順層向緩傾角邊坡支護設計

李婭 曹陽

1 工程概況

妙隘水庫位于貴州省銅仁市松桃苗族自治縣妙隘鄉(xiāng)平皋村，松桃河一級支流妙隘河上游，工程任務為農(nóng)田灌溉、集鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜供水。妙隘水庫工程為Ⅳ等?。?）型工程，由樞紐工程和輸水線路工程組成，樞紐工程由攔河壩、溢洪道、取水兼放空建筑物等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，壩軸線總長145 m，最大壩高35.0 m；溢洪道采用無閘門控制的開敞式，由引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、海漫段、拋石防沖段等組成，總長度為194.35 m。取水兼放空建筑物由取水口、取水管道及出口多功能調(diào)節(jié)閥室三部分組成。取水口利用導流洞改造而成，采用龍?zhí)ь^型式，取水管道首部采用龍?zhí)ь^型式，后部在導流洞內(nèi)設置明鋼管，長267 m。出口多功能調(diào)節(jié)閥室位于導流隧洞出口處，取水管在多功能調(diào)節(jié)閥室內(nèi)分為3條支管，分別為水庫放空管、生態(tài)基流管和引水管。輸水線路總長5 536 m，由輸水管道、交叉建筑物和附屬建筑物組成。

妙隘水庫工程施工總工期28個月，工程于2014年12月1日開工，2017年3月主體工程施工完成，2018年8月通過下閘蓄水驗收，2019年5月通過竣工驗收，目前工程運行良好。

妙隘水庫工程規(guī)模較小，建筑物設計常規(guī)，溢洪道右岸永久邊坡屬軟巖區(qū)緩傾角順層向邊坡，是本項目設計的重點和難點。針對右岸邊坡的特性，設計中采取了支護措施，但在施工過程中，右岸樁號溢0-073.5段—溢0+17.5段發(fā)生了滑坡，滑坡總方量約1.75萬m3。

2 溢洪道邊坡工程

2.1 工程地質(zhì)

妙隘水庫開敞式溢洪道位于壩址右岸，妙隘河由近SN向轉為近EW向流經(jīng)壩址，于右岸形成凸岸。溢洪道沿線地面高程425～465 m。地表覆蓋第四系全新統(tǒng)坡殘積粉質(zhì)黏土或碎石土，厚度1～3 m。溢洪道基巖地層為志留系中統(tǒng)石牛欄群一段，地基主要巖性為砂質(zhì)頁巖、泥巖、砂質(zhì)頁巖與泥巖互層等，屬較軟巖或軟巖，巖層產(chǎn)狀為：NE40°～45°/SE∠36°～40°。

溢洪道左岸表部巖體風化嚴重，呈強風化狀，下部巖體呈弱風化及微風化狀。巖層走向與邊坡走向基本一致，開挖邊坡為逆向坡，整體穩(wěn)定性較好；溢洪道右岸表部巖體風化強烈，呈強風化狀，下部巖體呈弱風化及微風化狀。巖層走向與邊坡走向基本一致，開挖邊坡為順向坡，整體穩(wěn)定性差。

2.2 邊坡支護設計

溢洪道左岸的逆向坡，開挖高度小，采取噴混凝土防護。開挖坡比1∶0.5～1∶0.75。

溢洪道右岸的順向坡，最大邊坡高度41 m，巖石開挖坡比為1∶0.75～1.20，每15 m設一級馬道，馬道寬2.0 m。微風化-弱風化巖體開挖坡比為1∶075，采用掛網(wǎng)噴混+錨索支護，強風化及其上部巖體開挖坡比為1∶1.2，采用框格梁+錨索聯(lián)合支護形式。錨索設計噸位500 kN。邊坡設有排水設施，沿邊坡走向結合馬道布置縱、橫向排水溝，排除地表水，同時在邊坡上鉆設排水孔，降低坡后地下水位。

進水渠中部及控制段右岸邊坡是本工程高邊坡位置，樁號溢0-073.5—溢0+17.5范圍內(nèi)，最大邊坡高度41 m。共設有兩級馬道，高程分別為474.5 m和464.5 m，馬道寬度均為2 m。高程474.5 m以上設計坡比為1∶1.2，高程452.5～474.5 m設計坡比為1∶0.75，高程449.40～452.5 m之間為引渠擋墻，擋墻背坡開挖臨時坡比1∶0.3。共設89根錨索，錨索設計噸位均為500 kN，錨固段長度10 m，錨入弱風化中下部至微風化。邊坡支護典型設計如圖1所示。

圖1 樁號溢0-020.00典型支護設計圖

進水渠中部及控制段巖層傾角為36°～40°，邊坡開挖后形成順向坡，下部邊坡坡度53°，陡于巖層傾角，形成切腳開挖，因此在施工過程中特別強調(diào)施工程序，必須邊開挖邊支護。

