黃家灣水利樞紐工程溢洪道邊坡穩(wěn)定分析與評(píng)價(jià)

吳　波，代承勇，卓國(guó)鋒

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1　概　述

黃家灣水利樞紐工程大壩位于紫云縣板當(dāng)鎮(zhèn)格凸河上游黃家灣河道上，壩型為面板堆石壩，水庫(kù)正常蓄水位1055 m，總庫(kù)容1.57×109m3。該工程是以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水，農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合發(fā)電等功能的大(2)型綜合性水利樞紐工程。

溢洪道沿左岸坡布置，為岸邊正槽式溢洪道，由進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、消能段4部分組成[1]，開挖后溢洪道兩側(cè)邊坡為斜向坡，左側(cè)邊坡最大高度約60 m，右側(cè)邊坡按設(shè)計(jì)清除1059 m高程以上坡體后，最大高度約28 m。

溢洪道開挖邊坡高，邊坡結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且距離大壩及其他水工構(gòu)筑物較近，施工中降雨、水庫(kù)蓄水后對(duì)水工建筑物安全構(gòu)成威脅，故針對(duì)溢洪道開挖邊坡的穩(wěn)定性作專題研究。

2　溢洪道邊坡工程地質(zhì)條件

2.1　基本地質(zhì)條件

工程區(qū)左岸自然邊坡地形坡度25°～40°，總體為斜向巖質(zhì)邊坡，穩(wěn)定性較好。溢洪道沿左岸坡布置，溢流凈寬20～28 m，堰頂高程1045 m，地表高程990～1084 m，相對(duì)高差94 m。

溢洪道開挖后，形成以人類活動(dòng)為主導(dǎo)的工程邊坡。溢洪道左右側(cè)邊坡總體為斜向坡，左側(cè)邊坡最大高度約60 m，右側(cè)邊坡最大高度約28 m，每10 m高差設(shè)置一級(jí)馬道。溢洪道工程邊坡上部為第四系殘坡積的粉質(zhì)黏土夾碎石的土質(zhì)邊坡，下部為各種結(jié)構(gòu)面切割的巖質(zhì)邊坡。

2.2　邊坡構(gòu)造及結(jié)構(gòu)面

溢洪道邊坡位于江洞溝倒轉(zhuǎn)向斜東翼近核部，未發(fā)現(xiàn)大斷層。巖層倒轉(zhuǎn)，陡傾上游略偏左岸，據(jù)地表地質(zhì)測(cè)繪及工程區(qū)開挖揭露情況，溢洪道邊坡工程區(qū)內(nèi)主要發(fā)育的微型褶皺構(gòu)造有S1～S4,其中S1和S3為背斜，S2和S4為向斜，局部還見細(xì)微褶曲分布。褶皺規(guī)模不等，形態(tài)各異，按產(chǎn)狀分類可見斜立褶皺、倒轉(zhuǎn)褶皺及翻卷褶皺等。受褶曲構(gòu)造影響，巖層產(chǎn)狀變化較大，傾向68°～120°及275°～325°，傾角為17°～70°，局部近直立。

2.3　邊坡巖體質(zhì)量分類

影響溢洪道邊坡工程區(qū)巖體工程地質(zhì)特征的因素主要是巖性與構(gòu)造。溢洪道邊坡工程區(qū)主要為泥巖，局部位置砂巖與泥巖相間分布或呈互層狀分布，據(jù)地表地質(zhì)測(cè)繪及鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，砂巖約占3%～5%，泥巖約占95%～97%。溢洪道邊坡的泥巖塊體密度ρ=2.63 g/cm3，飽和單軸抗壓強(qiáng)度Rb=10.77 MPa，巖石平均縱波速Vp=3137 m/s。弱風(fēng)化巖體呈薄層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面中等發(fā)育，平均縱波速Vp=2295 m/s，Kv=0.54。按水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程(DL/T 5337—2006)[2]，經(jīng)計(jì)算該邊坡弱風(fēng)化巖體基本質(zhì)量指標(biāo)為257.3，其巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅳ級(jí)；溢洪道邊坡強(qiáng)風(fēng)化泥巖巖體基本質(zhì)量級(jí)別為Ⅴ類。

3　定性分析與評(píng)價(jià)

3.1　邊坡穩(wěn)定性分區(qū)

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，溢洪道右側(cè)邊坡最大開挖高度為28 m，邊坡主要由弱風(fēng)化泥巖構(gòu)成，按自上而下分級(jí)開挖并及時(shí)噴錨支護(hù)，穩(wěn)定性較好。按設(shè)計(jì)所出施工圖開挖后，最大邊坡高度約60 m，上部為覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化泥巖構(gòu)成的散體結(jié)構(gòu)邊坡，下部為弱風(fēng)化至新鮮巖體構(gòu)成的斜向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡。根據(jù)巖體構(gòu)造特征、巖層產(chǎn)狀與坡面組合關(guān)系、邊坡高度及溢洪道布置等，將溢洪道分為四個(gè)區(qū)。

A區(qū)為溢洪道K0-050～K0-025段：長(zhǎng)25 m。綜合巖層產(chǎn)狀68°∠35°，發(fā)育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、②N10°～20°E/NW∠70°及③N75°～85°W/SW∠35°～60°。左側(cè)在1059 m高程形成配電房平臺(tái)，南西側(cè)邊坡主要為順向巖質(zhì)邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產(chǎn)狀為81°∠45°，高約34 m。

