清江水庫庫內(nèi)松散體處理方式研究

付躍明

（永州市水利水電勘測設(shè)計院，湖北 永州 425100）

清江水庫庫內(nèi)松散體處理方式研究

付躍明

（永州市水利水電勘測設(shè)計院，湖北 永州 425100）

針對清江水庫庫內(nèi)松散體，結(jié)合水庫基本情況、地質(zhì)條件與松散體概況，采用“削坡+壓腳體”方法對松散體進(jìn)行處理，經(jīng)計算分析得出此處理方法切實可行，能使邊坡前緣最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論。

清江水庫；庫內(nèi)松散體；處理方式

清江水庫位于瀟水水系，開發(fā)方式為：在瀟水三級支流（萌渚水二級支流、洪河一級支流）清江河中上游的源口村修建水庫，為大石橋鄉(xiāng)和白芒營鎮(zhèn)兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的1506.7hm2耕地提供灌溉用水，同時為大石橋鄉(xiāng)及附近居民日供水500 t，是一座以灌溉為主，結(jié)合鄉(xiāng)村供水等綜合利用的小（一）型水利工程?，F(xiàn)針對本水庫庫內(nèi)松散體，探討有效處理方式。

1 水庫概況

清江水庫位于清江河中上游的源口村境內(nèi)，距江華縣縣城42km，壩址以上控制流域面積17.38km2，水庫正常蓄水位428.40m，正常庫容424.3萬m3，30年一遇設(shè)計洪水位429.74m，相應(yīng)庫容 457.7萬 m3，300年一遇校核洪水位為430.11m，水庫總庫容 467.1萬 m3，最大壩高58.80m。工程等級為Ⅳ等?。ㄒ唬┬凸こ蹋饕ㄖ餅榛炷疗鍪且缌鲏?、溢流壩和灌溉、沖砂用塔式進(jìn)水口，按4級建筑物設(shè)計。

2 地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔勘探揭露，形成松散體主要原因是坡崩積堆積，巖性由上至下依次為含碎石粉質(zhì)粘土和含粘土碎塊石，巖性特點見表1。松散體的厚度最大值為24m，鉆孔位置松散體厚23m，總體積106.5 ×104m3。

從結(jié)構(gòu)上看，上部有大量粘粒，碎塊石含量相對較低，中部與下部的碎塊石含量不斷變大，底部達(dá)到最大，為60% ～65%。結(jié)合地表調(diào)查結(jié)果，塊石直徑最大為1.0m，大部分保持在5.0～30cm范圍內(nèi)，局部可見架空。庫內(nèi)松散體和基巖面之間的接觸帶，其巖性主要是含碎石粘土，所含碎石的粒徑大多較小，含量為10%～20%。

表1 巖性特點

庫岸基巖主要有石英砂巖、砂巖、粉砂巖夾頁巖等，據(jù)勘探巖性為軟硬相間，巖層為單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀在 N30°～45°E.NW∠18°～26°范圍內(nèi)， 巖層主要傾向于下游的右岸，產(chǎn)狀不屬于順層，但岸坡上地形較為陡峭，邊坡體為松散結(jié)構(gòu)，而且沖溝上還可見產(chǎn)狀為 N35°E.SE∠65°的 F6斷層，屬規(guī)模一般的正斷層?，F(xiàn)階段此邊坡尚且穩(wěn)定，但蓄水后有發(fā)生失穩(wěn)的可能。

3 松散體處理

3.1 松散體概況

庫內(nèi)松散體（雞公祖松散巖體邊坡）主要處于水庫的右岸，松散體前緣和壩線間距為280m，順河寬100m，松散體前端已經(jīng)進(jìn)入河床387m高程以下，松散體后緣的高程為500m，中部460m范圍內(nèi)地形較為平緩，前緣與后緣之間有213m高差，縱向長度為370m，坡度均值為19°，呈中間厚兩端薄，下游還可見切割深度為20～25m的沖溝，方向為213°，邊坡表面植被良好。通過調(diào)查可知，現(xiàn)階段松散體附近與周邊未見變形跡象，邊坡后緣無開裂表現(xiàn)，樹木挺拔直立，說明雞公祖松散體邊坡暫且穩(wěn)定。

