尾抗阻滑在重力壩中的應(yīng)用

楊世武，楊浩秋

(貴州省黔東南州水利電力勘察設(shè)計(jì)院，貴州 凱里 556000)

1 工程概況

1.1 獨(dú)洞水庫(kù)

獨(dú)洞水庫(kù)位于貴州省從江縣東北部，水庫(kù)總庫(kù)容1285萬(wàn)m3，水庫(kù)工程規(guī)模屬中型，工程等別為Ⅲ等。正常蓄水位464.00m。大壩為砌石重力壩，壩軸線長(zhǎng)182.7m，最大壩高58.00m，壩底最大寬度51.5m，壩底高程為415.00m，壩頂高程467.83m。水庫(kù)正常高水位464.00m，設(shè)計(jì)洪水位466.06m，校核洪水位466.90m。大壩上游442.40m高程以上垂直、442.40m高程以下設(shè)1∶0.20的折坡；非溢流壩段下游壩坡1∶0.85，溢流壩段下游直坡段坡比為1∶0.90。

1.2 楓樹(shù)屯水庫(kù)

楓樹(shù)屯水庫(kù)位于貴州省黎平縣境內(nèi)，總庫(kù)容1414萬(wàn)m3，工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模屬中型。正常蓄水位557.00m。大壩為混凝土砌毛石重力壩，壩軸線長(zhǎng)142m，最大壩高43.00m，壩底最大寬度33.60m，壩底高程為518.00m，壩頂高程為561.00m；非溢流壩段上游壩面鉛直，下游壩面557.0m高程以上鉛直、以下坡比為1∶0.80；溢流壩段凈寬20.00m，為自由溢流，下游壩坡1∶0.8。

2 壩基地質(zhì)條件

2.1 獨(dú)洞水庫(kù)

從江縣獨(dú)洞水庫(kù)壩址左岸及河床基巖為含礫砂質(zhì)泥巖，右岸基巖為長(zhǎng)石石英砂巖；巖層產(chǎn)狀為，左岸為291°∠6°、右岸為287°∠10°；發(fā)育一條順河向斷層穿過(guò)壩址，斷層帶寬5-15m，影響帶寬20-40m，破碎帶糜棱化明顯，結(jié)構(gòu)致密、透水性差；另一條斷層斜穿過(guò)河谷，并在壩基下游錯(cuò)斷順河向斷層。壩基在左岸和河床受構(gòu)造影響部位，巖體軟弱破碎，存在地質(zhì)缺陷，該段壩基巖體為弱風(fēng)化巖體、巖體質(zhì)量為BIV。其計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 壩基抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)取值表

2.2 楓樹(shù)屯水庫(kù)

楓樹(shù)屯水庫(kù)壩址處基巖為含礫砂巖，傾向320°-330°∠50-60°，傾下游偏左岸。臨河床段的兩壩肩在525.00m高程處存在一條緩傾裂隙面，右壩肩處產(chǎn)狀為220°∠4°，左壩肩處產(chǎn)狀為55°∠3°。該裂隙面較光滑平直，大部分閉合，局部段存在泥夾碎屑至碎屑夾泥物質(zhì)，自上游延伸至下游貫穿整個(gè)基坑，傾向河床。河床右側(cè)發(fā)育有產(chǎn)狀為340°∠70°的陡傾裂隙面，緩傾裂隙面高程以下巖體質(zhì)量為BIII。其巖體及結(jié)構(gòu)面參數(shù)見(jiàn)表2。

3 處理前抗滑穩(wěn)定計(jì)算情況

3.1 獨(dú)洞水庫(kù)

表2 楓樹(shù)屯水庫(kù)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)表

表3 壩基抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.2 楓樹(shù)屯水庫(kù)

經(jīng)計(jì)算，楓樹(shù)屯水庫(kù)大壩壩基的淺層、表層及壩肩抗滑穩(wěn)定滿足要求，緩傾裂隙面控制的深層抗滑穩(wěn)定是壩基穩(wěn)定的主要問(wèn)題。

