葛岙水庫緩傾角結(jié)構(gòu)面深層抗滑穩(wěn)定分析及處理

顧浩欽　周雪梅　沈翔　郭素真　陳迪輝

摘 要：本文以葛岙水庫工程為例，描述了主壩河床15#～17#壩段壩基開挖揭露的緩傾角結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、走向等，并詳細(xì)分析了計(jì)算條件及參數(shù)，然后采用規(guī)范推薦的等安全系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)計(jì)算成果，提出了一些進(jìn)一步確保壩體安全穩(wěn)定性的緩傾角結(jié)構(gòu)面處理措施，以期為類似壩基地質(zhì)情況的重力壩工程提供參考。

關(guān)鍵詞：重力壩;緩傾角結(jié)構(gòu)面;深層抗滑穩(wěn)定;等安全系數(shù);雙滑動(dòng)面

中圖分類號(hào)：TV223文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）15-0056-03

Abstract： Taking the ge'ao reservoir project as an example， this paper described the occurrence and trend of the gently inclined structural plane exposed by the dam foundation excavation of the riverbed 15#～17# dam section of the main dam， analyzed the calculation conditions and parameters in detail， and then used the equal safety factor method recommended by the code for calculation and analysis. According to the calculation results， some treatment measures of gently inclined structural plane to further ensure the safety and stability of the dam body were put forward， in order to provide reference for gravity dam projects with similar dam foundation geological conditions.

Keywords： gravity dam;lowly inclined structure faces;deep anti sliding stability;equal safety factor;double sliding surface

1 工程概況

葛岙水庫工程位于寧波市奉化區(qū)尚田鎮(zhèn)，是一座以防洪為主，結(jié)合供水、灌溉、生態(tài)等綜合利用的中型水利樞紐工程。水庫流域面積為38.50 km2，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)2 000年一遇。水庫樞紐工程主要由攔河壩（包括主壩和副壩）、泄水建筑物、放空建筑物和輸水建筑物等組成。水庫正常蓄水位62.00 m，設(shè)計(jì)洪水位65.31 m，校核洪水位66.33 m，總庫容4 095.00萬m3。大壩壩型為常態(tài)混凝土重力壩，主壩長343.00 m，最大壩高47.50 m，副壩長212.00 m，最大壩高37.50 m。

2 緩傾角結(jié)構(gòu)面性狀分析

2.1 主壩右岸河床壩段壩基現(xiàn)場情況

2020年上半年，葛岙水庫主壩右岸河床壩段（15#～17#壩段）建基面開挖過程中，發(fā)現(xiàn)壩基巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，斷層及節(jié)理較多，壩基范圍內(nèi)揭露f5—f12等8處斷層破碎帶，其中6處為陡傾角結(jié)構(gòu)面，2處（f10、f11斷層）為緩傾角結(jié)構(gòu)面[1]。主壩15#～17#壩段建基面揭露斷層分布位置如圖1所示。

2.2 緩傾角結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀

f10斷層主要揭露于主壩15#壩段建基面，延伸較長，交錯(cuò)于斷層f7、f9。主要產(chǎn)狀為N5°E/SE∠30°，與斷層f11走向近平行，局部面扭曲，緩傾角傾向主壩下游右側(cè)。該斷層充填強(qiáng)風(fēng)化狀硬質(zhì)凝灰?guī)r，局部充填少量泥質(zhì)巖屑。斷層f10緩傾角結(jié)構(gòu)面抗剪斷（抗剪）強(qiáng)度參數(shù)建議值：抗剪斷摩擦系數(shù)[f]=0.50，抗剪斷凝聚力[C]=0.10MPa，抗剪摩擦系數(shù)[f]=0.40。

f11斷層揭露于主壩15#、16#壩段建基面，延伸較長，交錯(cuò)于斷層f5、f7。主要產(chǎn)狀是N10°E/SE∠20°，為緩傾角結(jié)構(gòu)面，與斷層f10走向近平行，局部面扭曲，緩傾角傾向主壩下游右側(cè)。f11斷層主要充填強(qiáng)風(fēng)化狀硬質(zhì)凝灰?guī)r，與斷層f5交錯(cuò)處充填巖屑夾泥質(zhì)，斷層周圍巖體較破碎;在壩下0+009處往上游方向揭露長約15.00 m，揭露厚10.00～50.00 cm，主要充填巖塊巖屑，局部較破碎。

