永定橋水利工程大沖溝下游覆蓋層邊坡穩定性分析與支護設計

王 廣 巍

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

1 工程概況

永定橋水利工程位于四川省雅安市漢源縣境內流沙河上游，水庫壩址位于三交鄉河壩村永定橋下游3.3 km，距離下游宜東鄉約3 km，距漢源縣城約53 km，交通便利，是瀑布溝水電站移民安置的配套工程，用以滿足漢源新縣城城市用水、農村移民安置區生活和灌溉用水。

永定橋水利工程水庫正常蓄水位為1 543.0 m，正常蓄水位以下庫容1 114萬m3，死庫容122.6萬m3，興利庫容991.5萬m3。2015年12月31日，水庫正式向漢源新縣城供水，因為水庫庫容較小，要求水庫岸坡必須穩定，保證有效興利庫容，保證漢源新縣城、農村移民安置區生活和灌溉用水；壩址上游左岸“大沖溝下游堆積體”在水庫蓄水及運行期必須確保岸坡穩定。

2 基本地質條件

“大沖溝下游覆蓋層岸坡”位于庫中段流沙河左岸，距壩址約1.6 km。流沙河總體以近東西向流經坡體前緣。該段坡體順河長約300 m，前緣接近河邊，高程約1 500 m，后緣至左岸壩頂改線公路，高程約1 705 m。坡體前緣(高程1 620 m以下)地形較陡，坡度35°～40°；坡體中上部(高程1 620 m以上)地形稍緩，坡度25°～30°。坡體下游側為高粱坪堆積體，坡體上游側為大沖溝，即“2013年7月14日飛水溝右岸崩塌堆積體”下游邊緣。

邊坡地層從上至下可為3層。第①層：崩坡積塊碎石土層(col+dlQ4)，灰黃色，厚度一般7.0～28.0 m；第②層：黑色含礫粉質黏土，礫石成分為灰黑色砂質灰巖、炭質頁巖，粒徑多小于0.5 cm，占5%～10%，呈次棱～棱角狀，結構緊密，分布于基巖頂板；③下伏基巖為志留系羅惹坪組灰白色薄～中層狀細晶白云巖夾薄層砂質灰巖(S2l)，以弱風化為主。

該邊坡位于宜東向斜北東翼近軸部，巖層產狀以N60°～85°W/SW∠8°～20°為主，緩傾坡外。優勢裂隙發育兩組：①N50°～60°E/NW∠75°～80°，起伏、粗糙，長一般3～10 m，張開約1～2 cm，間距1～2 m，與邊坡小角度相交；②N30°～40°W/NE∠75°～80°，起伏、粗糙，長一般為3～10 m，張開約5～10 mm，間距3～5 m，與邊坡大角度相交。

地下水基本類型為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水，受大氣降雨補給，向流沙河排泄。

3 變形破壞現象及成因分析

大沖溝下游覆蓋層邊坡，其上游側邊界為大沖溝，即“2013年7月14日飛水溝右岸崩塌堆積體”下游邊緣，下游側邊界為高粱坪堆積體。坡體后緣未見蠕滑體、泥石流等不良物理地質現象，坡體變形破壞現象表現如下：

(1)邊坡治理施工前，在坡體下游中下部修建施工便道后，在雨季坡體前緣發生過小塌滑；

(2)高程1 540 m抗滑樁施工中，A1樁內側坡體凸出，且后緣發育有張開10～20 cm裂縫，受臨近樁孔爆破影響，坡體發生少量垮塌，對該抗滑樁內側坡體進行削坡處理。

(3)“2013年7月14日飛水溝右岸崩塌事件”后，坡體前緣、中部，至左岸高程1 705 m改線公路下部出現多條裂縫，前緣坡體裂縫張開約10～20 cm，一般延伸長度10～20 m，最大約90 m；中上部坡體裂縫一般張開1～5 cm，一般延伸長度5～10 m。

坡體出現上述變形破壞現象，根據其基本地質條件、變形破壞特征分析，其成因如下：該覆蓋層坡體地形坡度較陡，前緣因修建施工便道形成切腳；在2013年“4·20”蘆山7.0級強烈地震影響下，坡體結構松散加劇；“2013年7月14日飛水溝右岸崩塌事件”形成200萬m3崩塌體，對該段覆蓋層坡體形成直接沖擊、震動和氣浪作用，致使坡體出現多條裂縫；雨季暴雨使坡體飽水，變形加劇。

