希尼爾水庫進(jìn)水渠邊坡變形及處理措施

劉鵬飛

（新疆塔里木河流域希尼爾水庫管理局，新疆 庫爾勒 841000）

1 工程概況

希尼爾水庫地理位置在于新疆孔雀河流域庫爾勒市境內(nèi)，南北分別與尉犁縣城和庫爾勒市區(qū)相距27km和20km，東西和庫魯克塔格山及尉犁縣西尼爾鎮(zhèn)及紅旗機(jī)械廠相接。地理坐標(biāo)東經(jīng)86°13～86°18，北緯41°33～41°38。

溢洪道進(jìn)水渠邊坡滑坡體前緣部分邊坡段經(jīng)過開挖后作為庫區(qū)公路使用，溢洪道進(jìn)口引水渠位于公路外側(cè)；其余邊坡前緣均為村莊。該滑坡體產(chǎn)生的原因主要在于早期巖石重力失穩(wěn)，并呈扇形分布，屬于推移式厚層巖滑坡類型。滑坡體前后緣寬320m和70m，縱向長270m，厚14～43m，體積約為198萬m3，高程為124～196m，巖體主要為碎裂結(jié)構(gòu)。安全鑒定和現(xiàn)場地勘結(jié)果顯示，該滑坡體當(dāng)前比較穩(wěn)定，如遇外部條件變化，則會引發(fā)其沿底部軟弱層滑動，造成較大危害，為此必須對該滑坡體進(jìn)行加固治理。

根據(jù)地勘資料，該滑坡體主要由灰?guī)r和紅色頁巖組成，巖層向山內(nèi)傾斜190°～205°，灰?guī)r巖塊直徑10～20cm。滑動面主要為頁巖，且滑坡后緣經(jīng)不斷剝蝕后目前已經(jīng)成為平滑斜坡，滑坡前緣經(jīng)人工開挖后較為平緩。從開挖剖面看，滑坡體在溢洪道進(jìn)水渠上游滑動方向?yàn)?4°，但根據(jù)其巖層產(chǎn)狀、形態(tài)及地貌等分析，其滑動方向?yàn)?2°～50°，由此可以推測，此滑坡體下部曾經(jīng)發(fā)生過次級滑動。希尼爾水庫進(jìn)水渠邊坡夾層及巖性指標(biāo)詳見表1。

表1 水庫進(jìn)水渠邊坡夾層及巖體指標(biāo)表

2 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定分析

采用剛體極限平衡法進(jìn)行該水庫溢洪道進(jìn)水渠邊坡穩(wěn)定性分析，該方法工程應(yīng)用廣泛，能進(jìn)行巖土體邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的準(zhǔn)確評價(jià)。希尼爾水庫進(jìn)水渠巖質(zhì)邊坡滑移面大多為軟弱結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生直線型、折線型等形式的破壞面，為此，必須根據(jù)結(jié)構(gòu)面形態(tài)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析。

根據(jù)對希尼爾水庫現(xiàn)狀滑坡體實(shí)際情況的分析，滑坡體曾經(jīng)發(fā)生過滑動，目前暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，為準(zhǔn)確確定滑裂面抗剪強(qiáng)度，應(yīng)進(jìn)行滑坡體主滑帶抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反演，并以最深且最具危險(xiǎn)性的溢洪道進(jìn)水渠段邊坡變形體上典型斷面進(jìn)行分析，具體見圖1。在反演過程中必須保持主滑動帶凝聚力C’=10kPa，進(jìn)行抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.00 時(shí)滑坡體達(dá)到極限平衡狀態(tài)模擬及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φ’計(jì)算；反演分析基本剖面應(yīng)選擇溢洪道進(jìn)水渠邊坡滑坡體主滑動方向，在分析過程中老滑坡體后緣張裂，巖土抗剪強(qiáng)度取0，滑坡體主滑動帶抗剪強(qiáng)度反演結(jié)果詳見表2。

圖1 溢洪道進(jìn)水渠段邊坡變形體上典型斷面圖

表2 滑坡體主滑動帶抗剪強(qiáng)度反演結(jié)果表

對滑坡體主滑動帶抗剪強(qiáng)度的反演分析結(jié)果是地質(zhì)形態(tài)和地層巖性的綜合體現(xiàn)，當(dāng)主滑動帶高度、內(nèi)摩擦角和凝聚力取值不同，會產(chǎn)生不同的法向有效應(yīng)力，對應(yīng)的邊坡巖體抗剪強(qiáng)度不同，最終導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度差異。根據(jù)反演結(jié)果，水庫溢洪道進(jìn)水渠邊坡主滑動剖面反演參數(shù)差異較大，將反演結(jié)果與地質(zhì)建議值代入抗剪強(qiáng)度公式后進(jìn)行比較，2-2斷面參數(shù)和地質(zhì)試驗(yàn)值較為接近，2b-2b斷面反演結(jié)果過于冒進(jìn)，為此，本水庫滑坡體主滑動帶抗剪強(qiáng)度取地質(zhì)建議值下限，即12.70°。基于反演結(jié)果，應(yīng)用EMU巖土邊坡穩(wěn)定分析軟件中的Sarma算法，假定主滑動體側(cè)面和底面均達(dá)到極限平衡狀態(tài)，根據(jù)靜力平衡條件可得到極限狀態(tài)下臨界加速度、抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)Kc及安全系數(shù)。

