遵義灌區(qū)水泊渡泵站后邊坡處理設(shè)計優(yōu)化研究

摘要：在進(jìn)行遵義灌區(qū)水泊渡泵站后邊坡處理的過程中，結(jié)合既有的設(shè)計，立足多方面因素，如地形地貌、地層巖性以及地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件等進(jìn)行綜合分析，找尋當(dāng)前設(shè)計過程中存在的問題，確保在進(jìn)行泵站后邊坡治理上，能夠有突出的穩(wěn)定性保障，提升治理效果。本文在研究過程中，結(jié)合遵義灌區(qū)水泊渡泵站后邊坡的處理現(xiàn)狀，在既有的處理基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計的優(yōu)化探討。

Abstract： In the process of treating the back slope of Shuibodu Pumping Station in Zunyi Irrigation District， combined with the existing design， comprehensive analysis is conducted based on various factors such as topography， stratum lithology， topography， geological structure and hydrological conditions， to look for problems in the current design process， and ensure that there is outstanding stability guarantee and improved treatment effect when the slope of the pumping station is treated. In the research process， combined with the current situation of the treatment of the back slope of Shuibodu Pumping Station in Zunyi Irrigation District， the design optimization was carried out on the basis of the existing treatment.

關(guān)鍵詞：遵義灌區(qū);水泊渡泵站后邊坡處理;優(yōu)化設(shè)計;研究

Key words： Zunyi Irrigation District;back slope treatment of Shuibodu pumping station;optimization design;research

中圖分類號：U416.1+4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0176-04

0? 引言

遵義灌區(qū)一期工程所處的位置是在貴州省遵義市的南部區(qū)域。水庫正常蓄水位848m，總庫容5510m3，壩型為鋼筋砼面板堆石壩，最大壩高68.8m。2016年12月實施以來邊坡監(jiān)測工程、泵站上水管管槽左側(cè)錨索已實施完成;帷幕灌漿從7#—157#主帷幕灌漿已完成，該段帷幕實施完后經(jīng)檢查孔檢查合格;通過對S1號泉水流量測量，該泉水流量從帷幕灌漿前的55L/S減小到0.15L/S;泵站后開挖最薄弱處打25個深排水孔，前面15個排水孔大部分都是打穿九級灘泥巖進(jìn)入玉龍山灰后，前面2-3天有水流出，流量不大，后10個排水孔流水現(xiàn)象逐漸減少;通過帷幕檢查孔、S1泉水流量觀測及深排水孔實施情況綜合判斷帷幕灌漿已達(dá)到設(shè)計要求，帷幕還未實施部分有優(yōu)化的必要。

1? 工程地質(zhì)

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

灌區(qū)屬四面環(huán)水的臺地，區(qū)內(nèi)地層發(fā)育較全，出露寒武系至第四系。巖性主要為碳酸鹽巖和碎屑巖兩類，其中碳酸鹽巖類約占75%，碎屑巖類約占25%。地質(zhì)以寬闊向斜為其主體，斷裂構(gòu)造多順應(yīng)主構(gòu)造線方向發(fā)育于向斜的軸部及翼部。該區(qū)無挽近期以來的活動性斷裂及深大斷裂，較大型的地下暗河均出露于較低河水面附近，說明該區(qū)地殼運(yùn)動屬上升相對穩(wěn)定時期。地震基本烈度為Ⅵ度，屬無震至弱震區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

1.2 水泊渡泵站工程地質(zhì)評價

1.2.1 地形地貌

泵站建于大壩下游500m處河流左岸，泵站處在河轉(zhuǎn)灣處的凹岸，河流在該處呈圓弧展布，泵站對岸有一片略半圓形的田土，田土高程在793-805m之間，田土后為一山頂高程為922m的山頭。泵站處河床高程790m左右，泵站后坡自然坡度為20°～37°，泵站后為一北西向展布的山脊，山脊高程875-988m，翻過該山脊便是水白渡水庫庫區(qū)。

