馱英水庫溢洪道進水渠右側(cè)邊坡變形及處理方案

唐新宇

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概況

馱英水庫溢洪道引水渠及漸變段右側(cè)邊坡采用錨桿噴混凝土及預(yù)應(yīng)力錨索進行支護處理。溢洪道漸變段右側(cè)邊坡233.5 m 高程以下清渣之后，在樁號溢0-072～溢0+024.6出現(xiàn)了變形。坡頂截水溝邊緣出現(xiàn)兩條拉裂縫，方向為N55°～60°E，高程為268～275 m，長約55 m，裂縫寬度大于10 cm，最寬達15 cm，距離3～5 m，基本垂直于主滑方向。兩側(cè)見N40°W近垂直的節(jié)理，該節(jié)理深切下部巖體，沿該組節(jié)理在變形體的兩側(cè)見寬度0.1～5 cm的裂縫，長度約80 m。在變形體的拉動下，上游側(cè)轉(zhuǎn)彎處邊坡上出現(xiàn)了多條的拉裂縫，寬約2 cm，長30～60 m?；卢F(xiàn)狀地貌及滑坡周界見圖1。

圖1 滑坡現(xiàn)狀地貌及滑坡周界

2 邊坡變形原因分析

（1）根據(jù)溢洪道邊坡開挖揭露的實際地質(zhì)條件，與原設(shè)計相比，在溢洪道右側(cè)邊坡處背斜核部往下游側(cè)偏移約40 m，背斜往后偏移，由原設(shè)計中的斜向坡變?yōu)榻樝蚱?，潛在的滑動體增長、增大?？刂贫位A(chǔ)位于背斜的翼部，背斜核部脊線的走向線與溢洪道軸線相交于樁號溢0+042.6 m 處，該樁號下游巖層產(chǎn)狀傾向下游，傾向坡內(nèi)側(cè)；該樁號上游進水渠段巖層產(chǎn)狀傾向上游，傾向坡外側(cè)。

（2）受褶皺核部偏移的影響，該段邊坡巖層產(chǎn)狀相比原設(shè)計更傾向坡外側(cè)，傾向河床，對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生更不利的影響。

（3）層間發(fā)育了多條寬0.5～3 cm 的紫紅色泥巖、泥化夾層條帶，抗剪強度低，兩側(cè)發(fā)育陡傾角的節(jié)理深切下部的巖體，開挖坡腳后沿泥化夾層面發(fā)生滑動變形。

由于上述原因，巖層傾角變陡，潛在的滑動體增長、增大，該段溢洪道開挖后切斷了巖層形成臨空面后，邊坡的下滑力明顯增加，導(dǎo)致邊坡變形開裂[1]。

3 現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定分析

本文采用剛體極限平衡法計算巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。剛體極限平衡法理論使用較早、發(fā)展也較完善，是工程中使用最多的一種方法，它能夠?qū)r土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性做出較為準確的評價。對于巖質(zhì)邊坡，多為軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移，破壞面可為直線、折線等，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)面形態(tài)采用平面或折線形滑面進行計算[2]。

3.1 分析模型

以地質(zhì)專業(yè)提供的主滑方向的橫斷面作為分析對象，如圖2 所示，相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)見表1、表2。

圖2 現(xiàn)狀邊坡主滑斷面

巖性風(fēng)化狀態(tài)含鈣粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、砂巖強風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化密度/（g/cm3）天然2.45 2.57 2.66飽和2.5 2.62 2.69彈性模量（飽和）/GPa 0.8 2.5 3～5抗剪強度φ/（°）28 36 43 c/kPa 150 400 700

巖體風(fēng)化狀態(tài)強風(fēng)化、弱風(fēng)化巖體（層理面C）巖層結(jié)構(gòu)面特征類型f′c′/MPa破碎，泥夾巖屑泥夾巖屑型0.35 0.05

對圖2 進行分析可知，開挖邊坡坡度為53°，大于節(jié)理面組合傾角，為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙和巖層面C（傾向上游）進行組合形成了潛在的滑動塊體，可能沿節(jié)理面交線方向滑動。然后對該斷面進行進一步定量計算，計算中考慮“現(xiàn)狀滑裂面”及“推測最不利影響面”2種滑動模式。

