葛岙水庫緩傾角結構面深層抗滑穩定分析及處理

顧浩欽　周雪梅　沈翔　郭素真　陳迪輝

摘 要：本文以葛岙水庫工程為例，描述了主壩河床15#～17#壩段壩基開挖揭露的緩傾角結構面產狀、走向等，并詳細分析了計算條件及參數，然后采用規范推薦的等安全系數法進行計算分析。根據計算成果，提出了一些進一步確保壩體安全穩定性的緩傾角結構面處理措施，以期為類似壩基地質情況的重力壩工程提供參考。

關鍵詞：重力壩;緩傾角結構面;深層抗滑穩定;等安全系數;雙滑動面

中圖分類號：TV223文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）15-0056-03

Abstract： Taking the ge'ao reservoir project as an example， this paper described the occurrence and trend of the gently inclined structural plane exposed by the dam foundation excavation of the riverbed 15#～17# dam section of the main dam， analyzed the calculation conditions and parameters in detail， and then used the equal safety factor method recommended by the code for calculation and analysis. According to the calculation results， some treatment measures of gently inclined structural plane to further ensure the safety and stability of the dam body were put forward， in order to provide reference for gravity dam projects with similar dam foundation geological conditions.

Keywords： gravity dam;lowly inclined structure faces;deep anti sliding stability;equal safety factor;double sliding surface

1 工程概況

葛岙水庫工程位于寧波市奉化區尚田鎮，是一座以防洪為主，結合供水、灌溉、生態等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫流域面積為38.50 km2，設計洪水標準50年一遇，校核洪水標準2 000年一遇。水庫樞紐工程主要由攔河壩（包括主壩和副壩）、泄水建筑物、放空建筑物和輸水建筑物等組成。水庫正常蓄水位62.00 m，設計洪水位65.31 m，校核洪水位66.33 m，總庫容4 095.00萬m3。大壩壩型為常態混凝土重力壩，主壩長343.00 m，最大壩高47.50 m，副壩長212.00 m，最大壩高37.50 m。

2 緩傾角結構面性狀分析

2.1 主壩右岸河床壩段壩基現場情況

2020年上半年，葛岙水庫主壩右岸河床壩段（15#～17#壩段）建基面開挖過程中，發現壩基巖體結構面較發育，斷層及節理較多，壩基范圍內揭露f5—f12等8處斷層破碎帶，其中6處為陡傾角結構面，2處（f10、f11斷層）為緩傾角結構面[1]。主壩15#～17#壩段建基面揭露斷層分布位置如圖1所示。

2.2 緩傾角結構面產狀

f10斷層主要揭露于主壩15#壩段建基面，延伸較長，交錯于斷層f7、f9。主要產狀為N5°E/SE∠30°，與斷層f11走向近平行，局部面扭曲，緩傾角傾向主壩下游右側。該斷層充填強風化狀硬質凝灰巖，局部充填少量泥質巖屑。斷層f10緩傾角結構面抗剪斷（抗剪）強度參數建議值：抗剪斷摩擦系數[f]=0.50，抗剪斷凝聚力[C]=0.10MPa，抗剪摩擦系數[f]=0.40。

f11斷層揭露于主壩15#、16#壩段建基面，延伸較長，交錯于斷層f5、f7。主要產狀是N10°E/SE∠20°，為緩傾角結構面，與斷層f10走向近平行，局部面扭曲，緩傾角傾向主壩下游右側。f11斷層主要充填強風化狀硬質凝灰巖，與斷層f5交錯處充填巖屑夾泥質，斷層周圍巖體較破碎;在壩下0+009處往上游方向揭露長約15.00 m，揭露厚10.00～50.00 cm，主要充填巖塊巖屑，局部較破碎。

為推測f11斷層在主壩16#壩段下的延伸情況，在主壩16#壩段布置了4個鉆孔。根據現場鉆孔回水顏色變化及進尺快慢情況，推測f11斷層在主壩16#～17#壩段下確有延伸，鉆孔內揭露厚度為0.50～1.30 m，傾角約20°，推測斷層f11在主壩16#壩段下的影響帶厚度為0.47～1.22 m。

3 緩傾角結構面深層抗滑穩定分析

主壩右岸河床壩段建基面現狀揭露的f10、f11斷層為緩傾角結構面，為確保主壩壩體穩定，需要復核驗算其所在壩段的壩體深層抗滑穩定情況。

3.1 深層抗滑穩定計算方法

根據《混凝土重力壩設計規范》（SL 319—2018）[2]附錄C，按抗剪斷強度采用等安全系數法計算的重力壩深層抗滑穩定分析方法如下。雙滑面為常見情況，如圖2所示。

按抗剪斷強度公式計算的重力壩深層抗滑穩定安全系數不應小于規定值，即基本組合不小于3.00，特殊組合1不小于2.50，特殊組合2不小于2.30。

3.2 深層抗滑穩定計算參數

主壩右岸河床壩段壩基緩傾角結構面f10、f11斷層總體分布于15#壩段及其右岸壩基。根據施工現場f10、f11斷層開挖揭露及地質鉆孔探明情況，物理力學指標如表1所示。

根據地質勘察成果，在15#～17#壩段深層抗滑穩定分析過程中，可通過計算斷面壩基建基面高程，進行15#～17#壩段下游側滑出面（最不利的破裂面）位于壩基中巖層位置（弱風化～微風化）的判別。對現場壩基開挖揭露巖層進行分析可知，15#～16#壩段計算斷面下游側滑出面位于壩基微風化巖層，17#壩段計算斷面下游側滑出面大部分位于壩基微風化巖層，僅表層1.5～3.5 m深度范圍位于弱風化巖層。下游側滑出面的計算參數按此原則選取。