1.2.2 地層巖性

夜郎組沙堡灣段為黃褐色、灰綠色、灰黃色泥巖夾頁巖;玉龍山段上部為中至厚層灰?guī)r，巖溶發(fā)育，下部為薄層、極薄層泥灰?guī)r夾灰?guī)r、泥巖。九級灘段以紫紅色、灰綠色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造

泵站處無大的斷層發(fā)育，但裂隙發(fā)育，主要發(fā)育下列兩組裂隙，J1產(chǎn)狀為185°-210°∠60°-80°，在這一組裂隙中有4條裂隙較大：L1、L2 、L3 、L4，延伸長120-140m不等，切割深5-8米，這4條裂隙對巖體的切割是影響泵站后開挖邊坡穩(wěn)定的重要因素。J2產(chǎn)狀為40°-60°∠60°-75°，裂面多平直，僅少數(shù)充填方解石薄膜。

1.2.4 水文地質(zhì)條件

強(qiáng)巖溶含水巖組：三疊系夜郎組第二段（T1y2）灰?guī)r，分布在泵站后坡靠庫區(qū)一側(cè)。隔水巖組有：三疊系夜郎組第三段（九級灘段）（T1y3）泥巖，為泵站基礎(chǔ)及后邊坡巖層。

地下水類型有巖溶裂隙水、巖溶溶水、基巖裂隙水、第四系孔隙水。站址處地形較陡（坡度20°～37°），大氣降雨大部分以地表徑流形式匯入泵站下面河流，極小部分通過節(jié)理裂隙進(jìn)入地下，在較短距離以季節(jié)性裂隙泉的形式補(bǔ)給河水。

綜上所述說明玉龍山灰?guī)r在該地段798m高程以上巖溶非常發(fā)育。在低于835.6高程以下泥巖覆蓋區(qū)未發(fā)現(xiàn)大的泉水出露，結(jié)合WZK1和WZK4壓水資料說明泥巖隔水性好。這就使泵站處于一個特殊的水文地質(zhì)環(huán)境上，泵站下的地下水不是靠大氣降水補(bǔ)給，而是由水庫通過玉龍山（T1y2）灰?guī)r理巖溶系統(tǒng)補(bǔ)給，但當(dāng)?shù)叵滤竭_(dá)泵站及泵站后坡下方時，遇到了九級灘（T1y3）泥巖的阻隔而富積于泵站及泵站后坡下。經(jīng)帷幕灌漿后，由于帷幕的阻隔，根據(jù)泵站后邊坡地下水位觀測孔位觀測，帷幕前地下水位跟水庫水位基本一致，帷幕后地下水位大幅度降低，見圖1所示。

1.3 泵站后邊坡穩(wěn)定分析

1.3.1 自然邊穩(wěn)定性分析

泵站后坡自然坡度為20°～37°，大部分地段為30°～37°。 泵站后坡地形較陡第四系覆蓋層較淺，巖體主要順層面剝蝕，無自然切腳現(xiàn)象，邊坡總體處于相對穩(wěn)定期，只有局部小規(guī)模的崩塌現(xiàn)象存在，方量不超過10m2，泵站后坡自然邊坡總體穩(wěn)定性較好。

1.3.2 開挖邊穩(wěn)定性初步分析

為確保施工安全及將來建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行，泵站與管槽基礎(chǔ)及邊坡在開挖過程中，在原設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際地質(zhì)條件作了適當(dāng)調(diào)整，根據(jù)泵站與管槽的開挖與巖層組合關(guān)系，大致可將泵站與管槽邊坡開挖分為切向坡（1區(qū)）、順向坡（2區(qū)）和逆向坡（3區(qū)）3個區(qū)（各區(qū)分布見圖2—泵站邊坡開挖分區(qū)圖）性分析如下：

①1區(qū)（切向坡）：該區(qū)包括管槽左側(cè)廠房后邊坡、管槽右側(cè)靠右端廠房后邊坡、廠房右側(cè)邊坡、管槽水平段右側(cè)邊坡，具體分布見圖2。

