某工程巖質(zhì)邊坡發(fā)育特征及其分區(qū)評價治理

劉洋,王能峰

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都 610072)

某工程巖質(zhì)邊坡發(fā)育特征及其分區(qū)評價治理

劉洋,王能峰

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都 610072)

某水電站炸藥庫工程后邊坡為弱風(fēng)化弱卸荷為主澄江-晉寧期花崗巖，平均開挖高度約30 m，最大開挖高度約51 m，長約210 m，局部由于不利結(jié)構(gòu)面組合發(fā)生垮塌。根據(jù)其與工程關(guān)系，把巖質(zhì)邊坡分為Ⅰ、Ⅱ區(qū)，其中，Ⅰ區(qū)為工程邊坡，Ⅱ區(qū)為自然邊坡。另外根據(jù)風(fēng)化卸荷、巖體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙組合以及可能失穩(wěn)方式等，把Ⅰ區(qū)細分為4個亞區(qū)。通過細分評價分別提出了工程治理措施。經(jīng)過治理后，邊坡穩(wěn)定安全。

巖質(zhì)邊坡；垮塌；巖體結(jié)構(gòu)；分區(qū)評價治理

1 引言

崩塌(又稱崩落、垮塌或塌方)是從較陡斜坡上的巖、土體在重力作用下突然脫離山體崩落、滾動，堆積在坡腳(或溝谷)的地質(zhì)現(xiàn)象。按崩塌發(fā)生時受力狀況不同，可將其按形成力學(xué)技術(shù)分為傾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓脹式崩塌、拉裂式崩塌和錯斷式崩塌等5種類型[1-5]，陡高邊坡上危巖體的破壞機理是邊坡地貌演化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

某水電站炸藥庫工程場地位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣冷磧鎮(zhèn)境內(nèi)加郡左岸磨子溝內(nèi)，場地高于左岸磨子溝8～10 m，基本順磨子溝S50°E平行布置。由上游側(cè)103#、102#炸藥庫房(60 t)、下游101#雷管庫房(0.5 t)、外側(cè)消防水池等組成。102#炸藥庫房后邊坡上部不利結(jié)構(gòu)面組合的卸荷松弛巖體，在下部崩坡積覆蓋層開挖清除擾動情況下發(fā)生垮塌，存在傾倒和滑移崩塌可能，以及倒懸體掉落等地災(zāi)問題，故為了炸藥庫庫房施工和運行期的安全，需要對其進行勘察治理設(shè)計。

2 基本地質(zhì)條件

3 邊坡發(fā)育特征及其分區(qū)評價

后坡上部植被發(fā)育，下部基巖裸露，坡高60～90 m，坡度60°～70°，整體走向N55°W左右，傾NE，平面上在102#炸藥庫附近后邊坡略呈凹形。其中兩個炸藥庫房后坡主要為工程邊坡，高程1 501～1 552 m左右，平均開挖高度約30 m，最大開挖高度約51 m，長約150 m；下游101#雷管庫房后坡為60 m長的自然邊坡，近于直立，邊坡最高約25 m。

巖體主要呈次塊狀結(jié)構(gòu)，局部巖體破碎，主要為Ⅲ級巖體，局部為Ⅳ級巖體，下游側(cè)自然近于直立邊坡巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅱ級巖體。邊坡無控制邊坡整體穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，邊坡整體穩(wěn)定。局部受結(jié)構(gòu)面不利組合，在暴雨、地震等特殊情況下，可能會發(fā)生滑塌、傾倒失穩(wěn)現(xiàn)象。

根據(jù)邊坡巖土體性質(zhì)及與工程關(guān)系，把巖質(zhì)邊坡分為Ⅰ、Ⅱ區(qū)，其中，Ⅰ區(qū)為工程邊坡，Ⅱ區(qū)為自然邊坡。另外根據(jù)風(fēng)化卸荷、巖體結(jié)構(gòu)、節(jié)理裂隙組合以及可能失穩(wěn)方式等，把Ⅰ區(qū)細分為4個亞區(qū)(圖1)。各分區(qū)描述、評價如下：