3 邊坡失穩(wěn)

2016年4月29日上午11點40分，溢洪道引渠段右邊坡發(fā)生滑坡?；路秶鸀橐?-035—溢0-073.5段，高程461.0～496.0 m，下游與較完整巖石邊坡幾乎成直線拉開，頂部及上游邊界為設計排水溝邊線，下部滑舌滑出高程約462 m?；麦w頂寬約11.5 m，底寬約42 m，平均寬度約22 m，頂部厚度約3.5 m，下部厚度約1.8 m，平均厚度約2.6 m，沿主滑方向投影長度54 m，為一小型、淺層混合滑坡體。

2016年6月11日18：10，溢0+17.5—溢0-12.5段邊坡滑坡，當天晚上23：20溢0-12.5—溢0-35.0 m段邊坡滑坡，滑坡高程范圍為454.5～499.6 m?；麦w表面出現(xiàn)較多裂縫，分布有剪切裂縫、膨脹裂縫、張拉裂縫，裂縫寬10～50 cm，延伸走向和長度不一?；麦w前部出現(xiàn)變形和鼓脹，后部出現(xiàn)陡坎，坎高約3 m，錨墩下移2～5 m不等?；旅媲逦隹梢?，為光滑的巖石層面，層面間有40 mm厚泥層?；潞蟊诰嗦坊鶅?nèi)邊線60 m，下部滑舌高程454.0 m?；虑把厝枪那鸶哌_0.8～1.2 m，頂部寬度約20 m，下部寬度為50 m，平均寬度為40 m，頂部厚度5 m，下部厚度2.0 m，平均厚度3.5 m，為小型、淺層、土巖混合滑坡體。

兩次滑坡總方量約1.75萬m3。

4 邊坡滑移分析

4.1 施工過程分析

2016年4月8日溢0-35.0—溢0-73.5 m段開挖至高程464.5 m（馬道），4月15日開挖至高程461.5 m。高程461.5 m以上滑坡樁號范圍內(nèi)共布置了5排預應力錨索，共計21根，滑移發(fā)生時，滑坡體下部的12根錨索尚未張拉。在此前提下，邊坡繼續(xù)下挖，造成巖層切角，開挖后坡角為53°，陡于巖層傾角，形成臨空面。

溢0+17.5—溢0-12.5段溢洪道右岸邊坡共布設了7排，46根錨索，在滑坡發(fā)生前，下部錨索均未張拉，上部形成巖體臨空區(qū)。2016年5月8日現(xiàn)場設代人員就發(fā)現(xiàn)了該區(qū)域出現(xiàn)了巖體切割掉快、未按設計圖紙打排水孔等問題，并提出了處理意見，要求施工方盡快張拉錨索予以錨固，補打邊坡排水孔，但截止滑坡前未得到實施。

4.2 降雨和地下水原因

本滑坡區(qū)正置多雨季節(jié)施工，滑坡發(fā)生前施工區(qū)曾連續(xù)多天強降雨。由于地表碎石土較松散，透水性較好，雨水不易形成地表徑流，而是大部直接下滲，使邊坡后碎石土、頁巖、泥巖飽和，巖土質(zhì)量加大，產(chǎn)生不利于邊坡穩(wěn)定的滲透水壓力，潛在滑動面下滑力加大；雨水下滲使層面出現(xiàn)軟化和泥化，造成巖體及層面的抗剪強度顯著降低；溢0-12.5和溢0-035發(fā)育有兩條基本垂直于溢洪道軸線的裂隙，該裂隙為碎石土充填，下滲雨水對裂隙面上的碎石土層起到軟化作用，進一步降低了巖石順節(jié)理裂隙面抗剪強度。綜合各種外力作用剪切破壞加劇，蠕動速度，形成滑坡。

4.3 地質(zhì)原因分析

滑坡體所在地層巖性為泥質(zhì)頁巖及砂質(zhì)頁巖，巖性較軟，穩(wěn)定性差，暴露地表后易風化崩解碎落，當受到雨水浸濕后易形成表面錯落，從而使巖層層間抗剪強度降低，發(fā)生順層滑動。

2016年4月29日11點，發(fā) 生 在 溢0-35.0—溢0-73.5段的滑坡為以巖土結合面為滑移面的推移式滑坡?；掳l(fā)生前遇較長時間降雨，地表水潛入地下，受表層噴混凝土阻隔封閉、排水孔（管）不能有效排水等，導致入滲水在土體內(nèi)積聚，土體飽和、抗剪指標下降，最終發(fā)生了沿巖土結合面的滑移（滑移發(fā)生時，滑坡體下部的12根錨索尚未張拉）。現(xiàn)場對覆蓋層采用噴混凝土防護、不按設計要求鉆設排水孔（眼），均不利于地下水的有效排泄。