②2區(qū)（順向坡區(qū)）：該區(qū)位于前段管槽下部右側(cè)，進(jìn)廠公路下方及進(jìn)廠公路轉(zhuǎn)彎處（見圖2），開挖邊坡高50-75m，節(jié)理裂隙較發(fā)育，在該區(qū)內(nèi)發(fā)育了4條較大的連通裂隙（L2、L3、L4、L5），延伸長124m左右，切割深5-10m。4條裂隙走向基本平行，在這4條裂隙的切割下，強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)巖體破碎。

③3區(qū)（逆向坡）：由于該區(qū)是泵站的永久性邊坡，且泥巖易風(fēng)化，并且?guī)r體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，有掉塊現(xiàn)象發(fā)生，建議作適當(dāng)掛網(wǎng)噴錨處理。

1.3.3 庫水壓力下邊坡滲透破壞初步分析及防滲處理

泵站基礎(chǔ)為九級灘泥巖，但厚不大，真厚度在35m以下，特別是泵站右側(cè)邊坡拐角處，開挖后泥巖厚度只有3m左右厚，玉龍山灰?guī)r為強(qiáng)透水層，在泵站下游40m左右處，有一水庫蓄水后出現(xiàn)的泉水出露，泉水出露泥巖與灰?guī)r的界線處，高程為835.6m，當(dāng)庫水位降至836m時該泉點斷流了，這充分說明了該泉水與水庫連通性好。在作管橋橋基勘察時在低于正常水位30m左右處發(fā)現(xiàn)有溶洞發(fā)育，說明玉龍山灰?guī)r在該地段巖溶非常發(fā)育。在低于835.6高程以下泥巖覆蓋區(qū)未發(fā)現(xiàn)大的泉水出露，說明泥巖隔水性好。泵站安裝高程比水庫正常高水位低42m，如果不采取措施，泵站后坡長時間處在高水頭壓力下泥巖會產(chǎn)生滲透破壞，造成突水危及泵房安全。（針對該處的專項方案：帷幕灌漿及深排水孔處理已完成，經(jīng)處理后經(jīng)帷幕灌漿后，由于帷幕的阻隔，帷幕前地下水位跟水庫水位基本一致，帷幕后地下水位大幅度降低，帷幕后地下水位低于九級灘段（T1y3）與玉龍山段（T1y2）界線，地下水對泥巖薄弱帶已沒有了頂托作用，該處的滲透破壞隱患基本解除。

2? 工程布置

邊坡穩(wěn)定處理工作內(nèi)容是：

①帷幕灌漿：本階段帷幕灌漿與原左壩肩帷幕灌漿是相互獨立的，本次帷幕設(shè)計于泵房后坡上，帷幕在玉龍山灰?guī)r內(nèi)起灌高程為正常高水位（848.00m），在九級灘泥巖段起灌高程進(jìn)入泥巖5-10m，帷幕下限790m程，帷幕線長382m。

②泵站上水管左測邊坡加固處理：在上水管左測加4棵長20m的錨索，筐格梁斷面橫斷面為800×800cm，再在筐格梁4個結(jié)點上分別打1棵錨索。

③打深排水孔：在泵站右側(cè)開挖邊坡拐角處的三級邊坡上分別布置18個排水管，排水管材料為PVC管，管徑為100mm，孔間距和排間距分別為3m，呈梅花型布置;在施工過程中孔深需伸入灰?guī)r0.5m深，排水孔與水平面交角為5°。

④變形觀測系統(tǒng)：在邊坡近區(qū)布置4個三角網(wǎng)點;邊坡表面按4個斷面，共布置位移標(biāo)點7個，分布在邊坡馬道及滑坡體上。

3? 設(shè)計優(yōu)化

3.1 帷幕灌漿

帷幕設(shè)計于泵房后坡上，在玉龍山灰?guī)r內(nèi)起灌高程為正常高水位（848.00m），在九級灘泥巖段起灌高程進(jìn)入泥巖5-10m，帷幕下限790m程，帷幕線長382m。主線上共計192個孔，孔距2m，防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水性≤3Lu。設(shè)計帷幕灌漿有效進(jìn)尺12096.4m，無效進(jìn)尺3883.3m，共計帷幕總孔深15979.7m。