圖1 后邊坡分區(qū)圖(實線為計算剖面位置)

Ⅰ-1區(qū)：為103#炸藥庫后邊坡，走向N55°W左右，傾NE，坡度60°～65°，坡長約30 m，坡高22～27 m，其下部已用約6 m高漿砌石擋墻處理，表部殘留少量塊碎石土。

巖體弱風(fēng)化弱卸荷，巖體中主要發(fā)育3組節(jié)理：④組以及N30°～40°W/SW∠70°～75°和N70°～75°E/SE∠70°～75°，延伸長2～4 m，間距0.6～0.8 m，節(jié)理平直粗糙，多張開小于5 mm(圖2)。巖體主要呈次塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅲ級巖體。

邊坡整體穩(wěn)定，但3組節(jié)理組合，可形成潛在不穩(wěn)定塊體，發(fā)生小垮塌。建議先清理表部塊碎石土，再進行噴錨掛網(wǎng)處理。

Ⅰ-2區(qū)：為102#炸藥庫的上游側(cè)上部邊坡，由①N60°～70°E/NW∠25°～30°與②N30°～40°E/NW∠60°～65°組合垮塌形成的側(cè)向坡，邊坡走向N40°左右，傾NW，坡度65°左右，坡高20～25 m。

圖2 Ⅰ-1區(qū)節(jié)理赤平投影圖

巖體弱風(fēng)化弱卸荷，主要發(fā)育①和②組，巖體呈次塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅲ級巖體。邊坡整體穩(wěn)定，但①和②組組合，可沿①組結(jié)構(gòu)面局部發(fā)生滑塌，建議采取噴錨掛網(wǎng)處理。

Ⅰ-3區(qū)：為102#炸藥庫的上游側(cè)下部邊坡和后部下部邊坡，主要由上游側(cè)下部①組結(jié)構(gòu)面形成的光面及下部直立坡組成。坡高最高約15 m(上游側(cè))，至下游逐漸降低至建基面。

巖體弱風(fēng)化弱卸荷，巖體中主要發(fā)育①組、③組及N50°～60°E/NW∠80°、N50°～60°W/NE∠80°～85°，后兩組節(jié)理延伸長3～5 m，間距0.5～0.8 m。巖體呈次塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅲ級巖體。

邊坡整體穩(wěn)定，但局部易沿陡立結(jié)構(gòu)面松弛張開，并沿①組緩傾坡外結(jié)構(gòu)面控制，形成滑塌。建議采取錨桿支護。

Ⅰ-4區(qū)：為102#炸藥庫后部中上部高邊坡，坡高最高約51 m，上部由破碎帶g、②、③組結(jié)構(gòu)面組合已發(fā)生垮塌，主要沿破碎帶g形成緩坡，破碎帶巖體風(fēng)化破碎，為Ⅳ級巖體。

邊坡整體基本穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性較差，主要受破碎帶g控制，在其它結(jié)構(gòu)面的切割組合存在滑塌可能。另外，沿③組結(jié)構(gòu)面可能發(fā)生傾倒變形，特別是在暴雨、地震等情況下，易發(fā)生失穩(wěn)，建議對上部已垮塌區(qū)形成的凹腔采取加強支護，并對中部破碎巖體采取噴錨掛網(wǎng)支護。

Ⅱ區(qū)：為102#炸藥庫房下游～101#雷管庫房的自然后邊坡，近于直立，坡高15～25 m。

巖體弱風(fēng)化弱卸荷，局部根劈作用較強，巖體強卸荷，最大張開約30 cm。主要發(fā)育3組節(jié)理：①、⑤組及近SN⊥節(jié)理，并多沿近SN⊥節(jié)理形成陡立面。巖體主要呈塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅲ級巖體。

邊坡整體穩(wěn)定，且建筑物離坡腳邊緣有一定的安全距離，僅進行局部處理即可?？拷?02#炸藥庫下游附近發(fā)育一倒懸危巖體，方量約100 m3，一旦下落，將可能影響102#炸藥庫，建議對其進行支護處理(圖3)。

