)挖最高約200 m，正坡、上下游側(cè)坡邊坡均未出現(xiàn)安全事故，邊坡穩(wěn)定，邊坡總處理造價(jià)(支護(hù)、監(jiān)測(cè)、排水及防護(hù)網(wǎng)等)約1 600萬(wàn)，極大的節(jié)約了工程投入，同時(shí)確保了邊坡的安全。

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2015-06-29

馬行東(1978-)，男，江蘇徐州人,高級(jí)工程師，從事水利水電工程地質(zhì)方面的研究工作。

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