3.2 計算工況

本邊坡計算分為：正常運用工況與非正常運用工況。本工程邊坡正常運用工況為開挖完成的邊坡自然條件下的工況；非常運用工況為開挖完成的邊坡遇暴雨條件下的工況，邊坡內(nèi)裂隙面水壓力增大[3]。

3.3 計算結(jié)果

根據(jù)地質(zhì)主滑斷面建立計算模型，采用理正邊坡治理軟件進行計算（見圖3）。現(xiàn)狀邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)計算結(jié)果見表3。

圖3 現(xiàn)狀邊坡理正計算模型

滑動模式計算工況現(xiàn)狀滑裂面推測最不利影響面正常運用工況非常運用工況正常運用工況非常運用工況現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.12 0.99 0.95 0.82規(guī)范允許抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.20～1.25 1.15～1.20 1.20～1.25 1.15～1.20

“現(xiàn)狀滑裂面”出口位于現(xiàn)狀坡底高程處，由計算結(jié)果可知，主滑斷面中按“現(xiàn)狀滑裂面”滑動模式計算的穩(wěn)定安全系數(shù)在非常運用工況下小于1，說明有滑動的可能，這與實際情況基本相符，說明本次分析所采用的地質(zhì)參數(shù)是合理的。

另外由于邊坡底部高程尚未開挖到設(shè)計高程，開挖到位后應(yīng)考慮按“推測最不利影響面”滑動模式來計算，則該滑體在正常與非正常運用工況下的穩(wěn)定安全系數(shù)均小于1，說明當(dāng)坡底開挖到位后邊坡有整體滑動的可能。計算結(jié)果表明，該邊坡需進行加強支護，在未經(jīng)處理之前不得進行坡底開挖工作。

4 邊坡治理方案

4.1 方案比選

4.1.1 全預(yù)應(yīng)力錨索加固方案

選取主滑斷面進行分析計算，方案設(shè)計圖及“理正”計算模型分別見圖4、圖5，邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果見表4。

圖4 全預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計圖

圖5 全預(yù)應(yīng)力錨索加固方案理正計算模型

滑動模式現(xiàn)狀滑裂面推測最不利影響面計算工況正常運用工況非常運用工況正常運用工況非常運用工況現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)2.82 2.57 1.40 1.24規(guī)范允許抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.20～1.25 1.15～1.20 1.20～1.25 1.15～1.20

預(yù)應(yīng)力錨索施加方案為單根1000 kN級錨索沿邊坡面走向間距4 m，沿坡面高程等間距布置。由于該滑坡主滑方向與溢洪道進水渠邊坡走向存在約42°的夾角，而錨索的傾向與邊坡傾向平行，故預(yù)應(yīng)力的作用力考慮0.67（sin42°）的折減系數(shù)。經(jīng)計算，該斷面需布設(shè)60 根預(yù)應(yīng)力錨索，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)方可達到規(guī)范要求。整個進水渠及漸變段范圍內(nèi)的邊坡（長約83 m）需施加錨索1380 根，錨索投資約3500 萬元。另外，本加固邊坡面積有限，錨索布置困難，且施工周期較長，影響主體施工進度。

4.1.2 抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固方案

同樣選取主滑斷面進行分析計算，方案設(shè)計圖及理正計算模型分別見圖6、圖7，邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果見表5。

圖6 抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計圖

圖7 抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固方案理正計算模型

滑動模式現(xiàn)狀滑裂面推測最不利影響面計算工況正常運用工況非常運用工況正常運用工況非常運用工況現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)2.07 1.90 1.34 1.18規(guī)范允許抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.20～1.25 1.15～1.20 1.20～1.25 1.15～1.20

經(jīng)計算，本方案需在233.1 m 平臺及245.5 m 平臺各布設(shè)一排直徑2 m、間距4 m 的抗滑樁，每根樁頂布設(shè)一根1500 kN預(yù)應(yīng)力錨索；并且在245.5 m高程以上邊坡面施加25根1000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，錨索沿邊坡走向間距4 m，沿坡面高程等間距布置。經(jīng)布置，需在高程233.1～235.5 m 平臺布設(shè)抗滑樁31根，樁長27 m；在高程245.5～250.5 m 平臺布設(shè)抗滑樁31 根，樁長30 m；共布置1500 kN 預(yù)應(yīng)力錨索62根，共布置1000 kN 預(yù)應(yīng)力錨索550 根。該方案投資約為4000 萬元，由于本加固邊坡面積有限，錨索布置困難；另外，在施工246.5～250.5 m 平臺抗滑樁時需搭建臨時施工平臺，施工設(shè)備重量較大，施工過程中會增加邊坡豎向荷載，對邊坡穩(wěn)定影響較大，且施工周期較長，影響主體工程施工。