圖3 倒懸危巖體(下部有松動小巖塊)

4 邊坡穩(wěn)定性計算分析

4.1 工程級別及安全等級

按水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范，按炸藥庫為臨時建筑考慮，其后邊坡為“A類3級”邊坡?？紤]到炸藥庫的重要性，正常運行工況按照“A類2級”邊坡設(shè)計。

邊坡抗滑穩(wěn)定允許最小安全系數(shù)見表1。

表1 邊坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

4.2 邊坡穩(wěn)定性計算分析

4.2.1 計算程序及計算方法

計算方法采用slide軟件中的摩根斯坦-普賴斯法計算。

4.2.2 計算工況

邊坡穩(wěn)定分析的計算工況根據(jù)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，主要對102#炸藥庫房后已垮塌后現(xiàn)狀情況下的兩種潛在失穩(wěn)方式進行計算分析，即沿破碎帶g滑塌和③組傾倒變形(表2)。

計算工況選取天然工況(基本組合)、天然+暴雨工況(特殊組合Ⅰ)、天然+地震工況(特殊組合Ⅱ)共3種工況，其中暴雨工況按巖土體全飽和后飽和容重計算(考慮到滑面埋深較深、飽和的可能性不大，因此抗剪強度仍采用天然狀態(tài)下的抗剪強度)。

表2 兩種潛在失穩(wěn)塊體穩(wěn)定分析計算工況匯總表

4.2.3 計算參數(shù)

(1) 巖體物理力學(xué)指標(biāo)計算參數(shù)

巖體物理力學(xué)指標(biāo)計算參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘探、室內(nèi)試驗以及參考經(jīng)驗值綜合選取，見表3。

表3 后邊坡穩(wěn)定分析巖土體物理力學(xué)參數(shù)計算值

(2) 地震參數(shù)

依據(jù)中國地震局批復(fù)(中震函[2005]24號和中震安評[2010]61號)的工程場地地震安全性評價成果，閘址區(qū)50 a超越概率10%的基巖水平地震動峰值加速度為260 gal，100 a超越概率2%的基巖水平地震動峰值加速度為573 gal，廠址區(qū)50 a超越概率10%的基巖水平地震動峰值加速度為283 gal，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度。

據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)場地地震動峰值加速度為0.30 g，相應(yīng)地震烈度為Ⅷ度，地震動反應(yīng)譜周期為0.40 s。

邊坡地震設(shè)計參數(shù)建議按《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001)采用，即邊坡地震動峰值加速度為0.30 g，相應(yīng)地震Ⅷ度，地震動反應(yīng)譜周期為0.40 s。

4.2.4 計算剖面

計算剖面采用典型剖面2-2′和3-3′，具有傾倒變形和滑塌兩種模式(圖4、圖5)。

圖4 典型2-2′計算剖面

圖5 典型3-3′計算剖面

4.2.5 計算結(jié)果

表4 邊坡滑移、傾倒變形穩(wěn)定計算成果表

從表4計算分析表明，天然條件下，邊坡穩(wěn)定，但在地震等特殊工況下，邊坡穩(wěn)定性差，可發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。故需對局部潛在不穩(wěn)定塊體進行加強支護。

5 工程治理方案設(shè)計

邊坡治理方案設(shè)計主要根據(jù)工程經(jīng)驗類比和估算，結(jié)合目前現(xiàn)狀和施工條件，提出了如下治理方案設(shè)計。

后邊坡整體穩(wěn)定，僅局部穩(wěn)定性差，盡量維持現(xiàn)狀不開挖，少擾動邊坡。先清理坡體松動巖塊、危石等，再采取噴錨支護，并進行掛網(wǎng)，并對于局部穩(wěn)定性差的巖體進行錨筋樁加強支護處理。

