阿白沖水庫輸水隧洞進水口邊坡治理方案探析

(云南省紅河州水利水電勘察設計研究院，云南 蒙自 661100)

1 工程概況

阿白沖水庫地處石屏縣新城鄉紅河二級支流阿白沖河中下游河段，是以農業灌溉為主的中型水利樞紐，水庫總庫容1538.0萬m3，灌溉面積2.91萬畝，年供水總量1718.8萬m3。輸水隧洞是水庫唯一的輸水設施，其進水口的邊坡安全關系到工程安全和水庫灌溉供水效益的發揮。

2 輸水隧洞進水口邊坡地質概況

2.1 地形地貌

進水口邊坡屬構造侵蝕高中山地貌，岸坡坡度一般35°～50°，局部地段達60°，邊坡高度達18～50m，坡面多呈直線和折線型坡，兩側為寬緩的季節性沖溝，植被較發育，進水口高程以下為自然邊坡，至河底高差約20m。

2.2 地層巖性

邊坡所處區域主要為下元古界美黨組(Pt1m)板巖，巖體風化破碎，完整性較差，地層走向與斜坡坡向以大角度相交的斜向坡為主，邊坡自上至下由人工填土(渣料)及殘坡積角礫組成。第四系(Q)人工填土(Q4ml)為含碎石粉質黏土—碎石土，碎石含量40%～60%，直徑0.2～15cm，以強風化板巖角礫及碎塊為主，厚0.5～2.5m；殘坡積層(Q4el+dl)以碎石、角礫為主，含量35～60%，直徑0.2～8cm，為強風化板巖，厚0.4～3.5m；崩積層(Q4col)以碎石、角礫及塊石為主，礫石含量大于50%，直徑0.2～20cm，為強風化板巖，厚3.0m；強風化板巖(Pt1m)呈堅硬狀黏土—角礫，巖石極破碎，呈薄—中厚層狀，節理裂隙極發育，易開裂崩解，厚0.5～5.5；中風化板巖：巖石較破碎，呈薄—中厚層狀，節理裂隙較發育，多呈閉合狀，易沿層理及裂隙面開裂，頂板埋深0～8.30m。

2.3 水文地質條件

邊坡上部第四系殘坡積層一般不含水，雨季以上層滯水為主。板巖(Pt1m)在強、弱風化巖體中含裂隙型潛水，主要為大氣降水補給。松散堆積層孔隙水主要受大氣降水補給，富水及透水性較弱，一般就地補給就近排泄；基巖裂隙水含水層為板巖(Pt1m)，主要靠大氣降水和松散孔隙水垂向補給，儲運通道主要為節理裂隙，巖層透水大，降水排出迅速，一般就近補給庫區。

2.4 地震

邊坡位于云南山字形構造石屏弧與通海弧之間，區間北東及北西向斷裂構造較為發育，地塊完整性較差，工程區地震動峰值加速度0.30g，地震動反應特征周期0.45s，地震基本烈度及抗震設防烈度為Ⅷ度。

3 進水口邊坡穩定性分析

輸水隧洞進水口邊坡巖體節理裂隙發育，各結構面切割強烈，裂隙面較平直且多有薄層泥質充填；邊坡天然狀態下基本穩定，但因地勢陡峻，地層孔隙較大、基巖破碎，飽水后臨空面易失穩破壞，尤其在庫水消落時的動水壓力作用下，易引發邊坡失穩，邊坡治理范圍平、剖面如下圖所示。

輸水隧洞進水口邊坡防治處理剖面

3.1 計算參數

進水口邊坡計算參數以試驗結果為依據并結合工程實際綜合確定，如表1所列。

表1 進水口邊坡穩定計算參數取值

3.2 計算結果

選取最具代表性的5—5′，剖面進行穩定計算，穩定計算公式參照邊坡設計規范有關公式進行，結果如表2所列：

表2 進水口邊坡穩定性計算成果

注( )內數值為飽和狀態取值；上部滑面為土巖界面，下部滑面為強、中風化層交界面。

計算成果表明：正常運用條件下，進水口南側、西側邊坡均穩定；非常運用條件Ⅰ下，南側及西側邊坡下段坡體穩定，而西側邊坡上段坡體不穩定，易沿土巖界面滑動；非常運用條件Ⅱ下，南側邊坡下段坡體穩定，而上段坡體不穩定，易沿土巖界面滑動。而西側邊坡上、下段均不穩定，易沿土巖界面或強、中風化層交界面滑動。