3.1.1 原帷幕灌漿的目的

3.1.1.1 帷幕灌漿的主要目的為減小泵站后邊坡水壓力對泵站后泥巖的滲透破壞

泵站基礎(chǔ)為九級灘泥巖，但厚不大，真厚度在35m以下，特別是泵站右側(cè)邊坡拐角處，開挖后最薄處泥巖厚度只有3m左右厚，通過量化計算分析泵站右側(cè)拐角處存在滲透破壞的可能，對泵站的安全有極大。

①開挖狀態(tài)下，假定沒有地下水對坡體產(chǎn)生頂托力（水庫未蓄水），邊坡不穩(wěn)定：

②不進(jìn)行帷幕灌漿和排水孔設(shè)計，蓄水至835.6m。在泥巖與灰?guī)r的界線處出露一組泉水，按此邊界建立分析模型，其水頭在坡腳變化較大。穩(wěn)定性系數(shù)變?yōu)?.95，容易失穩(wěn)，不滿足規(guī)范要求。

③僅進(jìn)行帷幕灌漿設(shè)計，不進(jìn)行排水孔設(shè)計，僅有帷幕對水位降低作用有限。在泥巖和灰?guī)r接觸的層面上水頭較大，穩(wěn)定性系數(shù)降至0.72，最大的孔隙水壓力約327kPa（相當(dāng)于33.0m的水頭），不利于邊坡穩(wěn)定。

④進(jìn)行帷幕灌漿和排水孔設(shè)計，當(dāng)設(shè)置排水孔時，上堵下排的效果突出，水位線降低較多，有利于邊坡穩(wěn)定。

⑤進(jìn)行帷幕灌漿和排水孔設(shè)計，并增加錨桿的情況下，其穩(wěn)定性系數(shù)變?yōu)?.21，滿足規(guī)范要求。

綜合述分析計算可以看出，開挖邊坡在水庫蓄水前基本穩(wěn)定。將邊坡處理的全部方案（開挖+帷幕灌漿+打深排水孔+錨桿錨固）全考慮進(jìn)，當(dāng)水庫蓄水至正常高水位（848.00m）時安全系數(shù)為1.21;經(jīng)過上述分析計算說明設(shè)計方案安全合理，泵站后邊坡處理方案達(dá)到了設(shè)計目的。

3.1.1.2 帷幕灌漿的次要目的為減小水庫滲漏量。

在泵站下游40m左右處，有一水庫蓄水后出現(xiàn)的泉水出露，泉水出露泥巖與灰?guī)r的界線處，高程為835.6m，通過測量S1號泉水的流量在55L/ S，通過帷幕灌漿后，S1號泉水的流量已降低到0.2L/ S以下，大大提高水庫的供水效益，帷幕灌漿達(dá)到了目的。

3.1.2 先導(dǎo)孔透水率分析

在設(shè)計時，在一序孔中布置1/3孔數(shù)作為先導(dǎo)孔進(jìn)行壓水試驗，巖體透水率有以下幾個特點：①注水驗段主要集中分布在820-848m之間，說明巖溶主要發(fā)育在820m高程以上;②在795m高程以下透水率均小于3.0Lu，在800m高程以上大部分試段透水率大于5.0Lu，說明帷幕下限為790m高程是合適的;③在九級灘泥巖（T1y3）里透水率在2.2-3.4Lu之間，帷幕上限以進(jìn)入九級灘泥巖10m是可靠的;④帷幕段巖體透水率中段大，兩端小，在未到原設(shè)計帷幕端點處3.0Lu線已閉合，原帷幕端點有優(yōu)化空間。