3.3 主壩壩基深層抗滑穩定分析

主壩15#～17#壩段壩基深層抗滑穩定分析的滑動模式均為雙滑面模式，即上游以f10、f11斷層為底滑面，剪斷下游巖體，使壩體帶動巖層，并沿著巖層面從壩趾后方剪出。鑒于壩體斷面范圍外下游巖層內部節理情況不明，計算中下游滑出面通過試算方式選擇一條最不利的破裂面（在滑出面與水平面成不同夾角的情況，分別用等安全系數法計算出不同的深層抗滑穩定安全系數，直至出現最小值），從而最終確實計算斷面壩體深層抗滑穩定最小安全系數，與規范要求的允許值對比分析[3]。

本次分別對主壩15#壩段樁號0+223斷面受f10斷層影響，16#壩段樁號0+229斷面受f10、f11斷層影響，16#壩段樁號0+238斷面受f11斷層影響，17#壩段樁號0+239斷面受f11斷層影響，17#壩段樁號0+253斷面受f11斷層影響的深層抗滑穩定安全系數進行計算分析，并同時就基本組合工況的兩種工況（正常蓄水位工況1、設計洪水位工況2）、特殊組合1的三種工況（校核洪水位工況3、施工完建期工況4、正常蓄水位+排水失效工況5）進行計算，計算分析成果詳見表2。

根據施工地質描述分析，斷層f10、f11傾向下游及右岸，往主壩下游及右岸壩肩處斷層埋深逐漸加深。上述計算結果表明，主壩15#～17#壩段受緩傾角結構面影響，在基本組合和特殊組合1的5種工況下，深層抗滑穩定安全系數均能滿足規范要求，但16#壩段局部安全富余較小。

4 緩傾角結構面處理方案

結合現狀，擬采取相應措施，進一步確保壩體的安全穩定性，具體論述如下[4]。

第一，f10、f11斷層在15#～16#壩段建基面的揭露處，采用混凝土塞截斷處理，并在混凝土塞前端，掏挖局部緩傾角結構面破碎巖體，掏挖進尺0.3～0.5 m，并用C25混凝土回填。

第二，因主壩右岸河床壩段壩基斷層較多，根據規范要求，調整原施工圖壩基固結灌漿孔排距、孔距，同時增加對斷層破碎帶的針對性固結灌漿（可采用定點固結灌漿的方式，根據施工單位對斷層槽挖后的現場測量結果，布置定點固結灌漿孔位置）。

第三，主壩右岸河床壩段壩基f8～f11斷層為順水流方向，且貫穿于主壩15#～17#壩段的上下游，為進一步阻斷順水流方向斷層引起的壩基滲透水流，降低壩基揚壓力，在原施工圖壩基灌漿排水廊道布置的單排帷幕灌漿（主帷幕灌漿）基礎上，再增設一排帷幕灌漿（副帷幕灌漿），增設的副帷幕灌漿位于主帷幕灌漿下游側1.0 m處，孔距2.0 m，范圍為f9斷層左側3～5 m，右側以切斷f11斷層淺部面，與主帷幕灌漿孔之間呈梅花形布置，深度為其上游側主帷幕灌漿孔的0.65倍（但孔底高程不得高于相對不透水層界限）。

第四，在主壩壩基灌漿及排水廊道下游側增設副排水孔，設置范圍為15#～17#順水流向斷層影響范圍處。副排水孔與主排水孔在同一中心線上，于主排水孔中間布置，孔距2.5 m，傾向下游20°。副排水孔孔深深入緩傾角結構面斷層破碎帶以下不小于1.0 m，穿過斷層破碎帶的排水孔，應采取相應的保護措施。

第五，因壩基斷層開挖，主壩15#、16#壩段下游側下挖較深，最低處已達10.8 m。斷層混凝土塞回填完成后，對其進行C9025W6F50大體積混凝土回填處理，并采取相應的光滑基巖面鑿毛、陡傾角基巖面錨桿及接觸灌漿設置等措施。大體積混凝土回填完成后，頂部鋪設鋼筋網一層（Φ28@300 mm×300 mm）再澆筑壩基混凝土。

5 結語

本文以寧波奉化區葛岙水庫工程為例，介紹了主壩河床15#～17#壩段建基面開挖揭露斷層情況，并詳細描述了f10、f11兩條緩傾角結構面的產狀、走向等。然后采用重力壩深層抗滑穩定計算分析的等安全系數法（按抗剪斷強度），計算分析了受其影響的各壩段深層抗滑穩定安全系數。結果表明，15#～17#壩段深層抗滑穩定安全系數均能滿足規范要求，但16#壩段局部安全富余較小。本文最后提出了一些進一步確保壩體穩定安全性的緩傾角結構面處理措施，以期為類似壩基地質情況的重力壩工程提供參考。

參考文獻：

[1]寧波市水利水電規劃設計研究院.寧波奉化區葛岙水庫工程初步設計報告（報批稿）[R].寧波：寧波市水利水電規劃設計研究院，2020.

[2]中華人民共和國水利部.混凝土重力壩設計規范：SL 319—2018[S].北京：中國水利水電出版社，2018.

[3]林繼鏞.水工建筑物[M].5版.北京：中國水利水電出版社，2009：12.

[4]韓健，盧玲，包芬芬.對重力壩設計深層抗滑穩定分析的探討[J].中國水運，2014（1）：309-311.