某水電站壩址兩岸崩坡積體工程問題分析及處理措施

王飛龍

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西 南昌 330025)

1 工程及地質(zhì)概況

某水電站壩址樞紐由攔河壩、1#、2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔泄洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、生態(tài)基流引水洞及其廠房等主要建筑物組成，工程總庫容22.51億m3，最大壩高164.3 m。根據(jù)地形地層及構(gòu)造特征，庫區(qū)處于中山區(qū)“V”形峽谷段，兩岸大部分基巖裸露，巖石以灰?guī)r、砂巖、砂礫巖等硬質(zhì)巖為主，呈中、厚層狀，巖層走向與河谷斜交，自然坡度40°～70°，局部80°～90°。根據(jù)地表調(diào)查，壩址兩岸坡腳及大沖溝底分布有規(guī)模不等的崩坡積及沖洪積物，施工中因施工及外部條件干擾可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)而影響大壩、相鄰溢洪道及泄洪隧洞結(jié)構(gòu)安全，也可能因壩址兩岸產(chǎn)生滑坡而導(dǎo)致建筑物破壞，進(jìn)行影響工程質(zhì)量。為防止施工中安全隱患及工程事故發(fā)生，本文將通過地質(zhì)勘查和物理力學(xué)試驗(yàn)進(jìn)一步了解崩坡積及沖洪積物物理力學(xué)特性及對壩址兩岸建筑物影響情況，并提出相應(yīng)的工程措施。

2 壩址崩坡積物物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘查，壩址兩岸坡腳及大沖溝底分布有規(guī)模不等的崩坡積體，范圍較大的有二塊(BPT1、BPT2)，崩坡積體BPT1分布于右岸坡下游與3#沖溝交匯部位，據(jù)鉆孔揭露，最大厚度42.8 m左右；崩坡積體BPT2分布于壩軸線附近坡腳處，厚度7 m～23 m。呈扇狀分布，估算總方量約130萬m3。在壩軸線兩岸坡腳及左岸隧洞出口等均有崩坡積物塊碎石層分布，崩坡積體BPT1、BPT2分布位置見圖1、圖2，由勘探成果繪制典型地質(zhì)剖面見圖3。

圖1 右岸崩坡積體分布位置立體圖

圖2 右岸崩坡積體分布位置

對崩坡積體物工程特性進(jìn)行了初步查明，共完成鉆孔8個(gè)，探槽10個(gè)，各類土工試驗(yàn)10組，大型壓縮試驗(yàn)6組。據(jù)鉆孔揭露，右岸崩坡積體最大厚度42.8 m，估算總方量約130萬m3。表部探槽取樣，試驗(yàn)成果見表1、表2，大型壓縮試驗(yàn)e-p曲線見圖4。

表1 壩址區(qū)崩坡積物顆粒大小分析試驗(yàn)成果匯總表

表2 壩址區(qū)崩坡積物物理力學(xué)性試驗(yàn)成果匯總表

圖4 壩址崩坡積物大型壓縮試驗(yàn)e-P關(guān)系曲線

BPT1、BPT2崩坡積體主要由含土塊碎石組成，局部含孤石，以棱角或次棱角狀為主，碎塊石巖性以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，肉眼可見局部有架空結(jié)構(gòu)。由試驗(yàn)成果表1和表2可知[1-2]，直徑≥5 mm顆粒含量在51%～90%之間，不均勻系數(shù)Cu=9.7～708.3，曲率系數(shù)Cc=2.8～58，顆粒級(jí)配不良，干密度為2.01 g/cm3～2.14 g/cm3，飽和狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度為：φ=37°～38°，咬合力c=25 kPa～30 kPa，滲透系數(shù)k=1.1×10-3cm/s～6.8×10-3cm/s，屬中等透水土層。