3.1.3 帷幕灌漿優(yōu)化設(shè)計

為合理節(jié)約工程投資，在認(rèn)真分析帷幕灌漿先導(dǎo)孔資料及部分帷幕孔資料后，發(fā)現(xiàn)在原帷幕灌漿方案灌漿范圍內(nèi)兩端部分巖體透水率也小于了3Lu（帷幕設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)），帷幕兩端有優(yōu)化的可能;在原帷幕加強(qiáng)孔段，前排帷幕灌漿時有多個孔在820m高程以上遇見了不同規(guī)模的溶洞，在回填混凝土并復(fù)灌后，通過檢查孔檢查，帷幕灌漿全部合格，并且滲漏泉水（S1號泉）流量明顯減小，也基本達(dá)到設(shè)計目的，原帷幕加強(qiáng)孔有優(yōu)化的可能，具體優(yōu)化如下：

①對帷幕前段的優(yōu)化：通13#、25#、37#、47#先導(dǎo)孔壓水資料分析發(fā)現(xiàn)，巖體透水率向帷幕起始端有逐步減小的趨勢，根據(jù)先導(dǎo)孔壓水資料畫出3μ線，3μ線在7#號孔處閉合，因此將帷幕起始點由1#孔改至7#孔，帷幕底界不變。

②對帷幕后段的優(yōu)化：通過認(rèn)真分析，在145#孔處帷幕線已進(jìn)入了九級灘（T1y3）泥巖，將帷幕線方向由原來的沿等高線方向，調(diào)整為沿巖層傾向方向?qū)⒖s短帷幕線長度并減少無效進(jìn)尺，因此施工時將帷幕方向調(diào)整為巖層傾向方向。通133#、145#、150#、157#先導(dǎo)孔壓水資料分析發(fā)現(xiàn)，巖體透水率向帷幕終止端有逐步減小的趨勢，根據(jù)先導(dǎo)孔壓水資料畫出3μ線，3μ線在157#號孔處閉合，因此將帷幕起始點由192#孔改至157#孔，帷幕底界不變。

③對帷幕加強(qiáng)孔的優(yōu)化：加強(qiáng)孔段為77#-127#孔。建議運(yùn)行期，運(yùn)行管理單位按相關(guān)規(guī)程規(guī)范對S1號泉滲漏作定期觀測，如有異常應(yīng)及時通知設(shè)計單位及有關(guān)部門。

3.2 深排水孔設(shè)計優(yōu)化

原設(shè)計在泵站右側(cè)開挖邊坡拐角處的三級邊坡上分別布置18個排水孔，水管材料為PVC管，管徑為100mm，排孔間距和排間距分別為3m;施工孔深需伸入灰?guī)r0.5m深，排水孔與水平面交角為5°。

4? 工程量變化細(xì)項說明

4.1 帷幕灌漿部分

本項目原設(shè)計帷幕主線共計192個孔，孔距2m。設(shè)計優(yōu)化后，實施帷幕主線7#～157#孔段，實際有效進(jìn)尺8213.4m，無效進(jìn)尺1412.8m，總進(jìn)尺9626.2m。

4.2 排水孔部分

排水孔原設(shè)計為921m，設(shè)計優(yōu)化后，實際完成排水孔326m。80PVC排水管設(shè)計為910m，實際完成排水管安裝326m。排水孔進(jìn)尺減少595m，無效進(jìn)尺排水管減少584m。

4.3 專題階段與施工實施工程量變化對照

根據(jù)上述章節(jié)，專題階段與施工實施工程量，在項與量上有不同程度的變化，具體變化情況詳見表1。

5? 結(jié)論

①已實施完帷幕灌漿7#—157#已達(dá)到設(shè)計要求與設(shè)目的。

②在泵站右側(cè)開挖邊坡拐角處已實施的25個深排水孔，已達(dá)到設(shè)計要求。

③在帷幕94#—132#孔段多個孔遇見了規(guī)模大小不一的溶洞，該段根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范采取了回填混凝土、待凝等手段，工程量較設(shè)計階段有所增加。

④建議運(yùn)行期按相關(guān)規(guī)程規(guī)范對邊坡穩(wěn)定及滲漏作定期觀測，如有異常應(yīng)及時通知設(shè)計單位及有關(guān)部門。

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