黃家灣水利樞紐工程溢洪道邊坡穩定分析與評價

吳　波，代承勇，卓國鋒

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

1　概　述

黃家灣水利樞紐工程大壩位于紫云縣板當鎮格凸河上游黃家灣河道上，壩型為面板堆石壩，水庫正常蓄水位1055 m，總庫容1.57×109m3。該工程是以城鄉生活和工業供水，農業灌溉為主，結合發電等功能的大(2)型綜合性水利樞紐工程。

溢洪道沿左岸坡布置，為岸邊正槽式溢洪道，由進水渠、控制段、泄槽段、消能段4部分組成[1]，開挖后溢洪道兩側邊坡為斜向坡，左側邊坡最大高度約60 m，右側邊坡按設計清除1059 m高程以上坡體后，最大高度約28 m。

溢洪道開挖邊坡高，邊坡結構復雜，且距離大壩及其他水工構筑物較近，施工中降雨、水庫蓄水后對水工建筑物安全構成威脅，故針對溢洪道開挖邊坡的穩定性作專題研究。

2　溢洪道邊坡工程地質條件

2.1　基本地質條件

工程區左岸自然邊坡地形坡度25°～40°，總體為斜向巖質邊坡，穩定性較好。溢洪道沿左岸坡布置，溢流凈寬20～28 m，堰頂高程1045 m，地表高程990～1084 m，相對高差94 m。

溢洪道開挖后，形成以人類活動為主導的工程邊坡。溢洪道左右側邊坡總體為斜向坡，左側邊坡最大高度約60 m，右側邊坡最大高度約28 m，每10 m高差設置一級馬道。溢洪道工程邊坡上部為第四系殘坡積的粉質黏土夾碎石的土質邊坡，下部為各種結構面切割的巖質邊坡。

2.2　邊坡構造及結構面

溢洪道邊坡位于江洞溝倒轉向斜東翼近核部，未發現大斷層。巖層倒轉，陡傾上游略偏左岸，據地表地質測繪及工程區開挖揭露情況，溢洪道邊坡工程區內主要發育的微型褶皺構造有S1～S4,其中S1和S3為背斜，S2和S4為向斜，局部還見細微褶曲分布。褶皺規模不等，形態各異，按產狀分類可見斜立褶皺、倒轉褶皺及翻卷褶皺等。受褶曲構造影響，巖層產狀變化較大，傾向68°～120°及275°～325°，傾角為17°～70°，局部近直立。

2.3　邊坡巖體質量分類

影響溢洪道邊坡工程區巖體工程地質特征的因素主要是巖性與構造。溢洪道邊坡工程區主要為泥巖，局部位置砂巖與泥巖相間分布或呈互層狀分布，據地表地質測繪及鉆孔資料統計，砂巖約占3%～5%，泥巖約占95%～97%。溢洪道邊坡的泥巖塊體密度ρ=2.63 g/cm3，飽和單軸抗壓強度Rb=10.77 MPa，巖石平均縱波速Vp=3137 m/s。弱風化巖體呈薄層狀結構，結構面中等發育，平均縱波速Vp=2295 m/s，Kv=0.54。按水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程(DL/T 5337—2006)[2]，經計算該邊坡弱風化巖體基本質量指標為257.3，其巖體基本質量級別為Ⅳ級；溢洪道邊坡強風化泥巖巖體基本質量級別為Ⅴ類。

3　定性分析與評價

3.1　邊坡穩定性分區

根據設計資料，溢洪道右側邊坡最大開挖高度為28 m，邊坡主要由弱風化泥巖構成，按自上而下分級開挖并及時噴錨支護，穩定性較好。按設計所出施工圖開挖后，最大邊坡高度約60 m，上部為覆蓋層及強風化泥巖構成的散體結構邊坡，下部為弱風化至新鮮巖體構成的斜向層狀結構巖質邊坡。根據巖體構造特征、巖層產狀與坡面組合關系、邊坡高度及溢洪道布置等，將溢洪道分為四個區。

A區為溢洪道K0-050～K0-025段：長25 m。綜合巖層產狀68°∠35°，發育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、②N10°～20°E/NW∠70°及③N75°～85°W/SW∠35°～60°。左側在1059 m高程形成配電房平臺，南西側邊坡主要為順向巖質邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產狀為81°∠45°，高約34 m。

