魚塘水電站消力池邊坡治理

摘 要：魚塘水電站溢洪道消力池邊坡地質(zhì)條件差，在開挖時(shí)發(fā)生多次滑坡，本文主要介紹滑坡體的處理方案和處理過程，施工結(jié)果表明，采用削坡減載、預(yù)應(yīng)力錨索、錨樁、壓腳和排水等方法處理不穩(wěn)定邊坡可取得良好的效果。

關(guān)鍵詞：消力池滑坡體處理；削坡減載；預(yù)應(yīng)力錨索、錨樁；壓腳；

中圖分類號(hào)：D64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-05-00261-03

一、工程概況

魚塘水電站位于貴州省遵義市道真縣境內(nèi)，地處芙蓉江干流中游河段，壩址位于道真縣舊城鎮(zhèn)。工程樞紐主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、引水隧洞、地面廠房和露天升壓站組成?；炷撩姘宥咽瘔巫畲髩胃邽?5.0m，電站總裝機(jī)容量2×37.5MW。

岸邊式溢洪道緊靠左岸壩肩布置，由進(jìn)水渠、閘室、泄槽和消力池等部分組成。進(jìn)水渠渠底高程439.5m，閘室長33.366m，采用三孔單孔尺寸14.5m×16.0m（寬×高）的WES低實(shí)用堰，堰頂高程449.0m。泄槽為等寬矩形，凈寬51.5m，長120.0m。消力池開挖底板高程400.0m，池寬51.5m，池長130.0m。尾部設(shè)連續(xù)式尾坎，坎頂高程412.0m?？埠蠼?0m長混凝土及鋼筋石籠海漫。

二、地質(zhì)條件

消力池位于魚塘村附近峽谷出口左側(cè)由頁巖剝蝕形成的開闊地帶，起始樁號(hào)為溢0+082m～溢0+223.2m，地面高程410m～460m。消力池左邊坡為一平緩坡地，坡角100～250。原始地表覆蓋層為殘、坡積物，由粘土、粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化頁巖碎屑組成，厚度多小于7.0m，最厚達(dá)10.0m。

開挖揭露出消力池左邊坡地層由上游至下游（由老至新）依次為奧陶系上統(tǒng)五峰臨湘組（O3w+l）和志留系下統(tǒng)龍馬溪組（S1l） 頁巖。五峰臨湘組（O3w+l） 上部由炭質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)頁巖組成，厚8.6 m。該層巖體膠結(jié)性差，強(qiáng)度低，極破碎，層面光滑，受擠壓跡象明顯。志留系下統(tǒng)龍馬溪組（S1l）由灰至灰黑色鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)、炭質(zhì)、泥質(zhì)頁巖組成，厚403m。強(qiáng)風(fēng)化下限埋深5m～6m，弱風(fēng)化下限埋深12m～14m。龍馬溪組（S1l）和五峰臨湘組（O3w+l） 頁巖，易失水崩解，新鮮完整的巖體在空氣中暴露月余便崩解成形狀大小相近的魚鱗碎片，并且隨著時(shí)間的延長，在雨水和日曬的作用下逐漸軟化進(jìn)而泥化。

F38斷層從邊坡中部由坡腳向坡頂發(fā)育，產(chǎn)狀N700W，SW∠550，屬張扭性斷層，破碎帶度度0.5m～1.0m，斷層帶由巖石碎塊和次生泥充填，未膠結(jié)。斷層面平直光滑，附淺黃褐色次生物，手摸有滑感。斷層破碎帶及影響帶寬度隨深度的增加逐漸減小并尖滅。與F38斷層產(chǎn)狀一致或極相近的節(jié)理有4條（編號(hào)J1、J2、J3、J4、J5），間距10m～20m，產(chǎn)狀N700W，SW∠550，節(jié)理面平直光滑，延展深遠(yuǎn)，貫穿性強(qiáng)。邊坡還發(fā)育6條泥化夾層（f1、f2、f3、f4、f5、f6），夾層厚度除f2厚度達(dá)2cm～6cm外，其余均小于1cm，夾層物質(zhì)為灰黃色粘土和頁巖碎屑，濕潤或可塑，間距1.5m～15.0m。