B區(qū)為溢洪道K0-025～K0+060段：長(zhǎng)85 m。綜合巖層產(chǎn)狀100°∠35°，發(fā)育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、③N75°～85°W/SW∠35°～60°及④N30°～45°E/NW∠55°～85°。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，左側(cè)分級(jí)放坡開挖，主要為層狀巖質(zhì)邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產(chǎn)狀為23°∠45°，邊坡最大高度約60 m。

C區(qū)為溢洪道K0+060～K0+225段：長(zhǎng)165 m，該區(qū)微型褶皺構(gòu)造發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變化較大，傾向68°～120°及275°～325°，傾角為17°～70°，局部近直立，按最不利原則選擇兩個(gè)綜合產(chǎn)狀進(jìn)行分析計(jì)算，分別為75°∠20°及285°∠30°。發(fā)育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、②N10°～20°E/NW∠70°及⑥N20°～35°E/SE∠55°～80°。左側(cè)邊坡上部為覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化泥巖構(gòu)成的散體結(jié)構(gòu)邊坡，下部主要為弱風(fēng)化層狀巖質(zhì)邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產(chǎn)狀為203°∠45°，高5～15 m。

D區(qū)為溢洪道K0+225～K0+310段：長(zhǎng)85 m，主要為單斜構(gòu)造，綜合巖層產(chǎn)狀115°∠35°，發(fā)育的裂隙主要有①N70°～80°E/NW∠70°～74°、③N75°～85°W/SW∠35°～60°及⑤N60°～80°W/SW∠65°～80°。左側(cè)邊坡上部為覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化泥巖構(gòu)成的散體結(jié)構(gòu)邊坡，下部主要為弱風(fēng)化層狀巖質(zhì)邊坡，開挖坡度按45°考慮，坡面產(chǎn)狀為23°∠45°，邊坡高度<22 m。

3.2　赤平投影分析

根據(jù)坡面、層面及裂隙面作極射赤平投影圖，分區(qū)作圖結(jié)構(gòu)面數(shù)據(jù)詳見表1。

表1　黃家灣水利樞紐工程溢洪道邊坡分區(qū)結(jié)構(gòu)面計(jì)算表

4　邊坡支護(hù)措施建議

(1)建議按照上述分析評(píng)價(jià)結(jié)論進(jìn)一步復(fù)核原設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化，具體建議如下：

①溢洪道K0-050～K0-025段邊坡：對(duì)應(yīng)定性評(píng)價(jià)A區(qū)，開挖高度較小，可維持原有設(shè)計(jì)方案，如需進(jìn)一步提高安全儲(chǔ)備，建議進(jìn)一步放緩坡度，強(qiáng)風(fēng)化以上巖土體建議削坡坡率小于1∶1。

②溢洪道K0-025～K0+060段邊坡：對(duì)應(yīng)定性評(píng)價(jià)B區(qū)，溢洪道位于該區(qū)，是變形控制、加固防護(hù)的重點(diǎn)部位。建議該段邊坡做加強(qiáng)支護(hù)，可沿1060 m高程弱風(fēng)化帶以上設(shè)置一定數(shù)量的抗滑樁，或進(jìn)一步放緩坡率增加一定數(shù)量的錨索[3]，并設(shè)置框格梁，強(qiáng)風(fēng)化巖以上坡率建議小于1∶1，1060 m高程以下可維持原有設(shè)計(jì)方案。

③溢洪道K0+060～K0+225段邊坡：對(duì)應(yīng)定性評(píng)價(jià)C區(qū)，可維持原有支護(hù)設(shè)計(jì)方案不變，如需進(jìn)一步提高安全儲(chǔ)備，建議1060 m高程以上強(qiáng)風(fēng)化巖按照小于1∶1進(jìn)一步放緩坡率，增加少量錨索，并設(shè)置框格梁。

④溢洪道K0+225～K0+310段邊坡：對(duì)應(yīng)定性評(píng)價(jià)D區(qū)，可維持原有設(shè)計(jì)方案不變，建議強(qiáng)風(fēng)化巖及以上坡體增加小尺寸框格梁以增強(qiáng)巖體完整性。

(2)溢洪道邊坡開挖和支護(hù)施工時(shí)，宜采取分段分級(jí)由上至下開挖，并在邊坡開挖后及時(shí)采取排水、截水及邊坡支護(hù)措施，有效地阻止軟巖巖體的快速風(fēng)化。盡量避免在施工過(guò)程中由于外界條件因素引起的巖體快速軟化和急劇風(fēng)化對(duì)工程安全的影響。所有的開挖面應(yīng)盡快封閉。

5　結(jié)　論

通過(guò)對(duì)上述溢洪道邊坡的赤平投影分析，采用極限平衡法對(duì)該邊坡在不同工況下的整體穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算，認(rèn)為該邊坡開挖后總體能滿足規(guī)范要求，但考慮到黃家灣水利樞紐工程溢洪道邊坡普遍存在多組不利結(jié)構(gòu)面，與巖層面共同切割巖體，易形成楔形體等形狀的不穩(wěn)定塊體，使得邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生局部或整體失穩(wěn)的可能性較大，建議邊坡設(shè)計(jì)工程師按照上述分析評(píng)價(jià)結(jié)論進(jìn)一步復(fù)核原設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化。為類似邊坡穩(wěn)定分析評(píng)價(jià)及治理提供借鑒，并加以推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范：DL/T 5166—2002 [S].北京:中國(guó)電力出版社, 2008.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).水電水利工程邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程: DL/T 5337—2006[S].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

[3]國(guó)家能源局.水電水利工程邊坡施工技術(shù)規(guī)范：DL/T 5255—2010[S].北京:中國(guó)電力出版社,2011.