4.1.3 明挖卸荷方案

圖8 明挖卸荷方案設(shè)計圖

同樣選取主滑斷面進行分析計算，方案設(shè)計圖及理正計算模型分別見圖8、圖9，邊坡穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果見表6。

圖9 明挖卸荷方案理正計算模型

滑動模式計算工況推測最不利影響面邊坡內(nèi)部圓弧滑動面正常運用工況非常運用工況正常運用工況非常運用工況現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.99 1.76 2.98 2.62規(guī)范允許抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.20～1.25 1.15～1.20 1.20～1.25 1.15～1.20

根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)情況，該段邊坡變形主要是沿層間發(fā)育泥化夾層層里面滑動變形，滑動面較陡，傾角達到34°左右。為此，考慮沿最大滑裂面進行開挖卸荷，如圖8 所示。該方案為：在233.1 m～233.5 m 平臺往里至推測最大滑裂面處進行起坡開挖，233.5 m高程以上每級邊坡高15 m，開挖坡比1∶1.75，每級邊坡頂設(shè)3 m寬馬道，233.5 m高程以下按1∶1.5～1∶1.75進行削坡。開挖后邊坡最大高度為56 m，該方案基本沿軟弱層面進行卸載，開挖完成的邊坡整體屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，233.5 m高程以下依然存在一小塊潛在滑體，經(jīng)計算，該邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)如表6所示?？梢娦遁d后的邊坡潛在滑體以及坡內(nèi)圓弧面的穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，只需進行常規(guī)的噴錨支護即可。該方案總開挖量為12.76萬m3，部分開挖料可用于填筑壩體，且該方案施工方便，總投資約862萬元。

4.1.4 方案比選方案

經(jīng)綜合分析，明挖方案投資最少、施工方便、工期短，全錨索方案及抗滑樁+錨索方案不但投資大，且均存在布置及施工的難度，為此，明挖方案為推薦方案。

4.2 應(yīng)急處理措施

由于邊坡已出現(xiàn)了開裂變形，在未處理之前，需對溢洪道進水渠及漸變段右側(cè)邊坡段235.5 m高程以下的邊坡采用開挖渣料進行壓腳處理，壓腳體頂部寬度25 m，外側(cè)邊坡1∶1.5，高度7.5～21.0 m。壓腳體每層鋪層厚度為60 cm，采用26 t振動碾靜碾兩遍。另外，還應(yīng)對邊坡頂部進行卸荷。初步按明挖方案將257.5 m高程以上的滑坡體進行挖除。開挖過程中，機械設(shè)備及不得在滑坡體上行走，開挖渣料不得堆存在滑坡體上，避免增加滑坡體的外部荷載。

5 結(jié)語

巖質(zhì)邊坡的節(jié)理裂隙組合對邊坡內(nèi)部進行切割、巖層傾向坡外為巖質(zhì)邊坡塊體滑動的前提條件，層間軟弱夾層的發(fā)育則成為塊體滑動的潤滑劑。具備上述條件，巖質(zhì)邊坡坡腳開挖后，邊坡往往會沿泥化夾層面發(fā)生滑動變形。

（1）對于重要的邊坡工程，應(yīng)做好詳細的施工地質(zhì)工作，根據(jù)開挖揭露的實際地質(zhì)條件，及時調(diào)整完善原設(shè)計方案，建立動態(tài)設(shè)計理念是必要的。

（2）地下水對邊坡穩(wěn)定會產(chǎn)生不利影響，邊坡開挖過程中做好坡頂截水、坡內(nèi)排水措施對邊坡穩(wěn)定性有益。

（3）對于巖質(zhì)高邊坡，當(dāng)滑動面較深且較陡時，下滑力非常大，在此基礎(chǔ)進行加固是不經(jīng)濟的，此時沿滑動面進行卸載可以起到較好的效果。