亭子口水利樞紐大園包崩滑體穩(wěn)定性分析及工程治理措施

林向陽

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

1 崩滑體基本特征

1.1 地貌

大園包山體及附近第四系堆積為古滑坡堆積體,位于亭子口水利樞紐左壩肩，順河向長1160 m，東西寬200～360 m，為橫展型，面積約2.8×105m2，方量約5.6×106m3。崩滑體被左岸非溢流壩段切割成上、下游滑坡體。上滑體處在庫首段，靠近發(fā)電引水管口和泄洪沖沙底孔附近，其上布置有左灌渠渠首建筑物和左岸管理碼頭；下滑體處在發(fā)電廠房、進(jìn)廠公路、尾水渠及下游護(hù)岸左側(cè)。崩滑體地貌形態(tài)分明，后緣拉裂槽寬40～50 m，充填粘土及塊石，后壁為白堊紀(jì)砂巖與砂質(zhì)粘土巖組成的陡坡 （坡度大于30°），圈椅狀地形較為明顯；前緣為陡坡，高出嘉陵江枯水位40～90 m。

滑體表面總體為階梯狀平臺，寬20～35 m，最寬可達(dá)80 m，地形平緩，坡度5°～8°；滑體中部大園包孤立于平臺上，高出平臺約25 m；滑體后部內(nèi)側(cè)拉裂槽寬30～50 m。因后期破壞，滑體前部表現(xiàn)為沖溝與崩塌堆積大塊石和孤石，少數(shù)為整體位移的松動巖體相間分布。

崩滑體后緣山體530 m高程以上為一鞍狀山間凹地，集水面積約1.0 km2。雨季地表水匯集沿滑體后壁形成跌水，經(jīng)兩側(cè)沖溝排入嘉陵江。下游側(cè)沖溝規(guī)模較大，切深可達(dá)5 m。

1.2 物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)

崩滑體物質(zhì)組成可分為粘性土夾碎塊石 （A類）、塊石 （B類）和滑移松動巖體 （C類）3類。A類主要分布于崩滑體前緣及中、后緣的上部；B類主要分布于崩滑體中、后緣的下部；C類分布于大園包，前緣零星有少量分布。崩滑體總體上前緣薄，往中后部逐漸增厚，至后緣附近最厚。

1.3 滑帶

滑帶土為灰綠、紫紅、淺紅～黃灰色粘土，軟塑～可塑狀，含水量高或局部滲水，夾磨圓較好的砂巖及粘土巖角礫，厚0.2～1.5 m，滑帶底部斷續(xù)分布厚0.2～10 cm的泥，滑帶內(nèi)可見較多光面和擦痕，滑動方向 240°～245°。

1.4 水文地質(zhì)

崩滑體后緣匯水域面積約1×106m2。大量的地表水匯集使滑體地表水文網(wǎng)較發(fā)育，尤其是滑體兩側(cè)的沖溝切割深度較大，匯集并排泄地表水?；w內(nèi)沖溝、水塘、水田多見。

2 穩(wěn)定性評價

2.1 穩(wěn)定性計算

依據(jù)SL 386—2007《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》推薦的不平衡推力傳遞法，對崩滑體進(jìn)行穩(wěn)定性計算。土體物理力學(xué)指標(biāo)建議值見表1，穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

由表2可知，各工況穩(wěn)定系數(shù)均大于SL 386—2007規(guī)定取值，滑坡整體穩(wěn)定。與此同時，對崩滑體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，在內(nèi)聚力取10、12、14、16 kPa和 18 kPa，內(nèi)摩擦角取 8.5°、10.5°和12.5°時，其安全系數(shù)均大于1.15，滑體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 穩(wěn)定性評價