結(jié)合鉆孔勘探及地表測繪，庫內(nèi)松散體由含粘土碎塊石構(gòu)成，其最大直徑可以達(dá)到1.0m，局部為架空狀態(tài)，庫岸基巖主要有石英砂巖、砂巖、粉砂巖夾頁巖等。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)階段雞公祖松散巖體邊坡穩(wěn)定，并且擁有一定安全余度，但其前緣的穩(wěn)定性相對較差，在水庫蓄水后，隨水位不斷抬高，松散體前緣有可能出現(xiàn)崩塌解體和滑坡現(xiàn)象。由于大壩與松散體距離較近，如果出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，則會危及大壩安全。

3.2 加固措施

3.2.1 削坡設(shè)計

對松散體邊坡前緣進(jìn)行削坡減載處理，削坡范圍從邊坡前緣420.00m高程向上，按1∶2的邊坡進(jìn)行削坡，每10m高差設(shè)一2m寬減載平臺，共分為3級邊坡、2級平臺。減載平臺的內(nèi)側(cè)設(shè)有0.3m×0.4m排水溝，采用漿砌紅磚砌筑，用于及時排除坡面匯水。邊坡的兩側(cè)和底部均設(shè)置排洪溝，采用0.5m×0.6m混凝土梯形斷面，現(xiàn)澆20cm厚C20混凝土。為防止雨水對坡面的沖刷及庫水位升降對坡面的掏刷破壞，對430.00m平臺以下坡面采用混凝土預(yù)制六角塊進(jìn)行護(hù)坡處理，混凝土六角塊厚為10cm，邊長為25cm，混凝土塊下設(shè)一層15cm厚的中砂墊層，護(hù)坡混凝土塊每隔2.5m設(shè)一排水孔，排水孔呈梅花型布置，同時加設(shè)反濾層。430.00m高程以上削坡減載坡面使用草皮護(hù)坡。

3.2.2 壓腳體設(shè)計

方案一：抗滑樁。沿明渠內(nèi)外部距離明渠2～3m的范圍內(nèi)設(shè)置φ1400抗滑樁，樁深為15～20m，澆筑C25混凝土，基巖內(nèi)深度在樁長1/3以上，同排抗滑樁在樁頂部位設(shè)置40 cm×80cm縱連系梁。

方案二：壓腳體。壓腳體布置在松散體突出前緣的正下方，頂寬15m，頂部高程 405.00m，高18.6m，上、下游邊坡坡比均為1∶2，上、下游邊坡各設(shè)有一2m寬平臺，上游側(cè)平臺高程為396.00m，下游側(cè)平臺高程為395.00m。壓腳體全部利用壩基開挖的石料進(jìn)行回填，回填壓實后其相對密度不小于0.75。為防止空庫蓄水時壓腳體前后水位相差過大對下游邊坡造成沖刷破壞，在壓腳體下部預(yù)埋兩根φ150cm的預(yù)制混凝土管，使壓腳體上、下游保持水流通暢。

考慮到方案二可直接利用壩基開挖棄料，無需額外棄渣場，滿足本水庫不設(shè)置大型棄渣場的要求，且相比方案一占用耕地的面積較小，加固效果突出，經(jīng)濟(jì)合理，故將壓腳體作為本水庫松散體處理方案。

3.3 前緣穩(wěn)定性復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程邊坡工程地質(zhì)勘察規(guī)程》（DL/T5337-2006）7.4.1條規(guī)定，雞公祖松散巖體邊坡為4級邊坡，其最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足以下要求：