為推測f11斷層在主壩16#壩段下的延伸情況，在主壩16#壩段布置了4個(gè)鉆孔。根據(jù)現(xiàn)場鉆孔回水顏色變化及進(jìn)尺快慢情況，推測f11斷層在主壩16#～17#壩段下確有延伸，鉆孔內(nèi)揭露厚度為0.50～1.30 m，傾角約20°，推測斷層f11在主壩16#壩段下的影響帶厚度為0.47～1.22 m。

3 緩傾角結(jié)構(gòu)面深層抗滑穩(wěn)定分析

主壩右岸河床壩段建基面現(xiàn)狀揭露的f10、f11斷層為緩傾角結(jié)構(gòu)面，為確保主壩壩體穩(wěn)定，需要復(fù)核驗(yàn)算其所在壩段的壩體深層抗滑穩(wěn)定情況。

3.1 深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法

根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 319—2018）[2]附錄C，按抗剪斷強(qiáng)度采用等安全系數(shù)法計(jì)算的重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法如下。雙滑面為常見情況，如圖2所示。

按抗剪斷強(qiáng)度公式計(jì)算的重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于規(guī)定值，即基本組合不小于3.00，特殊組合1不小于2.50，特殊組合2不小于2.30。

3.2 深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)

主壩右岸河床壩段壩基緩傾角結(jié)構(gòu)面f10、f11斷層總體分布于15#壩段及其右岸壩基。根據(jù)施工現(xiàn)場f10、f11斷層開挖揭露及地質(zhì)鉆孔探明情況，物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)地質(zhì)勘察成果，在15#～17#壩段深層抗滑穩(wěn)定分析過程中，可通過計(jì)算斷面壩基建基面高程，進(jìn)行15#～17#壩段下游側(cè)滑出面（最不利的破裂面）位于壩基中巖層位置（弱風(fēng)化～微風(fēng)化）的判別。對現(xiàn)場壩基開挖揭露巖層進(jìn)行分析可知，15#～16#壩段計(jì)算斷面下游側(cè)滑出面位于壩基微風(fēng)化巖層，17#壩段計(jì)算斷面下游側(cè)滑出面大部分位于壩基微風(fēng)化巖層，僅表層1.5～3.5 m深度范圍位于弱風(fēng)化巖層。下游側(cè)滑出面的計(jì)算參數(shù)按此原則選取。

3.3 主壩壩基深層抗滑穩(wěn)定分析

主壩15#～17#壩段壩基深層抗滑穩(wěn)定分析的滑動(dòng)模式均為雙滑面模式，即上游以f10、f11斷層為底滑面，剪斷下游巖體，使壩體帶動(dòng)巖層，并沿著巖層面從壩趾后方剪出。鑒于壩體斷面范圍外下游巖層內(nèi)部節(jié)理情況不明，計(jì)算中下游滑出面通過試算方式選擇一條最不利的破裂面（在滑出面與水平面成不同夾角的情況，分別用等安全系數(shù)法計(jì)算出不同的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，直至出現(xiàn)最小值），從而最終確實(shí)計(jì)算斷面壩體深層抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，與規(guī)范要求的允許值對比分析[3]。

本次分別對主壩15#壩段樁號(hào)0+223斷面受f10斷層影響，16#壩段樁號(hào)0+229斷面受f10、f11斷層影響，16#壩段樁號(hào)0+238斷面受f11斷層影響，17#壩段樁號(hào)0+239斷面受f11斷層影響，17#壩段樁號(hào)0+253斷面受f11斷層影響的深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，并同時(shí)就基本組合工況的兩種工況（正常蓄水位工況1、設(shè)計(jì)洪水位工況2）、特殊組合1的三種工況（校核洪水位工況3、施工完建期工況4、正常蓄水位+排水失效工況5）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算分析成果詳見表2。

根據(jù)施工地質(zhì)描述分析，斷層f10、f11傾向下游及右岸，往主壩下游及右岸壩肩處斷層埋深逐漸加深。上述計(jì)算結(jié)果表明，主壩15#～17#壩段受緩傾角結(jié)構(gòu)面影響，在基本組合和特殊組合1的5種工況下，深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，但16#壩段局部安全富余較小。