水工建筑物施工期間，崩滑體地段因地基開挖將形成一定高度的土質(zhì)邊坡。其中，左岸非溢流壩段開挖所涉及的崩滑體厚度約20 m，邊坡開挖改變了崩滑體一定范圍內(nèi)的地下水運移方向，使地下水集中向邊坡坡向匯集，并在外界因素 （如暴雨）的誘發(fā)下，極可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。就失穩(wěn)模式而言，邊坡將可能產(chǎn)生牽引式滑移，但不會整體失穩(wěn)。左岸廠房進(jìn)廠公路邊坡開挖對崩滑體下游區(qū)前緣形成切腳，改變了崩滑體前緣地下水運移方向，地下水集中向坡體前緣坡面匯集，水力坡降增大，在暴雨的誘發(fā)下，有可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)；由于前緣切腳，崩滑體整體抗滑力減小，對其整體穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。此外，根據(jù)施工總布置設(shè)計，施工期間下滑體前緣將部分作為砂石堆料場，砂石堆料的前緣壓載作用，對崩滑體整體穩(wěn)定有利，但對前緣局部穩(wěn)定卻產(chǎn)生不利影響。

由于崩滑體緊靠樞紐，人類工程活動頻繁，若取土切坡或修建構(gòu)筑物使其前緣形成臨空面、施工棄土堆填不當(dāng)?shù)龋伎赡苷T發(fā)滑坡體的失穩(wěn)，其失穩(wěn)模式以滑體前緣發(fā)生變形，產(chǎn)生牽引式的溯源破壞為初始特征。

水庫運行期間，壩上游部分受庫水位周期性漲落的影響，穩(wěn)定狀態(tài)將發(fā)生變化，需采取工程措施；由于大壩壩基及兩岸山體設(shè)有防滲帷幕，避免庫水繞壩滲漏，因此崩滑體下游區(qū)受庫水位影響較小，其穩(wěn)定性主要受工程活動、崩滑體地表荷載及地下水等因素影響。由于現(xiàn)有的穩(wěn)定條件被破壞，也應(yīng)采取工程處理措施。

表1 土體物理力學(xué)指標(biāo)建議值

表2 穩(wěn)定性計算結(jié)果

3 崩滑體工程防護(hù)措施

根據(jù)崩滑體穩(wěn)定性分析結(jié)果，同時考慮崩滑體地表外荷載分布情況，對崩滑體采取如下治理措施:上滑體被淹沒坡面修整后采用預(yù)制混凝土塊護(hù)坡。下滑體下伏基巖內(nèi)布置 “兩縱三橫”地下排水洞排水，上游段前緣按1∶2坡比放緩，坡面采用混凝土格構(gòu)錨支護(hù)；下游段前緣坡腳設(shè)置混凝土抗滑擋墻支擋加固，墻后采用碎石土回填，回填區(qū)表面采用預(yù)制混凝土格構(gòu)支護(hù)。崩滑體表面布置地表排水溝。

3.1 上滑體

為保護(hù)水下崩滑體坡面水位變幅區(qū)不被庫水淘刷，根據(jù)波浪壓力計算結(jié)果，對上滑體464 m高程以下坡面進(jìn)行修整，修整坡比為1∶8～1∶9。修筑后坡面采用邊長30 cm、厚15 cm的預(yù)制六邊形混凝土塊支護(hù)；其下依次鋪設(shè)碎石墊層 （厚10 cm、粒徑5～40 mm）、粗砂墊層 （厚5 cm）及土工布。