消力池左邊坡巖層呈單斜狀態(tài)，基本產(chǎn)狀為N380W，NE∠320，傾向下游偏河床。

三、變形滑動(dòng)過程

消力池原設(shè)計(jì)最低開挖高程為高程398.0m，邊坡范圍為溢0+82～溢0+253。在高程415.0m設(shè)寬為2.0m的馬道，高程398.0m～高程415.0m開挖坡比為1：0.75，高程415以上開挖坡比為1：1～1：1.5，設(shè)計(jì)邊坡開口線最高處為高程445.0m，最大開挖邊坡高為45m。

消力池開挖分兩個(gè)階段進(jìn)行，截流前完成高程415m以上的開挖，截流后進(jìn)行高程398.0m～高程415.0m的開挖。由于高程398.0m～高程415.0m上、下游方向沒有條件修筑開挖出渣通道，決定先修筑高程415.0m馬道。2004年3月，高程415.0m馬道先從下游往上游開挖，施工道路基本形成后，由于修筑臨時(shí)施工道路造成邊坡切腳。4月8日邊坡首次出現(xiàn)了較大范圍的塌陷和開裂，變形范圍在樁號(hào)溢0+80～溢0+160，高程分布在415.0m～450.0m之間，上下游方向?qū)挒?0m。將開裂范圍內(nèi)的地表覆蓋層全部挖除，下部巖體未見開裂跡象。

開裂范圍內(nèi)的地表覆蓋層全部挖除后，5月30日壩區(qū)暴雨，高程415.0m～高程478.0m，溢0+82～溢0+120再次發(fā)生滑移，高程460.0m上壩公路被拉斷且下移約4.5m。

為了恢復(fù)高程460.0m的上壩公路，在高程439.0m布置了一底寬4.5m，高為5.0m，長為104.0m的混凝土擋土墻。擋土墻施工完成后，在內(nèi)側(cè)回填石碴，形成上壩公路并對(duì)其上部的覆蓋層進(jìn)行壓腳。高程415.0m～高程440.0m頁巖邊坡除采用掛網(wǎng)噴混凝土保護(hù)外，尚布置了Φ32錨樁，錨樁深為24.0m，間排距為4.0m。

2004年9月16日截流后，即對(duì)高程415.0m以下進(jìn)行開挖，當(dāng)溢0+80～溢0+120段開挖至高程410.0m時(shí)，高程439.0m混凝土重力式擋墻的垂直施工縫被拉開錯(cuò)動(dòng)約5cm，在擋墻的下部出現(xiàn)了水平裂縫，裂縫長約10m，上下側(cè)錯(cuò)臺(tái)約1cm。高程478.0m～510.0m范圍內(nèi)地表出現(xiàn)了裂隙，裂隙寬在1～5cm，后緣拉開約5～10cm。整個(gè)滑坡變形體大致垂直溢洪道軸線方向，水平長250m，面積28418.0m2。

四、變形滑動(dòng)機(jī)理

消力池左邊坡組成巖體中發(fā)育一組節(jié)理（J1、J2（F38）、J3、J4、J5）與一組泥化夾層（J1、J2、J3、J4、J5、J6）。泥化夾層除f2厚度達(dá)2cm～6cm外，其余均小于1cm，夾層物質(zhì)為灰黃色粘土和頁巖碎屑，濕潤或可塑。斷層F38以及與其性狀相近的4條節(jié)理面極平直光滑，延展深遠(yuǎn)，貫穿性強(qiáng)，表面附著黃褐色巖石風(fēng)化物，手摸有滑感，凝聚力極小，抗剪強(qiáng)度低。二者組合形成一系列楔形體，其交線傾向坡外，傾角140～150，邊坡變形滑移就是這種楔形體的變形滑移。

消力池左邊坡原地形較為平緩，地表巖體風(fēng)化破碎，并在開工之前局部發(fā)生過規(guī)模不大的泥石流，坡體穩(wěn)定性差，接近臨界平衡狀態(tài)。邊坡由高而低可劃分為牽引帶、滑動(dòng)帶和抗滑帶三部分。消力池開挖施工將坡腳巖土體逐漸挖除，即將邊坡的抗滑帶逐漸挖除，逐漸解除了邊坡抗滑力且在坡腳形成了邊坡可滑出的臨空面，從而導(dǎo)致邊坡滑動(dòng)帶和牽引帶的失穩(wěn)滑動(dòng)。

