溪洛渡水電站高路堤邊坡穩定性分析與處治

周 圍 沈習文

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院交通分院，四川 成都 610072)

0 引言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內金沙江干流上，壩址位于四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的溪洛渡峽谷，距兩縣城分別為20 km和7 km，是一座以發電為主，兼有防洪、攔沙和改善下游航運條件等巨大綜合效益的工程。水庫回水至白鶴灘電站尾水，金沙江主庫全長199 km，西蘇角河、溜筒河、牛欄江、西溪河等支庫全長35 km。

根據地勘資料，徐家坪崩坡積堆積體以塊碎石為特點，覆蓋層較為深厚，表層結構較松散，在正常條件下發生整體失穩的可能性較小，但在水位驟降、暴雨等條件下可能產生局部失穩，庫區蓄水后可能產生一定規模塌岸。本文就該高路堤邊坡進行穩定性分析與評價，在此基礎上提出加固處理措施。

1 工程概況

溪洛渡水電站S307瀘鹽路南田至坪頭段復建公路徐家坪K3+255.00～K4+195.00段塌岸區位于金沙江支流油坊溝右側徐家坪階地上方斜坡，徐家坪明線段覆蓋層按其結構層次自上而下、由新到老可劃分為2層。

第①層為崩積碎石，厚約1 m～2 m，結構松散，現狀處于極限平衡狀態，局部失穩，表層局部發育次級滑塌。該層形成年代較新，從數百年前至數年前。

第②層為崩坡積塊碎石土層，厚20 m～50 m，結構稍密～密實。崩坡積體的物質組成較單一，其后緣的基巖成分決定了其物質組成，塊碎石層分為泥灰巖、玄武巖，塊碎石含量一般在30%～40%以上，個別塊碎石含量超過50%～60%，粒徑一般為3 cm～20 cm，級配較差。崩坡積塊碎石土層基本穩定。崩坡積塊碎石土層由新老崩坡積堆積而成，路線從斜坡坡腳附近通過。

斜坡后緣陡壁基巖裸露，基巖巖性為泥灰巖，表層風化卸荷較強烈，基巖強卸荷深度30 m～50 m，基巖弱風化深度約2 m～10 m。節理裂隙較發育，張開5 cm～10 cm，巖體被3組～4組節理裂隙切割形成軟弱結構面，結構面類型為巖屑或巖屑夾泥。

工程區金沙江段屬亞熱帶氣候區，地勢高差懸殊，氣候垂直變化顯著。河谷干熱、高山陰冷潮濕，屬典型亞熱帶氣候區。據工程區附近的永善氣象站、雷波氣象站和中興場氣象站資料，多年平均氣溫為12.0℃ ～19.7℃，極端最高氣溫34℃ ～41℃，出現在6月～8月，極端最低氣溫0.3℃，出現在12月～1月，無霜凍現象。多年平均降水量586.3 mm～851.2 mm，主要集中在雨季4月～10月，占全年的 90.37%～96.55%。多年平均年蒸發量2 139.0 mm，多年平均相對濕度67%，平均風速3.0 m/s。

根據GB 18306－2001中國地震動水平參數和反應特征周期區劃圖，工程區水平地震動加速度為0.15g，地震動反應特征周期為0.4 s，相當于地震基本烈度為7度。

當水庫蓄水及水庫水位快速下降時，塌岸區堆積體受地下水影響其力學參數有所降低，同時當水位降低時，崩坡積堆積體內地下水無法迅速排出，形成動水壓力，因此產生庫區塌岸。根據地質勘察，徐家坪塌岸區表層崩坡積體目前整體處于極限平衡狀態，局部淺表有小規模溜滑，水庫蓄水后可能產生局部塌岸、滑塌及變形，為電站水庫蓄水塌岸區，但不會出現整體快速滑塌。經計算分析，徐家坪塌岸區長約940 m，寬約50 m～60 m。水庫庫區塌岸對路線安全運行構成了較為嚴重的威脅。

2 設計方案選擇

庫區蓄水后，崩坡積體將產生塌岸及變形，將給路基穩定造成不利影響。若采用樁板墻等擋防措施對路基進行加固處治，處治難度及處理費用均較大，且處治效果不理想。若采用隧道繞避該塌岸區，隧道工程投資較大，且隧道進出口均為深厚覆蓋層，施工難度及后期運營難度較大。

考慮到崩坡積體下方徐家坪階地較為平緩、開闊，有條件對塌岸區進行堆渣反壓處理，故本段路基擬采用對崩坡積體中上部進行卸載，同時利用卸載土石方對崩坡積坡腳進行堆渣反壓+地面防護+矮腳擋墻的綜合處治方案。

3 高路堤邊坡穩定性分析

根據徐家坪崩坡積堆積體邊坡特點，選取塊碎石土邊坡K3+730.00這一具有代表性的沿主滑方向的剖面，采用土質邊坡穩定分析程序GEOSLOPE進行徐家坪高路堤邊坡穩定分析計算，以便詳細分析評價各邊坡和滑坡的情況，見圖1。

3.1 堆積體物理力學參數取值

崩坡積堆積體的物理力學參數采用電站庫區勘察成果及崩坡積堆積體室內試驗結果，見表1，表2。

圖1 K3+730徐家坪路堤邊坡示意圖

3.2 工況分析

溪洛渡水電站S307瀘鹽路南田至坪頭段復建公路為庫區復建公路，路線均位于水庫正常蓄水位以上。根據JTG D30－2004公路路基設計規范的要求，水庫地區路堤的穩定性分析核算了四種工況，即正常蓄水工況、暴雨工況、庫水位驟降工況、地震工況。

表1 崩坡積堆積體物理力學參數建議取值(天然狀態)