4 邊坡穩定性分析

4.1 邊坡類別、等級

根據《水電水利工程邊坡設計規范》(DL/T5353-2006)，按其所屬樞紐工程等級、建筑物級別、邊坡所處位置、邊坡重要性和失事后的危害程度，劃分邊坡類別和安全級別。大沖溝下游覆蓋層邊坡位于左岸庫中段，距壩址約1.6 km，邊坡無實質性的危害影響對象，其失穩破壞將造成有效庫容減小，根據規范判為B類(水庫邊坡)Ⅲ級邊坡。

4.2 邊坡巖土體力學參數

大沖溝下游覆蓋層邊坡巖土體從上至下可為3層。第①層灰黃色塊碎石土層(col+dlQ4)； 第②層黑色含礫粉質黏土；第③層基巖為灰白色志留系羅惹坪組灰白色薄～中層狀細晶白云巖夾薄層砂質灰巖(S2l)。穩定性系數計算巖土體力學參數根據勘探試驗成果、工程地質類比法綜合確定，其取值見表1、2。

表1 大沖溝下游覆蓋層邊坡穩定性計算土體參數取值

表2 大沖溝下游覆蓋層邊坡穩定性計算巖體參數取值

4.3 邊坡穩定性計算

在對大沖溝下游覆蓋層邊坡進行治理前，選取了地形坡度較陡的縱向16-16、14-14剖面代表該段覆蓋層邊坡，其中16-16剖面位于坡體上游側，14-14剖面位于坡體下游側(見圖1、2)。采用隨機搜索最危險滑動面和根據地形假定了2條滑動面，

圖1 16-16剖面計算模型

分別采用莫根斯頓-普萊斯法和畢肖普法，對坡體穩定性進行定量計算。穩定性計算工況為蓄水前現狀、現狀+暴雨、現狀+地震(Ⅷ度)，水庫正常蓄水、正常蓄水+暴雨、正常蓄水+地震6種工況。各種工況下穩定性系數計算結果見表3。

圖2 14-14剖面計算模型

剖面狀況現狀現狀+暴雨現狀+地震正常蓄水正常蓄水+暴雨正常蓄水+地震滑面搜索滑面1滑面2搜索滑面1滑面2搜索滑面1滑面2搜索滑面1滑面2搜索滑面1滑面2搜索滑面1滑面216-16剖面M_P1.261.321.301.141.191.181.161.211.201.181.281.231.071.161.121.071.161.11(上游側)Bishop1.271.341.311.141.221.191.171.231.211.171.301.241.071.181.131.071.181.1214-14剖面M_P0.981.180.990.891.080.900.881.040.890.841.130.870.751.010.770.791.020.80(下游側)Bishop0.951.090.960.851.000.860.850.970.860.811.010.840.720.910.750.780.940.79

由穩定性系數計算結果分析：

(1)16-16剖面假定滑動面1基本沿基覆界線，從高程約1 705 m改線公路下部至坡腳，代表坡體的整體穩定性；假定滑面2位于坡體下部；搜索最危險滑面位于坡體下部淺表層。計算結果表明，3條滑動面在蓄水前現狀、現狀+暴雨、現狀+地震，蓄水后正常蓄水、正常蓄水+暴雨、正常蓄水+地震工況坡體均處于穩定狀態。

(2)14-14剖面假定滑面1基本沿基覆界線，從高程1 705 m改線公路下部至坡腳，代表坡體的整體穩定性。在蓄水前現狀條件下穩定，現狀+暴雨、現狀+地震工況坡體不穩定；蓄水后正常蓄水穩定，正常蓄水+暴雨、正常蓄水+地震工況坡體均處于不穩定狀態。

假定滑面2和搜索最危險滑面位置接近，位于坡體中下部，這2條滑動面在蓄水前現狀條件、現狀+暴雨、現狀+地震，蓄水后正常蓄水、正常蓄水+暴雨、正常蓄水+地震工況坡體均處于不穩定狀態。施工前坡體前緣出現局部小塌滑，計算結果與實際情況基本一致。

4.4 邊坡失穩模式

大沖溝下游覆蓋層邊坡為碎石土邊坡，坡高約200 m，屬于超高邊坡，在地震、暴雨工況下邊坡穩定性變差，坡體可能失穩；其失穩模式為蠕滑～拉裂型，坡體表部產生拉裂縫，隨著拉裂縫不斷向深處擴展，地表水沿拉裂縫滲入坡體，加劇了坡體的剪切變形；其失穩破壞以坡體牽引式塌滑為主要形式。