消力池開挖初期，由于開挖形成的邊坡高度不大，邊坡巖土體的變形主要發(fā)生于淺表層，物質(zhì)組成為地表覆蓋層及其下伏的強(qiáng)風(fēng)化頁巖，屬淺表層滑坡；隨著消力池開挖的進(jìn)一步深入，上述變形滑移體下部較深部位的巖體以由層面和反傾向陡傾角節(jié)理組合切割而成的楔形體沿其交線向河床滑移變形，邊坡的滑動(dòng)由地表覆蓋層發(fā)展為深層的巖體。由于巖體呈薄層狀結(jié)構(gòu)，層面裂隙發(fā)育，反傾向陡傾角節(jié)理延伸深遠(yuǎn)，因此，在不同深度均存在這種楔形體，而且，開挖深度越大這種楔形體的規(guī)模越大。滑動(dòng)巖層的厚度和滑坡體的規(guī)模受消力池基礎(chǔ)開挖深度的控制。

五、治理方案的選擇

消力池邊坡變形范圍與消力池對(duì)應(yīng)部位原設(shè)計(jì)開挖最低高程為398.0m，由于消力池邊坡滑移面受消力池基礎(chǔ)開挖深度的控制，隨著消力池基礎(chǔ)開挖施工的逐步加深，邊坡將在更深層次出現(xiàn)新的滑移面，滑坡體的規(guī)模也不斷增大。以398.00m高程為坡腳線，由層面與節(jié)理面組合切割而成的楔形體交線傾角150控制范圍內(nèi)的巖土體達(dá)46.3萬m3。

在滑坡體的中部460.0m高程有上壩公路通過，公路高程以下部分邊坡曾做過錨桿、錨樁支護(hù)，為保證上壩公路暢通還設(shè)計(jì)了混凝土擋墻保護(hù)公路路基。460.0m高程以上部分邊坡減載十分方便，上壩公路從坡腳通過，交通便利，只要在坡面上適當(dāng)修建一條簡易的場(chǎng)內(nèi)施工道路即可進(jìn)行削坡施工。另外，460.0m高程以上部分邊坡多為覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化頁巖，巖體強(qiáng)度低，直接可以用土方機(jī)械挖運(yùn)或少藥量爆破后就可挖運(yùn)，爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響很小。

460.0m高程以上削坡減載對(duì)降低剩余下滑力的效果是非常明顯的，減載后可以在很大程度上減少460.0m以下邊坡的錨固工作量，而且上部削坡減載和下部錨固施工可統(tǒng)籌安排，同時(shí)進(jìn)行。

消力池基礎(chǔ)在開挖施工之初，左邊坡開裂變形的巖土體僅限于地表的覆蓋層和其下伏一定深度的強(qiáng)風(fēng)化巖體，在邊坡上實(shí)施了錨桿、錨樁和掛鉛絲網(wǎng)噴護(hù)混凝土等加固措施，起到了一定的效果，但隨著消力池基礎(chǔ)的不斷下挖施工，邊坡的變形和滑移開始由淺表層向深層發(fā)展，錨桿、錨樁和掛鉛絲網(wǎng)噴護(hù)混凝土等措施就難以從根本上解決邊坡的穩(wěn)定問題了，要控制不斷向深層發(fā)展的邊坡變形，就必須用預(yù)應(yīng)力錨索穿過滑動(dòng)巖層，將抗滑力通過錨索傳遞到穩(wěn)定巖層。

由于受高程520.0m以上地形的限制和大規(guī)模爆破對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，消坡減載的方量有限，經(jīng)計(jì)算460.00m高程以上只能進(jìn)行12.4萬m3的削坡減載，滑坡體的剩余下滑力仍有20.7萬KN。由于邊坡巖體強(qiáng)度低，極易風(fēng)化崩解，治理?xiàng)l件非常有限，要提供20.7萬KN的錨固力難度很大，加之消力池基礎(chǔ)開挖又受邊坡治理的約束，2005年5月消力池必須達(dá)到泄洪的條件，錨固工程施工在工期上也無法保證。