2016年6月11日溢0+17.5—溢0-035段滑坡為以主滑移體以左右兩條NW向垂直坡面的豎向裂隙為側裂面、以泥頁巖層面為底滑面的牽引式滑移?；魄捌旅嫦掠蝹瘸霈F(xiàn)臨空區(qū)，導致上部巖體臨空，失去支撐。臨空區(qū)下部切角后表層巖體沿軟化泥巖結構面順層向整體滑動，局部向下游扭轉，擠壓下部巖體至隆起，滑坡壁清晰，高3～4 m。此次滑坡上、下游均有兩組裂隙發(fā)育，頂部滑坡面發(fā)現(xiàn)有泥膜現(xiàn)象，在滑坡體上游側挖至滑動面時發(fā)現(xiàn)3～5 cm泥夾碎屑層，高程454.0 m切斷頁巖后亦發(fā)現(xiàn)約4 cm厚夾泥層。連續(xù)降雨致夾泥層飽和，沿層面出現(xiàn)軟化和泥化，沿此泥化夾層發(fā)生了牽引式滑坡，地質(zhì)條件較初步設計階段惡劣。

5 工程處理設計

結合現(xiàn)場實際情況，針對該部位邊坡進行了邊坡穩(wěn)定敏感性分析，采取的工程措施如下：

（1）全部清除滑坡體?；麦w清除應沿巖層面自上而下進行，邊錨固邊清理，不再設馬道。

（2）考慮到本滑坡為淺層滑坡，已施工的錨索其錨固段巖石尚未受到太大影響，故完成滑坡清理后，對已施工完成的錨索進行張拉測驗，若錨索能滿足設計要求，可利用現(xiàn)有錨索配合增加混凝土框格梁支護；若現(xiàn)有錨索不能滿足原設計要求，則需按原設計新做錨索。

（3）全斷面設置混凝土框格梁。考慮噴混凝土對邊坡排水的阻隔，滑坡體清除后的坡面不再采用噴混凝土支護，采用框格之間填腐植土并植草等防護措施對邊坡巖層進行保護。

（4）原錨索錨固區(qū)外的滑移面新增區(qū)域，按設計間隔增設錨索。其中豎向在高程490.5 m和494.5 m各增設1排錨索，錨索錨固力為500 kN。高程453.5 m增設1排700 kN的錨索。

（5）為確保設置混凝土框格安全可靠，高程475.50 m和465.50 m設兩排孔徑為Φ120 mm的鋼管樁，孔深為9 m，間距1 m，垂直巖面布設，鋼管采用Φ89 mm壁厚4.5 mm的無縫鋼管，內(nèi)放3根Φ32鋼筋，用Φ8@300箍筋連接，壁管鉆花孔，安裝完后注M30水泥砂漿，外露0.4 m，與框格梁鋼筋連接。

（6）坡面設Φ80 mm邊坡排水孔，排水孔入巖2.0 m和5.0 m。2.0 m和5.0 m排水孔梅花形間隔布置，間排距3.0 m。

（7）施工期間，加強邊坡觀測，保證工程安全。

處理后的邊支擴情況如圖2所示。

6 結語

圖2 處理后的邊坡支護情況

妙隘水庫工程地層巖性為砂質(zhì)頁巖、泥巖及泥頁巖互層，均為較軟巖，遇水易軟化；邊坡開挖后，支護措施不及時，并未按設計要求設置邊坡排水措施，隨著繼續(xù)切角下挖，上部巖體形成臨空面，失去支撐?；路秶鷥?nèi)地表碎石土松散，透水性較好，雨水不易形成地表徑流，而是大部直接下滲，順土中孔隙或裂隙下滲至潛在滑動面（巖土結合面和軟化泥層結構面），致使土體、頁巖、泥巖飽和，沿層面出現(xiàn)軟化和泥化，造成巖體及層面的抗剪強度顯著降低，形成軟化泥巖面，形成了沿此泥化夾層的牽引式滑坡。

經(jīng)過對妙隘水庫軟巖區(qū)順層向滑坡產(chǎn)生的原因及邊坡穩(wěn)定敏感性分析，對南方強降雨區(qū)順層向緩傾角邊坡設計有了更深入的認識。總結經(jīng)驗教訓，在前期設計工作中如遇類似地質(zhì)條件，最好的方法是調(diào)整建筑物軸線，避免在此類地區(qū)進行邊坡開挖，如不可避免應盡量放緩邊坡，做好邊坡支護和排水設計，特別強調(diào)施工工序，需邊開挖邊支護，同時加強施工期觀測。