表2 崩坡積堆積體物理力學參數建議取值(飽水狀態)

3.3 高路堤邊坡穩定性計算分析及評價

本文利用土質邊坡穩定分析程序GEOSLOPE進行穩定性計算分析，GEOSLOPE軟件根據極限平衡原理進行計算分析，采用折線法自動搜索最危險的滑面，計算方法為Janbu法，其穩定性系數見表3。

表3表明，K3+730徐家坪庫區高路堤邊坡在正常蓄水工況下(K=1.595＞1.25)為穩定狀態，在庫水驟降工況下(K=1.296 ＞1.15)為穩定狀態，在正常蓄水并同時考慮暴雨工況下(K=1.281 ＞1.05)為穩定狀態，在地震工況下(K=1.176 ＞1.02)為穩定狀態。

表3 庫區路堤邊坡穩定性系數表

根據穩定性計算結果和高路堤邊坡結構特征分析，高路堤邊坡在各種工況下均處于整體穩定狀態，邊坡設計及加固方案經濟合理有效。

4 高路堤邊坡設計方案及加固處理措施

4.1 高路堤邊坡設計方案

該段利用油坊溝大橋右岸橋頭明線段挖方棄渣對徐家坪塌岸區坡腳進行堆渣反壓。路線以填方路基形式通過塌岸區，路基左側路肩外設8 m寬填方平臺，然后以1∶2填方坡率分臺階填筑路堤，每級路堤高10 m，共設置9級路堤邊坡，每級臺階寬2 m，填方坡腳采用3 m高護腳收坡腳。高路堤邊坡坡面采用大塊石碼砌加強抗沖刷防護，大塊石護坡厚200 cm，詳見圖2。

4.2 施工技術要求

1)路線以填方路基形式通過徐家坪塌岸區，路基左側路肩外設8 m寬填方平臺，路堤按1∶2坡率分級填筑，級高10 m，級間馬道平臺寬2 m，填方坡腳設置C15片石混凝土護腳固腳。填方路堤邊坡采用大塊石碼砌護坡抵抗庫水淘蝕，碼砌厚度為2 m。2)C15片石混凝土護腳高3 m，埋置深度不宜小于1.5 m，墻體采用C15片石混凝土澆筑，每10 m～20 m設置一處伸縮縫，用瀝青麻絮沿內、外、頂三方填塞，深入10 cm～20 cm。3)為減小路堤自身不均勻沉降對路面的影響，于路面底面以下150 cm范圍內設置5層土工格柵，土工格柵層間距30 cm，在外側彎折，并用撕裂膜綁扎在上一層上，縱向滿鋪，彎折段長2 m。4)水庫蓄水后2年～3年為路堤沉降穩定期，沉降期根據沉降觀測情況進行路基路面修正設計，以滿足運行要求，待路基沉降基本穩定后需按設計重新鋪筑路面。5)溪洛渡水庫正常蓄水位600 m，死水位540 m。K3+520.00～K4+195.00段路堤水庫蓄水后2年～3年為沉降穩定期，高填方路堤需進行沉降變形監測，根據沉降趨勢，確定沉降觀測時間及路基路面修復。觀測項目:路堤頂沉降量及水平位移，儀具名稱:沉降板，觀測要求:路堤填筑完畢后至蓄水前，最初半年內半月觀測一次，半年后一月一次;水庫蓄水(或放水)期間，水位變化較快，每天觀測一次，水位穩定期，半月一次，至沉降穩定。

圖2 徐家坪高路堤邊坡K3+570.00剖面設計圖

4.3 路堤填料技術要求

徐家坪特殊路基602.00 m以下受水庫蓄水影響路段填筑應采用單軸飽和抗壓強度大于45 MPa，軟化系數大于0.65的石料。路基開挖及本段路基內側崩積體石灰巖應優先用于602 m以下路堤填筑，遠運利用碎石土宜用于602 m以上路堤填筑。

4.4 路堤填筑技術要求

1)根據不同工況下的路基穩定性分析成果，為了提高反壓后的路堤穩定性，徐家坪塌岸區高填方特殊路基施工對填筑工藝要求較高，宜選擇有土石壩施工經驗的施工單位進場施工。

2)路堤填方應分層鋪筑，均勻壓實，并應嚴格控制分層厚度，分層厚度根據壓實機械類型確定，一般20 cm～30 cm，每層碾壓5遍～7遍。若采用振動平碾碾壓填石料，建議振動碾重不小于20 t，行車速度2 km/h ～3 km/h，頻率20 Hz～30 Hz。

3)徐家坪塌岸區高填方特殊路基壓實采用重型擊實標準，考慮到本段路基的特殊性，路基壓實度調整如下:一般路堤，路面底面以下0 cm～150 cm應不小于96%，路面底面150 cm以下應不小于94%。

5 結論與建議

1)徐家坪高路堤邊坡經觀測，施工期沉降已基本穩定，路基滿足運行要求。這表明徐家坪高路堤邊坡設計方案及加固處理措施合理有效，具有較好的社會及經濟效益。

2)徐家坪高路堤邊坡以1∶2坡率分臺階填筑路堤后，保證填料壓實度達到規范要求，路堤穩定性在四種工況下均能滿足規范要求，高路堤邊坡處于穩定狀態，高路堤邊坡設計支護方案經濟合理有效。

3)高路堤邊坡的穩定性主要取決于路堤的排水能力及分層碾壓密實性，同時應采用壓縮變形小、水穩性好的滲水材料作填料，填筑后路堤力學參數應達到設計要求。大塊石碼砌護坡可有效防護庫岸沖刷淘蝕，提高路堤邊坡的穩定性。

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