4 邊坡治理方案

4.1 治理方案比較

根據進水口邊坡的地形地貌、地質結構、變形破壞特征和場地條件，結合治理方案的可行性與經濟性，進行三種方案的比較，具體如下：

4.1.1 方案一：錨索框格梁+整坡+錨噴工程

a.錨索框格梁。在進水口西側邊坡上部設置5排錨索，長度自下至上分別為15m、16m、18m、18m、18m，其中錨固段長8.5m，置于弱風化板巖中，自由段長5～8m，入射角25°，錨索間距4m×4m，采用高強度、低松弛、公稱抗拉強度1860MPa的鋼絞線(1×7)，每孔設5φ15.24鋼絞線，設計錨固力640kN，張拉鎖定荷載值750kN?？蚋窳簽镃25混凝土，嵌入坡體40cm，框格間距4m×4m。

b.整坡。對上部三排錨索框格梁間的坡面進行整平，對進水口南側邊坡削坡至1∶1。

c.錨噴工程。對南側邊坡進行錨噴支護，間距2m×2m，錨桿長6～8m，采用1φ25鋼筋，錨孔為φ42鉆孔，灌入水灰比1∶0.45的M30砂漿，坡面掛φ6.5鋼筋網片，φ16鋼筋壓網，噴射8～12cm厚的C20混凝土支護。

d.錨固計算。進水口邊坡為臨水邊坡，邊坡最大高度18m，級別為3級，邊坡錨固計算參數如表3所列，進水口邊坡巖土體物理力學指標如表4所列，錨固計算結果如表5所列。

表3進水口邊坡錨固計算參數

項目抗滑穩定安全系數錨固體與巖體黏結強度/MPa鋼筋與注漿材料摩擦系數擋土墻基底摩擦系數f墻 后 填 土密度/(kN/m3)內摩擦角/(°)數值 正常運用條件1.15-1.20500(中風化板巖)0.500.6 21.635非常運用條件Ⅰ1.10-1.15260(強風化板巖)0.5非常運用條件Ⅱ1.05-1.10

表4 進水口邊坡巖土體物理力學指標

表5 錨固計算結果

4.1.2 方案二：抗滑樁+整坡+錨噴

a.抗滑樁。在進水口邊坡西側頂端設置1排抗滑樁共12根，樁身間距5m、樁長22m、樁徑1.5m×2m，樁體采用C30混凝土。

b.整坡。與方案一相同。

c.錨噴。與方案一相同。

d.抗滑樁計算結果。經計算，抗滑樁最大彎矩為20523.959kN/m，最大彎矩位置為背側距離樁頂12.62m。

最大剪力為3060.00kN，最大剪力位置為距離樁頂8.6m，最大樁頂位移為88mm。

4.1.3 方案三：削坡+錨噴

a.削坡。對進水口西側邊坡按分級高度10m、坡比1∶0.75進行削坡，設置寬2m的馬道；對進水口南側邊坡按坡比1∶1.25進行削坡，設置寬2m的馬道。

b.錨噴。削坡后進行錨噴護坡，進水口西側邊坡錨桿間距2m×2m，南側邊坡錨桿間距3m×3m；錨桿采用φ25鋼筋，長5～8m，錨孔為φ42鉆孔，灌注水灰比1∶0.45的M30砂漿，坡面掛φ6.5鋼筋網片，φ16鋼筋壓網，噴射8～12cm厚的C20混凝土支護。

各方案工程量對比如表6所列：

4.2 治理方案選擇

輸水隧洞進水口邊坡治理方案，從以下三方面進行選擇：

a.從技術角度考慮：方案一充分利用邊坡自身巖土體強度，對邊坡擾動更小，治理后風險較小；方案二采用堅固的抗滑樁支擋，安全性高；方案三須削坡，但因地形條件限制，不能削至允許坡率而需支護。

b.從施工條件考慮：方案一鋼筋制作工藝少，對場地要求低，僅須搭設腳手架即可施工；方案二須就近開挖一定面積的鋼筋制作場地，要求較高；方案三削坡時須對邊坡中部的施工便道進行開挖，施工便道切斷后削坡渣料難于運出，且開挖過程中須對進水口加以保護，措施費用較高，故方案一、二明顯優于方案三。

c.從工程估算總投資考慮：方案一總投資79.15萬元；方案二總投資149.71萬元，方案三總投資167.55萬元，以方案一最經濟。

經綜合比較，選擇方案一(錨索框格梁+整坡+錨噴工程)作為進水口邊坡治理方案。

表6 各方案工程量對比

4.3 治理后邊坡安全性評價

輸水隧洞進水口邊坡按方案一(錨索框格梁+整坡+錨噴工程)進行治理后，邊坡穩定，其安全性評價如表7所列。

表7 輸水隧洞進水口邊坡治理安全性評價

5 結 語

阿白沖水庫輸水隧洞是水庫唯一的輸水設施，隧洞進水口邊坡的安全關系到工程安全和水庫灌溉及供水效益的充分發揮，經方案比較，選擇錨索框格梁結合整坡錨噴的綜合治理方案，邊坡治理工程于2014年3月實施完成，至今已安全運行3年多時間，治理后邊坡穩定。

[1] 石屏縣阿白沖水庫工程初步設計報告[R].2011.

[2] 阿白沖水庫工程輸水隧洞進口邊坡勘察報告[R].2011.