3.2 下滑體

3.2.1 上游段前緣

上游段 （近壩200 m范圍內(nèi)）崩滑體前緣分級削放緩坡，每級坡高8 m，坡比為1∶2，馬道寬2 m。坡面自下而上依次鋪設(shè)60 cm厚的粘土隔水層、塑料格柵及混凝土格構(gòu)錨進(jìn)行支護(hù)?；炷粮駱?gòu)為矩形，長×寬為2.5 m×2.5 m，格構(gòu)梁斷面寬×高為30 cm×40 cm，格構(gòu)梁交叉部位設(shè)φ28錨桿，長度根據(jù)崩滑體厚度確定，一般6～18 m。格構(gòu)框內(nèi)植草固土，格構(gòu)頂部與坡頂截水溝銜接。坡面淺表層設(shè)φ56、深6 m、間距2.5 m×2.5 m的排水孔進(jìn)行孔內(nèi)保護(hù)，材料為塑料濾水管外包工業(yè)過濾布。坡腳設(shè)高1.5 m、頂寬0.5 m、底寬1.3 m的混凝土趾墻，墻面坡比1∶0.5，墻背直立。為確保墻體穩(wěn)定，根據(jù)墻基巖體條件適當(dāng)布設(shè)φ28基礎(chǔ)插筋，插筋入巖深度3 m；墻后設(shè)厚30 cm、粒徑2～5 cm的反濾碎石層；墻體預(yù)埋φ76、間距2.5 m的PVC管作為排水孔。趾墻與廠房左側(cè)邊坡開口線之間設(shè)寬2 m的馬道。

3.2.2 下游段

左岸進(jìn)廠公路施工開挖導(dǎo)致下滑體前緣切腳，同時施工期下滑體下游段砂石堆料使前緣局部發(fā)生失穩(wěn)。根據(jù)砂石系統(tǒng)堆載需要，下滑體下游段前緣采取擋墻進(jìn)行支護(hù)，擋墻設(shè)計取天然地下水 （相當(dāng)于75%飽和地下水）和飽和地下水中不利工況作為設(shè)計工況。

根據(jù)GB 50330—2002《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計擋墻支擋力取局部穩(wěn)定剩余下滑推力和土壓力的較大值，擋墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取1.3，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)取1.6?；w前緣采用混凝土抗滑擋墻支擋，A區(qū)和B區(qū)擋墻高8～9 m，C區(qū)6～7 m，高度可根據(jù)崩滑體前緣開挖坡高適當(dāng)調(diào)整。墻頂寬1 m，墻面坡度1∶0.55，墻背上部直立，下部設(shè)一衡重臺。墻基設(shè)2排3根φ32、排距2 m、樁長16.5 m、深入基巖15 m的錨筋樁。為確保墻體穩(wěn)定，根據(jù)墻基巖體條件，可適當(dāng)布設(shè)φ28和φ32基礎(chǔ)插筋，入巖長度分別為3 m和5 m。墻后設(shè)厚30 cm、粒徑2～5 cm的反濾碎石層。墻體內(nèi)預(yù)埋φ76、間距2.5 m的PVC管作為排水孔。擋墻與開挖坡面間采用碎石土回填。其中，B區(qū)擋墻后回填區(qū)表面坡比為1∶3，表面鋪設(shè)厚60 cm的粘土隔水層、塑料格柵及1.0 m×1.0 m（長×寬）的菱形預(yù)制混凝土格構(gòu)，格構(gòu)主梁斷面寬×高為25 cm×20 cm，次梁為20 cm×20 cm。格構(gòu)框內(nèi)植草固土，格構(gòu)頂部與坡頂截水溝銜接。C區(qū)擋墻后碎石土回填至墻頂高程，與成品堆料場相接，回填區(qū)表面澆筑厚15 cm的混凝土保護(hù)層。

由于下滑體下游段支擋結(jié)構(gòu)是根據(jù)砂石系統(tǒng)布置情況設(shè)計的，故在施工中嚴(yán)格控制了砂石堆料范圍及堆料高度，嚴(yán)禁堆料超高，同時加強(qiáng)了對該段坡體變形監(jiān)測，避免了滑體失穩(wěn)。

3.3 地下排水系統(tǒng)