由于河床右側(cè)發(fā)育有產(chǎn)狀為340°∠70°的陡傾裂隙面，深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算分別采用單一的平面滑動(dòng)模式和陡傾裂隙面組合的滑動(dòng)模式。深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法采用《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL25(2006)附錄E等安全系數(shù)法，計(jì)算公式采用采用抗剪斷計(jì)算公式。計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2楓樹(shù)屯水庫(kù)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)表。

計(jì)算公式為：

(1)

計(jì)算公式為：

(2)

楓樹(shù)屯水庫(kù)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表，見(jiàn)表4[1]。

表4 楓樹(shù)屯水庫(kù)深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

4 工程處理措施及穩(wěn)定復(fù)核情況

4.1 工程處理措施

1)獨(dú)洞水庫(kù)：

由于獨(dú)洞水庫(kù)部分壩段的壩基淺層抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)中采取利用尾抗阻滑的工程措施處理，將該部分壩基抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求的壩段壩趾處開(kāi)挖后形成的“三角形區(qū)域”采用回填混凝土，使壩趾與下游巖體形成整體后，壩基抗滑穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求。

2)楓樹(shù)屯水庫(kù)：

設(shè)計(jì)中采用尾抗阻滑措施處理壩基深層抗滑穩(wěn)定，經(jīng)計(jì)算，當(dāng)大壩下游尾抗體頂部高程達(dá)到538.00m時(shí)，壩基深層抗滑穩(wěn)定就能滿足規(guī)范要求。為安全起見(jiàn)，施工圖設(shè)計(jì)中將下游壩趾處基礎(chǔ)開(kāi)挖形成的“三角形區(qū)”采用混凝土砌毛石回填至540.00m高程，使之與下游巖體形成整體，并有一定的安全裕度。

4.2 穩(wěn)定復(fù)核

處理后計(jì)算簡(jiǎn)圖及計(jì)算方法：

采用《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄E等安全系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式采用采用抗剪斷公式，公式見(jiàn)文章第3章節(jié)的公式1和公式2。

經(jīng)復(fù)核兩個(gè)水庫(kù)大壩均滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

圖1 尾抗阻滑計(jì)算簡(jiǎn)圖

5 效 益

根據(jù)地質(zhì)條件，該兩個(gè)項(xiàng)目在方案比選時(shí)，獨(dú)洞考慮了深挖或加大壩體斷面方案；楓樹(shù)屯考慮了預(yù)應(yīng)力錨索方案。針對(duì)該部分處理從投資、工期及施工難易程度進(jìn)行了方案比選，經(jīng)比較，尾抗方案有明顯的優(yōu)勢(shì)。具體見(jiàn)表5。

表5 方案比選表

6 監(jiān)測(cè)、蓄水及驗(yàn)收情況

6.1 監(jiān)測(cè)情況

1)獨(dú)洞水庫(kù)：

外部變形觀測(cè)：大壩水平位移、垂直位移均不明顯；末次觀測(cè)，大壩水平位移，上下游方向最大變化量為3.4mm，位移值變化幅度最大變量為7.7mm；左右岸方向最大變化量為5.5mm；大壩壩頂最大垂直位移變化量為1.06mm，位移值變化幅度最大變量為7.7mm。上述變化量均較小，表明目前大壩運(yùn)行正常。

縫隙監(jiān)測(cè)：基礎(chǔ)結(jié)合縫測(cè)縫計(jì)最大張開(kāi)值0.165mm，最大閉合值-0.136mm，開(kāi)合變化范圍0.301mm。壩體與基巖結(jié)合面呈微量壓縮。壩體結(jié)構(gòu)縫開(kāi)合位移監(jiān)測(cè)的3支測(cè)縫計(jì)，最大張開(kāi)值0.079mm，最小閉合值-0.069mm，開(kāi)合范圍0.147 mm。監(jiān)測(cè)成果變化趨勢(shì)線的延伸性態(tài)較平滑均勻，未出現(xiàn)異常波動(dòng)變化。