4 緩傾角結(jié)構(gòu)面處理方案

結(jié)合現(xiàn)狀，擬采取相應(yīng)措施，進(jìn)一步確保壩體的安全穩(wěn)定性，具體論述如下[4]。

第一，f10、f11斷層在15#～16#壩段建基面的揭露處，采用混凝土塞截?cái)嗵幚?，并在混凝土塞前端，掏挖局部緩傾角結(jié)構(gòu)面破碎巖體，掏挖進(jìn)尺0.3～0.5 m，并用C25混凝土回填。

第二，因主壩右岸河床壩段壩基斷層較多，根據(jù)規(guī)范要求，調(diào)整原施工圖壩基固結(jié)灌漿孔排距、孔距，同時(shí)增加對斷層破碎帶的針對性固結(jié)灌漿（可采用定點(diǎn)固結(jié)灌漿的方式，根據(jù)施工單位對斷層槽挖后的現(xiàn)場測量結(jié)果，布置定點(diǎn)固結(jié)灌漿孔位置）。

第三，主壩右岸河床壩段壩基f8～f11斷層為順?biāo)鞣较?，且貫穿于主?5#～17#壩段的上下游，為進(jìn)一步阻斷順?biāo)鞣较驍鄬右鸬膲位鶟B透水流，降低壩基揚(yáng)壓力，在原施工圖壩基灌漿排水廊道布置的單排帷幕灌漿（主帷幕灌漿）基礎(chǔ)上，再增設(shè)一排帷幕灌漿（副帷幕灌漿），增設(shè)的副帷幕灌漿位于主帷幕灌漿下游側(cè)1.0 m處，孔距2.0 m，范圍為f9斷層左側(cè)3～5 m，右側(cè)以切斷f11斷層淺部面，與主帷幕灌漿孔之間呈梅花形布置，深度為其上游側(cè)主帷幕灌漿孔的0.65倍（但孔底高程不得高于相對不透水層界限）。

第四，在主壩壩基灌漿及排水廊道下游側(cè)增設(shè)副排水孔，設(shè)置范圍為15#～17#順?biāo)飨驍鄬佑绊懛秶帯８迸潘着c主排水孔在同一中心線上，于主排水孔中間布置，孔距2.5 m，傾向下游20°。副排水孔孔深深入緩傾角結(jié)構(gòu)面斷層破碎帶以下不小于1.0 m，穿過斷層破碎帶的排水孔，應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

第五，因壩基斷層開挖，主壩15#、16#壩段下游側(cè)下挖較深，最低處已達(dá)10.8 m。斷層混凝土塞回填完成后，對其進(jìn)行C9025W6F50大體積混凝土回填處理，并采取相應(yīng)的光滑基巖面鑿毛、陡傾角基巖面錨桿及接觸灌漿設(shè)置等措施。大體積混凝土回填完成后，頂部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)一層（Φ28@300 mm×300 mm）再澆筑壩基混凝土。

5 結(jié)語

本文以寧波奉化區(qū)葛岙水庫工程為例，介紹了主壩河床15#～17#壩段建基面開挖揭露斷層情況，并詳細(xì)描述了f10、f11兩條緩傾角結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、走向等。然后采用重力壩深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析的等安全系數(shù)法（按抗剪斷強(qiáng)度），計(jì)算分析了受其影響的各壩段深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。結(jié)果表明，15#～17#壩段深層抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，但16#壩段局部安全富余較小。本文最后提出了一些進(jìn)一步確保壩體穩(wěn)定安全性的緩傾角結(jié)構(gòu)面處理措施，以期為類似壩基地質(zhì)情況的重力壩工程提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.寧波奉化區(qū)葛岙水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告（報(bào)批稿）[R].寧波：寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2020.

[2]中華人民共和國水利部.混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 319—2018[S].北京：中國水利水電出版社，2018.

[3]林繼鏞.水工建筑物[M].5版.北京：中國水利水電出版社，2009：12.

[4]韓健，盧玲，包芬芬.對重力壩設(shè)計(jì)深層抗滑穩(wěn)定分析的探討[J].中國水運(yùn)，2014（1）：309-311.