由試驗(yàn)成果表3可知，崩坡積含土塊碎石在1200 kPa壓力下的壓縮系數(shù)平均值0.024 MPa-1，壓縮模量平均值55.66 MPa，表明該土層具較高的強(qiáng)度和低壓縮性[3]，據(jù)鉆孔波速測試成果表3，崩坡積體地表以下11 m～15 m范圍內(nèi)縱波波速為556 m/s～878 m/s，剪切波速140 m/s～342 m/s；15 m以下為1150 m/s～1300 m/s，剪切波速340 m/s～504 m/s。

表3 右岸崩坡積物鉆孔波速測試成果匯總表

據(jù)鉆孔重力觸探成果表4，其4 m以下?lián)魯?shù)多在12～30擊之間，變化較大，其結(jié)構(gòu)多為松散～中密狀態(tài)，個(gè)別呈密實(shí)狀態(tài)，表現(xiàn)出其結(jié)構(gòu)極為不均一性。

表4 崩坡積體鉆孔圓錐超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)成果匯總表

目前勘探試驗(yàn)成果分析表明，該崩坡積體有作為壩體基礎(chǔ)利用的可能，但考慮到崩坡積物分布不均勻，局部具架空結(jié)構(gòu)層，且試驗(yàn)取樣主要在淺表層。由試驗(yàn)成果結(jié)合經(jīng)驗(yàn)類比[4]，提出壩址區(qū)崩坡積層物理力學(xué)地質(zhì)建議值見表5。

表5 壩址區(qū)崩坡積層物理力學(xué)地質(zhì)建議值表

3 崩坡積處理措施

壩體右岸后段坡腳處分布二處崩坡積體BPT1、BPT2，合計(jì)總方量約130萬m3。崩坡積體主要由含土塊碎石組成，局部含孤石，肉眼可見局部有架空結(jié)構(gòu)，根據(jù)崩坡積體的地形、地質(zhì)條件及物理力學(xué)試驗(yàn)分析，擬定以下幾個(gè)處理方案進(jìn)行方案比選[5]，具體方案比選見表6。

表6 崩坡積體處理具體方案比選

經(jīng)過3種方案綜合分析比較，推薦采用方案三(錨索抗滑樁+框格梁錨索)對壩址兩岸崩坡積體BPT1、BPT2進(jìn)行加固處理，對小崩坡積體進(jìn)行清除處理，抗滑樁設(shè)置時(shí)樁位在斷面選擇上應(yīng)設(shè)在滑坡體較薄、錨固段地基強(qiáng)度較高的地段，本工程在高程1765.00 m處設(shè)置1排錨索抗滑樁。具體措施是：

(1)清除掉架空、掉塊孤石后沿崩坡積體，沿壩址兩岸大壩外輪廓線周邊設(shè)置截水溝，沿坡體表面每隔80 m布設(shè)橫排水溝，并與周邊截水溝連接起來，邊坡坡面設(shè)Φ91 mm排水孔，間距為2.5 m×3 m，孔深不小于10 m，局部孔根據(jù)崩坡積體實(shí)際厚度加深。

(2)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框格梁支護(hù)，框格梁縱、橫向間距均為6.0 m，橫梁和縱梁橫截面尺寸均為50 cm×60 cm。設(shè)計(jì)錨索為6束Φ15.2 mm鋼絞線，按照每孔錨索可承受T=900 kN的設(shè)計(jì)拉力，超張拉15%鎖定。

(3)在下游壩址1765.00 m位置布置1排抗滑樁，抗滑樁斷面均為3 m×4 m，同時(shí)預(yù)列5束2000 kN樁頂預(yù)應(yīng)力錨索135根。

4 結(jié)論

本文根據(jù)崩坡積體物理力學(xué)試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)，分析崩坡積體的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)組成，以及其物理力學(xué)性能，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行崩坡積體處理方案比選，選擇出適于本工程的崩坡積體處理措施，工程已于2019年12月完工，監(jiān)測表明，目前壩體下游兩岸邊坡整體穩(wěn)定，崩坡積體的成功處理，對后續(xù)類似工程的崩坡積體特性研究和處理方法有一定的參考意義。