左壩肩內(nèi)部變形：巖體內(nèi)部水平位移變幅最大值為5.192mm，變化趨勢(shì)線的延伸性態(tài)較平滑，變形量無(wú)異常突顯變化。巖體內(nèi)部垂直位移上下游Y向單點(diǎn)最大值為：0.00628mm，最大變幅0.00924mm。變化呈現(xiàn)向左岸和下游方向蠕變，變化進(jìn)程較緩。

巡視檢查：經(jīng)對(duì)壩體及壩肩邊坡各區(qū)域定期進(jìn)行例行巡視檢查，巡查中各部位未發(fā)現(xiàn)異常情況。

2)楓樹(shù)屯水庫(kù)：

水平位移：壩頂各測(cè)點(diǎn)上下游方向最大位移在3.80mm-6.07mm之間，變幅在 2.90mm-5.27mm之間。壩頂上下游方向水平位移與氣溫?zé)o明顯相關(guān)性，主要隨庫(kù)水位上升表現(xiàn)為向下游位移趨勢(shì)，但整體位移量級(jí)及變化量均不大，大壩變形基本正常。

垂直位移：壩頂各測(cè)點(diǎn)最大垂直位移、累積垂直位移，壩頂垂直位移正常。

縫隙監(jiān)測(cè)：右壩段橫縫基本處于閉合狀態(tài)，總體隨壩體溫度的升高呈閉合趨勢(shì)，反之呈張開(kāi)趨勢(shì)，基本上符合規(guī)律。實(shí)測(cè)最大閉合位移分別為-1.84mm、-0.95mm，最大變幅分別為 1.95mm、0.89mm。結(jié)合巡視檢查壩體下游壩面未見(jiàn)明顯滲水現(xiàn)象，壩體橫縫止水運(yùn)行狀態(tài)較好，縫隙變形工作性態(tài)正常。

綜上所述，蓄水后楓樹(shù)屯水庫(kù)大壩各有效監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)值穩(wěn)定、工作正常，觀測(cè)精度滿足規(guī)范要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)有效。觀測(cè)成果分析認(rèn)為：壩頂水平及垂直累積位移、滲流、壩體縫隙及溫度等均未見(jiàn)異常變化，現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查除左、右岸下游護(hù)坡局部零星滲水點(diǎn)外，其余未見(jiàn)異常現(xiàn)象。大壩工作性態(tài)穩(wěn)定，運(yùn)行工況正常。

6.2 蓄水及竣工驗(yàn)收情況

1)獨(dú)洞水庫(kù)：

2012年9月大壩建成，2013年1月完成蓄水驗(yàn)收，2013年4月開(kāi)始下閘蓄水，2019年12月完成竣工驗(yàn)收，正常下閘蓄水運(yùn)行。自2013年4月蓄水至2022年4月，已安全運(yùn)行9年。

2)楓樹(shù)屯水庫(kù)：

2013年4月大壩建成，2013年12月完成蓄水驗(yàn)收，2014年3月開(kāi)始下閘蓄水，2021年12月完成竣工驗(yàn)收，正常下閘蓄水運(yùn)行。自2014年3月蓄水至2022年4月，已安全運(yùn)行8年。

7 結(jié) 語(yǔ)

江縣獨(dú)洞水庫(kù)、黎平縣楓樹(shù)屯水庫(kù)壩基抗滑穩(wěn)定處理成功，證明了利用尾抗阻滑措施可有效地處理重力壩穩(wěn)定問(wèn)題。尾抗阻滑工程措施方法相對(duì)簡(jiǎn)單，能明顯提高壩基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；與深挖+加大壩體斷面及采預(yù)應(yīng)錨索方案比較，能節(jié)約工程投資、節(jié)約工期，是處理壩基深層抗滑穩(wěn)定比較實(shí)用的方法。

壩基下游面巖體較好的情況下，尾抗阻滑可以處兩方面的抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，①若部分壩段壩基地基條件較差，而導(dǎo)致重力壩壩基抗滑穩(wěn)定不滿足要求；②若部分壩段存在緩傾結(jié)構(gòu)面，而導(dǎo)致重力壩壩基深層抗滑穩(wěn)定不滿足要求。