地下排水系統(tǒng)由地下排水洞及洞內(nèi)排水孔 （仰孔）組成。下滑體下伏基巖內(nèi)設(shè) “兩縱三橫”地下排水洞。其中，后緣山體側(cè)設(shè)一縱向排水洞和排水孔幕，以攔截山體補(bǔ)給的地下水；在距滑體前緣約200 m的滯水豐厚處，另設(shè)一縱向排水洞和排水孔幕，主要攔截和降低滑體內(nèi)的地下水位。為疏排洞內(nèi)匯水，在縱向排水洞下游末端設(shè)一橫向排水洞；同時，在崩滑體較厚的大園包附近設(shè)兩橫向排水洞和排水孔幕，并與兩縱向排水洞相連通。排水洞凈斷面尺寸2.0 m×2.5 m，城門洞形，總長1731 m。地質(zhì)條件好的洞段采用6 cm厚的素噴混凝土支護(hù)，局部地質(zhì)條件較差的洞段采用30 cm厚的鋼筋混凝土襯砌或噴錨支護(hù)。噴錨支護(hù)混凝土噴厚為12 cm，采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)目為8 cm×12 cm；掛網(wǎng)錨桿采用φ25、長2 m的砂漿錨桿，錨桿間距1.5 m。洞底底板厚30 cm，兩側(cè)設(shè)排水溝，斷面為15 cm×15 cm。

滑體中部 （距前緣150 m左右）至后緣區(qū)域滑體厚度較大，地下排水洞內(nèi)排水孔型式采用Ⅰ型，即在洞頂鉆設(shè)兩排仰孔，深度平均為25 m、φ91、孔距2.5 m。兩側(cè)洞壁各設(shè)1排輔助淺排水孔，深1 m、φ56、孔距3 m?；w中部至前緣區(qū)域滑體厚度較小，排水孔型式采用Ⅱ型，即在地表沿洞軸線鉆設(shè)1排垂直孔，孔深平均約為23 m、φ91、孔距1.5 m。地表孔口采用砂漿封堵，封堵長度3 m。排水孔全孔采用塑料濾水管外包工業(yè)過濾布進(jìn)行孔內(nèi)保護(hù)。

3.4 地表排水系統(tǒng)

根據(jù)崩滑體的地形地貌，在距滑體邊界3～5 m外設(shè)周邊截水溝，攔截崩滑體后緣的地表匯水。截水溝為底寬1.0 m、頂寬2.0 m、深1.0 m的梯形斷面，溝壁厚0.3 m，采用C20混凝土澆筑。截水溝依地形開挖設(shè)置，兩邊沿崩滑體外側(cè)下延與3號公路涵管連接并匯入河床。截水溝溝底平順，坡比不小于1%，兩側(cè)較陡處設(shè)置臺階式跌水。

結(jié)合崩滑體地表天然沖溝及低洼地、池塘等，修建樹狀地表排水系統(tǒng)，排水溝為底寬0.3 m、頂寬0.7 m、深0.4 m的梯形斷面，溝壁厚0.2 m，采用C20混凝土澆筑。

3.5 進(jìn)廠公路邊坡

進(jìn)廠公路左側(cè)邊坡分四級開挖，每級開挖坡高為 7～15 m，開挖坡比為 1∶67～1∶0.72，馬道寬度一般2.0 m?？紤]到崩滑體治理工程中地下排水洞的施工，第二級馬道寬度取6 m。為提高邊坡表層松動帶的整體性，加固邊坡淺部卸荷裂隙分割塊體，同時兼顧坡面掛網(wǎng)的要求，在邊坡表面布設(shè)系統(tǒng)錨桿。