工況一：正常蓄水位情況：Fs≥1.05～1.15，穩(wěn)定計算簡圖如圖1所示。

圖1 正常蓄水位穩(wěn)定計算簡圖

工況二：校核洪水位速降至死水位情況及暴雨工況：Fs≥1.05～1.10，穩(wěn)定計算簡圖如圖2所示。

圖2 校核洪水位速降至死水位穩(wěn)定計算簡圖

Fs即最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，可用如下函數(shù)表示：

式中，（x0，y0）-滑弧圓心坐標(biāo)，m；R-滑弧半徑，m；γ-土體密度，kN/m3；c-粘聚力，kPa；φ-內(nèi)摩擦角，°。

前緣穩(wěn)定性復(fù)核即對以上兩種工況進(jìn)行松散體前緣穩(wěn)定計算。

根據(jù)地勘分析成果，邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)見表2。

表2 松散體邊坡穩(wěn)定性計算物理力學(xué)參數(shù)

在此基礎(chǔ)上，借助《北京理正巖土軟件》進(jìn)行松散體邊坡穩(wěn)定性計算，計算成果見表3。

表3 松散體邊坡穩(wěn)定性計算成果表

從上述計算結(jié)果中可以看出，若只對邊坡進(jìn)行削減部分坡面處理，在工況二中，即校核洪水位速降至死水位時，邊坡的前緣有發(fā)生解體滑塌的危險。而在采取壓腳措施之后，邊坡前緣最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可以達(dá)到1.052（該工況計算簡圖如圖3所示），符合相關(guān)規(guī)范的要求，說明此方法切實可行。

圖3 削坡結(jié)合壓腳處理后邊坡穩(wěn)定計算簡圖

4 結(jié)論

（1）清江水庫是一座以灌溉為主，結(jié)合鄉(xiāng)村供水等綜合利用的?。ㄒ唬┬退こ獭靸?nèi)松散體即雞公祖松散巖體邊坡，雖現(xiàn)狀穩(wěn)定性良好，但蓄水后其前緣穩(wěn)定性下滑明顯，且與大壩間距較近，產(chǎn)生滑動后將直接危及大壩安全，亟需采取有效措施處理。

（2）針對雞公祖松散巖體邊坡實際情況，現(xiàn)采用“削坡+壓腳體”方案加固邊坡，并輔以預(yù)制混凝土管預(yù)埋和植被防護(hù)措施，以確保邊坡穩(wěn)定性，特別是預(yù)防邊坡前緣失穩(wěn)。該加固主要具有以下特點：可對壩基開挖棄料加以利用，解決了水庫缺乏棄渣場的缺陷，極大的降低了耕地資源的占用，降低項目投資。

（3）通過松散體邊坡穩(wěn)定性物理力學(xué)參數(shù)計算得出，僅使用削坡措施在部分工況仍有可能發(fā)生滑塌，而在聯(lián)合應(yīng)用壓腳措施后，邊坡前緣的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可以達(dá)到1.052，穩(wěn)定性良好。

［1］楊倩.基于EFDC的密云水庫水環(huán)境及應(yīng)急處理模型研究［D］.中國地質(zhì)大學(xué)，2014.

［2］張慶惠.萬家溝水庫泥沙處理方式的探討［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報，2015（03）：249-259.

［3］夏井泉，唐翊，陳志.高填方路基邊坡穩(wěn)定性分析的方法比較［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015（06）.

［4］鄒國勝.小型水庫除險加固設(shè)計方案與施工技術(shù)探討［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2016（08）.

［5］劉大群.姚家山電站輸水隧洞進(jìn)口邊坡穩(wěn)定性分析與抗剪洞加固措施［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2017（01）.

［6］徐鎮(zhèn)南，鄧志華.基于BISHOP法的某水利工程滑坡穩(wěn)定性計算研究及評價［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2016（08）.

TV62

B

1672-2469（2017）10-0153-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.043

2017-04-13

付躍明（1976年-），男，工程師。