3 邊坡治理

3.1 治理方案

方案1：全預(yù)應(yīng)力錨索加固。沿邊坡走向按4m間距布置單根1000kN級錨索，考慮到主滑動面滑移向和溢洪道進(jìn)水渠邊坡走向存在一定夾角，而錨索傾向平行于邊坡傾向，所以預(yù)應(yīng)力作用力確定時(shí)應(yīng)考慮0.67（sin40°）的折減系數(shù)。通過分析，為使邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范值，主滑動面應(yīng)布置60根預(yù)應(yīng)力錨索，進(jìn)水渠和漸變段以內(nèi)邊坡施加1250根鬧所。該方案投資約3500萬元，本水庫進(jìn)水渠邊坡加固段面積有限，故錨索布置難度大，對主體工程施工有阻礙影響。此方案加固后溢洪道進(jìn)水渠邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果詳見表3。

表3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

方案2：抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固。在高程235.10m及245.60m平臺分別設(shè)置1排直徑2.00m、間距4.00m的抗滑樁，并在各樁樁頂增設(shè)1根1500kN預(yù)應(yīng)力錨索，在高程245.60m平臺以上邊坡面增設(shè)25根1000kN預(yù)應(yīng)力錨索，并沿著坡面等間距設(shè)置。根據(jù)抗滑樁及預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置數(shù)量，本方案投資金額約為4000萬元，因加固邊坡面積有限，所以錨索的布置難度較大；在抗滑樁布置時(shí)還應(yīng)搭建臨時(shí)施工平臺，由于施工所用機(jī)械設(shè)備重量大，故會使邊坡豎向載荷值增大，不利于邊坡穩(wěn)定。此方案加固后溢洪道進(jìn)水渠邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果詳見表4。

表4 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

方案3：明挖卸荷。結(jié)合該水庫溢洪道進(jìn)水渠開挖揭露地質(zhì)情況，邊坡變形主要表現(xiàn)為順層間泥化發(fā)育夾層的滑動，滑動面傾斜角度陡峭，必須順最大滑移面開挖卸荷。在高程235.10m及235.60m平臺向里到滑移面最大值處起坡開挖，設(shè)計(jì)開挖比為1：1.75，并在各級邊坡頂部增設(shè)寬度3m馬道，高程235.60m以上按照1：1.50 ～1：1.75 開挖比削坡。在完成開挖后邊坡高度最大應(yīng)達(dá)到55m。在該方案下卸荷過程基本沿軟弱層面進(jìn)行，開挖結(jié)束后邊坡整體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)表5中的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，卸荷后邊坡潛在滑移體穩(wěn)定安全系數(shù)符合規(guī)范要求，此后僅需進(jìn)行常規(guī)性噴錨支護(hù)。該處置方案總開挖量12.76 萬m3，造價(jià)約875萬元。

表5 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

經(jīng)過對以上三個(gè)方案的綜合比較發(fā)現(xiàn)，方案3施工便捷、工期短且投資少，方案1和方案2投資大，且施工過程復(fù)雜，為此，本水庫溢洪道進(jìn)水渠邊坡變形及滑移體、滑移面治理選用方案3，即明挖卸荷方案。

3.2 應(yīng)急處理

考慮到本水庫溢洪道進(jìn)水渠邊坡已經(jīng)發(fā)生開裂變形，在未采取措施治理前，應(yīng)當(dāng)對采用頂部寬25m、高8.00 ～21.00m、外側(cè)邊坡1：1.50 的壓腳體對進(jìn)水渠及漸變段邊坡設(shè)計(jì)高程以下進(jìn)行渣料開挖和壓腳處理。壓腳體鋪筑厚度60cm/層，并通過26t振動碾進(jìn)行2遍靜壓。同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行邊坡頂部卸荷處理，通過明挖方式挖除設(shè)計(jì)高程以上滑移體，為避免滑移體外部荷載值增大，開挖過程所產(chǎn)生的渣料不應(yīng)在滑移體上堆積。

4 結(jié)論

綜上所述，巖質(zhì)邊坡節(jié)理裂隙組合對邊坡內(nèi)部造成切割，使巖層向破外傾斜是巖質(zhì)邊坡產(chǎn)生滑動變形的前提條件，而層間發(fā)育軟弱夾層的存在則是加速塊體滑移變形的潤滑劑。希尼爾水庫溢洪道進(jìn)水渠邊坡滑移加固處理結(jié)果表明，對于巖質(zhì)高大邊坡及較深且陡峭的滑移面，下滑力較大，采用抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索加固的措施顯然不經(jīng)濟(jì)，而對滑移面卸荷處理反而能取得較好的效果。希尼爾水庫溢洪道進(jìn)水渠邊坡滑移體明挖載荷施工于2020年4月初結(jié)束，經(jīng)過1個(gè)雨季的運(yùn)行與觀測，邊坡滑移變形已經(jīng)完全停止，表明本工程所采用的明挖卸荷處理措施在處治層間泥化夾層發(fā)育的沿層滑移變形十分適用。