具體主要處理措施如下：

(1) 針對Ⅰ-4區(qū)上部垮塌區(qū)形成的凹腔中3組結(jié)構(gòu)面布置3φ28，L=12 m錨筋束，間排距2.5 m，其中上游側(cè)面布置4束(2×2)，底面破碎帶布置9束(3×3)，下游面布置12束(3×4)，共25束。錨筋束與巖面盡量大角度相交(表5)。

(2) Ⅱ區(qū)倒懸為危巖體先清理松動巖塊，再用3φ2，L=9 m錨筋束，間排距2.0 m，共10束(2×5)進行支護處理。

(3) 針對Ⅰ-1、2以及4區(qū)大部分和Ⅱ區(qū)上游側(cè)，布置φ20，L=3 m錨桿，間排距1.5 m。

支護方案典型剖面見圖6。

圖6 后邊坡典型支護方案(3-3′剖面)

治理后邊坡穩(wěn)定性計算:

計算分析表明，經(jīng)以上處理后，邊坡整體穩(wěn)定，局部可能失穩(wěn)塊體穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求,經(jīng)過數(shù)年的運行，邊坡穩(wěn)定安全(表6)。

表6 邊坡滑移、傾倒變形塊體支護后穩(wěn)定計算成果表

6 結(jié)論及建議

(1) 炸藥庫后邊坡為花崗巖巖質(zhì)邊坡，邊坡主要呈弱風(fēng)化弱卸荷，次塊狀結(jié)構(gòu)為主，為Ⅲ級邊坡，局部為Ⅳ級邊坡，邊坡整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性較差，存在滑塌和傾倒變形可能，需進行加強支護處理。對于個別處的倒懸危巖體建議清除或加強支護。

(2) 后邊坡正常運行工況為A類Ⅱ級邊坡，特殊工況下按A類Ⅲ級邊坡設(shè)計，通過工程類比和局部穩(wěn)定性計算分析，確定了邊坡系統(tǒng)支護和加強支護措施，主要采用噴錨掛網(wǎng)處理，并對局部采用錨筋樁加強支護處理；對于個別倒懸危巖體處理，主要采用錨筋束加強支護處理，同時對整個邊坡外緣進行被動防護網(wǎng)防護。經(jīng)處理后，邊坡穩(wěn)定，并滿足相關(guān)規(guī)范要求。

(3) 施工處理過程應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范及施工圖紙和施工技術(shù)要求等實施。特別是在進行上部加強支護和倒懸危巖體時，更應(yīng)特別注意施工安全，應(yīng)事前進行詳細的施工方案研究，確保施工過程安全。

[1] 胡厚田.崩塌與落石[M].北京：中國鐵道出版社，1989.

[2] 中華人民共和國國土資源部.滑坡防治工程勘察規(guī)范(DZ/T0218-2006)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

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THEDEVELOPMENTCHARACTERISTICSOFROCKSLOPEINAPROJECTANDITSZONINGEVALUATIONANDENGINEERINGMANAGEMENT

LIU Yang， WANG Neng-feng

(Powerchina Chengdu Engineering Corporation Limited,Sichuan Chengdu 610072，China)

The back slope of Explosives magazine project in a hydropower station is weakly weathering and unloading mainly in Chengjiang -Jinning period granite,its average height is about 30m, the maximum excavation height of about 51m,and its length about 210 m.The local surface collapse is due to a combination of unfavorable structure. According to the relationship between the rock slope and the engineering, the rock slope can be divided into the first and second zones. On the other hand, according to the weathering unloading, the rock mass structure, the combination of joints and fissures, and the mode of instability,The first zone can be divided into 4 subregions. The engineering control measures are put forward by the subdivision evaluation. After treatment, slope stability and safety.

rock slope; collapse; ock mass structure;zoning evaluation and engineering management

1006-4362(2017)03-0041-05

2017-05-03改回日期2017-06-21

P642;TU457

A

劉洋(1981- )，男，吉林柳河人，高級工程師，主要從事水工設(shè)計、巖土勘察設(shè)計、項目管理工作。E-mail:354774519@qq.com