根據(jù)開挖坡比和卸荷帶深度，上部兩級邊坡坡頂布置2排φ28、長15 m的鎖口砂漿錨桿，坡面布置φ28、長12 m的支護(hù)砂漿 （兼掛網(wǎng)）錨桿，錨桿間距2.5 m×2.5 m；下部兩級邊坡坡頂布置2排φ28、長12.0 m的鎖口砂漿錨桿，坡面布置φ28、長9.0 m的支護(hù)砂漿 （兼掛網(wǎng)）錨桿，錨桿間距為2.5 m×2.5 m，梅花形布置。錨桿均為全長粘結(jié)砂漿錨桿。為防止巖體進(jìn)一步風(fēng)化和減少入滲，邊坡表面采用機(jī)編鍍鋅鐵絲網(wǎng)掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)措施，網(wǎng)目 8 cm×12 cm，混凝土噴厚 10 cm。 坡面設(shè) φ56、排距2.5 m×2.5 m、仰角10°、深 3.0 m的排水孔，排水孔邊坡坡腳處2排排水孔深12.0 m，以疏排邊坡淺表層基巖滲水。排水孔在穿過地質(zhì)缺陷、強(qiáng)風(fēng)化巖體的孔段，視具體情況采取孔內(nèi)保護(hù)，材料為塑料濾水管外包工業(yè)過濾布。各級馬道上設(shè)寬×深為0.3 m×0.2 m的排水溝，坡腳設(shè)1.0 m×1.0 m的排水溝，排水溝與坡面排水溝相連。

4 崩滑體監(jiān)測

4.1 監(jiān)測布置

在大園包選取5個觀測斷面，共布設(shè)19個水平位移測點、19個垂直位移測點、8支多點位移計和13個測斜孔，以觀測邊坡變形。在左岸纜機(jī)平臺上布設(shè)2個監(jiān)測斷面，共計布設(shè)4個水平位移測點、4個垂直位移測點、4個測斜孔。

4.2 檢查內(nèi)容

（1）開挖坡面及平硐內(nèi)巖體有無擠壓、錯動、松動和鼓出。

（2）表面裂縫出現(xiàn)的位置、規(guī)模、延伸方向及變化情況，斷層出露處上、下盤有無錯動。

（3）坡面有無異常的升降變形和滑動，其發(fā)生的時間、位置、形態(tài)、幅度。

（4）局部楔形體有無滑動跡象。

（5）塌方或滑坡發(fā)生的時間、位置、形態(tài)及體積等。

（6）地表截流溝及排水溝是否通暢，排水系統(tǒng)是否正常，滲水量及渾濁度有無變化。

（7）地下水露頭變化情況及物化特征。

（8）安全監(jiān)測設(shè)施的完好程度，有無受到爆破或其他人為的損壞。

5 結(jié) 語

（1）崩滑體前緣部分因左岸非溢流壩段、廠房及進(jìn)廠公路布置削坡切腳施工，采取噴錨、擋墻、格構(gòu)支護(hù)及排水孔措施后，滑帶無滑移剪出跡象。

（2）下滑體下伏基巖內(nèi)的 “兩縱三橫”地下排水洞、地表后緣外側(cè)環(huán)向截水溝及滑體地表樹狀排水溝有效降低地下水位和減少地表水下滲。

（3）崩滑體各部設(shè)計安裝的安全監(jiān)測儀器均能有效監(jiān)測崩滑體表層、深層滑移及地下水位情況。監(jiān)測結(jié)果表明，施工期大園包崩滑體比較穩(wěn)定，但運行期受環(huán)境因素改變影響，建議加強(qiáng)對監(jiān)測儀器的日常維護(hù)，及時整編分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，掌握變化趨勢。對支護(hù)及排水設(shè)施進(jìn)行定期巡視檢查，定期清理、疏通。若出現(xiàn)滑移剪出跡象時，要及時進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固或除險加固。

［1］梅鳳翔.工程力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2003.

［2］劉漢東，姜彤.巖土力學(xué)［M］.鄭州:黃河水利出版社，2012.

［3］殷世華.巖土工程安全監(jiān)測手冊 （第二版）［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［4］王克生，羅森，王輝文.亭子口水利樞紐工程大園包崩滑體綜合治理施工綜述［J］. 水力發(fā)電，2009，35（10）: 35-36.

［5］盧增木，劉權(quán)慶，鄒德兵.大園包崩滑體前緣變形及穩(wěn)定性分析［J］. 土工基礎(chǔ)，2013（6）: 32-33，37.