5 支護設計

鑒于大沖溝下游覆蓋層邊坡，在地震、暴雨工況下穩定性變差，坡體可能失穩，對水庫有效庫容影響較大。為保證漢源新縣城、農村移民安置區生活和灌溉用水，該段坡體必須進行治理。

支護方案為抗滑樁、樁板墻、預應力錨索方案。首先，預應力錨索布置于抗滑樁頂部，樁間板后采用碎石土回填，坡比為1 ∶2.0；其次，在邊坡中部、上部各布置一條排水溝。

在高程1 540 m、1 592 m各布置一排抗滑樁，樁端持力層為灰白色弱風化細晶白云巖。高程1 540 m布置44根抗滑樁，A型抗滑樁24根，B型抗滑樁20根，同時布置樁間板，樁間板后采用碎石土回填，坡比為1 ∶2.0；高程1 592 m布置8根A型抗滑樁。抗滑樁截面尺寸，A型2.5 m×3.5 m ，B型2.0 m×3.0 m。

A型抗滑樁樁頂布置2根2 000 kN預應力錨索，B型抗滑樁樁頂布置1根2 000 kN預應力錨索，錨索長度約45～50 m，錨索必須進入基巖15 m，且錨固段長度不小于8 m。

在坡體中部、上部各布置一條排水溝，排水溝采用梯形斷面，底寬0.5 m，深度0.5 m，采用M10漿砌石進行襯砌，襯砌厚度30 cm。14-14典型剖面支護見圖3。

圖3 14-14典型剖面支護示意

6 支護效果評價

大沖溝下游覆蓋層邊坡治理，主要內容是抗滑樁、預應力錨索施工，并在坡體中部、上部各布置一條排水溝。施工期間對坡體多次進行現場巡視，并在A5、A29、A35抗滑樁頂部各布置1個外部變形觀測墩，進行變形監測。

(1)2014年11月～2015年12月，高程1 540 m抗滑樁、預應力錨索施工完成以后，坡體經歷2016年雨季多次暴雨作用，同時受水庫蓄水及庫水位升 降影響，2016年5月12日，水位達正常蓄水位1 543.0 m。現場巡視發現，除高程1 592 m抗滑樁內側坡，因樁體施工需要進行了削坡處理，坡高約10～15 m，坡度約55°～65°，在暴雨作用下發生小垮塌外，坡體其他部位未發生垮塌變形現象，表部裂縫張開寬度也未繼續增加。

(2)2016年1～11月，高程1 592 m抗滑樁、預應力錨索施工完成，對坡體提供了更加強有力地支護措施。經現場巡視，坡體未發生垮塌變形現象，表部裂縫張開寬度也未繼續增加。宏觀分析判斷，坡體變形趨于穩定。

(3)為了準確掌握坡體變形狀況，在A5、A29、A35抗滑樁頂部各布置1個外部變形觀測墩，進行變形監測。現在3個外部變形觀測墩已經施工完成，但監測工作尚未開始進行。

7 結 論

(1)大沖溝覆蓋層邊坡在地震、暴雨工況下穩定性變差，坡體可能失穩；鑒于水庫庫容較小，要求水庫岸坡必須穩定，以保證有效興利庫容，保證漢源新縣城、農村移民安置區生活和灌溉用水，因此對該段坡體必須進行治理。治理措施主要內容是抗滑樁、預應力錨索施工，并在坡體中部、上部各布置一條排水溝。

(2)大沖溝下游側覆蓋層邊坡，在高程1 540 m抗滑樁、預應力錨索施工完成以后，除高程1 592 m抗滑樁內側坡，因樁體施工需要進行了削坡處理，坡度約55°～65°，在暴雨作用下發生小垮塌外；坡體其他部位未發生垮塌變形現象，表部裂縫張開寬度也未繼續增加。在高程1 592 m抗滑樁、預應力錨索施工完成以后，對坡體提供了更加強有力地支護措施。經現場巡視，坡體再未發生垮塌變形現象，表部裂縫張開寬度也未繼續增加。宏觀分析判斷，坡體變形趨于穩定。

(3)在A5、A29、A35抗滑樁頂部各布置1個外部變形觀測墩，進行坡體變形監測。建議水庫運行期對邊坡加強巡視，并盡快啟動外部變形觀測墩監測工作，如發現變形異常，應及時采取相應處理措施。

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