為了確保2005年5月消力池達(dá)到泄洪的條件，減少邊坡滑動(dòng)楔形體的規(guī)模，加快滑坡體的治理進(jìn)度，經(jīng)溢洪道水工模型試驗(yàn)論證，采取了抬高消力池開挖建基面、預(yù)應(yīng)力錨索、削坡減載和壓腳等綜合治理方案。

六、治理方案的實(shí)施

（一）調(diào)整消力池結(jié)構(gòu)。消力池結(jié)構(gòu)調(diào)整分兩部分，其一將滑坡對(duì)應(yīng)部位的消力池底板建基面適當(dāng)抬高，通過加長消力池來彌補(bǔ)由于基礎(chǔ)抬高而削弱的消能效果。具體是將消力池0+73.9m～0+99 m建基面抬高8m，建基面高程抬高至407.0m，0+99 m～0+137 m為過渡段，抬高0～8m，建基面高程抬高至高程407.0m～高程400.0m，將消力池延長了50.8m。二是將消力池在平面上的30擴(kuò)散角取消采用等寬形式， 即將消力池出口寬度由72.38m調(diào)整為51.5m。消力池結(jié)構(gòu)調(diào)整后減少了基礎(chǔ)開挖深度和范圍， 大大縮小了邊坡楔形體的規(guī)模，這樣減少了邊坡治理的工作量和降低邊坡治理的難度，為邊坡治理創(chuàng)造了極為有利的條件。

（二）支護(hù)

1、預(yù)應(yīng)力錨索。在邊坡高程415.0m ～高程439.0m共布置11排1000KN粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索，錨索間排距4～6 m，深度為35～40m，共152束。每一排錨索的外錨墩用混凝土連系梁連接。

2、錨樁。高程415.0m～高程430.0m邊坡上共布置4排3Φ32錨樁，梅花形布置，間距8.0m，排距4.0m，L=24 m。

3、系統(tǒng)噴錨支護(hù)。在邊坡高程410.0m～高程439.0m進(jìn)行系統(tǒng)噴錨支護(hù)，支護(hù)參數(shù)：系統(tǒng)錨桿Φ28，L=9.0m，間排距3.0m，梅花形布置；噴混凝土C20，厚10cm；掛網(wǎng) 4@10cm×10cm。

（三）消坡減載。高程460.0m～高程500.0m進(jìn)行削坡減載，將變形體全部挖除，削坡坡比1：2.5，每15.0m高差設(shè)2.0m寬的馬道，減載方量為12.37萬m3。

（四）壓腳。消力池邊墻與邊坡間在高程415.0m以下回填石渣壓腳。

（五）排水。排水系統(tǒng)由排水溝和排水孔組成。削坡減載區(qū)馬道內(nèi)側(cè)砌筑漿砌石排水溝與邊坡周邊排水溝連通，將積水通過周邊排水溝排走。高程415.0m～高程439.0m設(shè)排水孔，排水孔直徑為φ50mm，孔深為1.0m，間排距3.0m，梅花形布置，外露10 cm，向外傾斜10o。處理方案于2004年9月份實(shí)施，2005年3月份結(jié)束?，F(xiàn)溢洪道除海漫未施工外土建及金結(jié)已全部施工完成并投入運(yùn)行。

七、邊坡安全監(jiān)測(cè)

消力池邊坡的位移變化主要通過布置在滑坡體內(nèi)的測(cè)斜孔、錨索測(cè)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)的測(cè)值變化來反映。

測(cè)斜孔：監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)在消力池邊坡EL415.0m～EL450.0m布設(shè)四個(gè)測(cè)斜孔，孔深在23.8m～37.5 m。由于治理邊坡施工時(shí)邊坡滑移明顯，測(cè)斜孔因邊坡滑動(dòng)而錯(cuò)位，各孔相繼出現(xiàn)堵孔。為及時(shí)地掌握邊坡的滑動(dòng)情況，在原孔附近重新造孔以恢復(fù)對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)。由于在重新造孔期間，邊坡正處于滑動(dòng)期，使得新安裝的測(cè)斜孔再次出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象。至5月中旬邊坡基本穩(wěn)定后，再在邊坡布置兩個(gè)具有代表性的測(cè)斜孔，以監(jiān)測(cè)大壩蓄水及運(yùn)行后邊坡的變化。兩個(gè)測(cè)斜孔的觀測(cè)成果表明，大壩蓄水后，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，無異常滑動(dòng)（圖1）。