B區為溢洪道K0-025～K0+060段：長85 m。綜合巖層產狀100°∠35°，發育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、③N75°～85°W/SW∠35°～60°及④N30°～45°E/NW∠55°～85°。

根據設計要求，左側分級放坡開挖，主要為層狀巖質邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產狀為23°∠45°，邊坡最大高度約60 m。

C區為溢洪道K0+060～K0+225段：長165 m，該區微型褶皺構造發育，巖層產狀變化較大，傾向68°～120°及275°～325°，傾角為17°～70°，局部近直立，按最不利原則選擇兩個綜合產狀進行分析計算，分別為75°∠20°及285°∠30°。發育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、②N10°～20°E/NW∠70°及⑥N20°～35°E/SE∠55°～80°。左側邊坡上部為覆蓋層及強風化泥巖構成的散體結構邊坡，下部主要為弱風化層狀巖質邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產狀為203°∠45°，高5～15 m。

D區為溢洪道K0+225～K0+310段：長85 m，主要為單斜構造，綜合巖層產狀115°∠35°，發育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、③N75°～85°W/SW∠35°～60°及⑤N60°～80°W/SW∠65°～80°。左側邊坡上部為覆蓋層及強風化泥巖構成的散體結構邊坡，下部主要為弱風化層狀巖質邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產狀為23°∠45°，邊坡高度<22 m。

3.2　赤平投影分析

根據坡面、層面及裂隙面作極射赤平投影圖，分區作圖結構面數據詳見表1。

表1　黃家灣水利樞紐工程溢洪道邊坡分區結構面計算表

4　邊坡支護措施建議

(1)建議按照上述分析評價結論進一步復核原設計方案，并進行適當調整優化，具體建議如下：

①溢洪道K0-050～K0-025段邊坡：對應定性評價A區，開挖高度較小，可維持原有設計方案，如需進一步提高安全儲備，建議進一步放緩坡度，強風化以上巖土體建議削坡坡率小于1∶1。

②溢洪道K0-025～K0+060段邊坡：對應定性評價B區，溢洪道位于該區，是變形控制、加固防護的重點部位。建議該段邊坡做加強支護，可沿1060 m高程弱風化帶以上設置一定數量的抗滑樁，或進一步放緩坡率增加一定數量的錨索[3]，并設置框格梁，強風化巖以上坡率建議小于1∶1，1060 m高程以下可維持原有設計方案。

③溢洪道K0+060～K0+225段邊坡：對應定性評價C區，可維持原有支護設計方案不變，如需進一步提高安全儲備，建議1060 m高程以上強風化巖按照小于1∶1進一步放緩坡率，增加少量錨索，并設置框格梁。

④溢洪道K0+225～K0+310段邊坡：對應定性評價D區，可維持原有設計方案不變，建議強風化巖及以上坡體增加小尺寸框格梁以增強巖體完整性。

(2)溢洪道邊坡開挖和支護施工時，宜采取分段分級由上至下開挖，并在邊坡開挖后及時采取排水、截水及邊坡支護措施，有效地阻止軟巖巖體的快速風化。盡量避免在施工過程中由于外界條件因素引起的巖體快速軟化和急劇風化對工程安全的影響。所有的開挖面應盡快封閉。

5　結　論

通過對上述溢洪道邊坡的赤平投影分析，采用極限平衡法對該邊坡在不同工況下的整體穩定進行驗算，認為該邊坡開挖后總體能滿足規范要求，但考慮到黃家灣水利樞紐工程溢洪道邊坡普遍存在多組不利結構面，與巖層面共同切割巖體，易形成楔形體等形狀的不穩定塊體，使得邊坡處于不穩定狀態，發生局部或整體失穩的可能性較大，建議邊坡設計工程師按照上述分析評價結論進一步復核原設計方案，并進行適當調整優化。為類似邊坡穩定分析評價及治理提供借鑒，并加以推廣。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會.溢洪道設計規范：DL/T 5166—2002 [S].北京:中國電力出版社, 2008.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會.水電水利工程邊坡工程地質勘察技術規程: DL/T 5337—2006[S].北京:中國電力出版社,2006.

[3]國家能源局.水電水利工程邊坡施工技術規范：DL/T 5255—2010[S].北京:中國電力出版社,2011.