奴爾水利樞紐工程高邊坡防護(hù)處理設(shè)計(jì)

班懿根

(新疆塔里木河流域奴爾水利樞紐建設(shè)管理局，新疆 策勒 848300)

1 工程概況

奴爾水利樞紐工程位于奴爾河中下游河段，屬新疆和田地區(qū)策勒縣境內(nèi)。奴爾河發(fā)源于昆侖山中段卡拉塔什山北坡，全長(zhǎng)約120 km，其中,奴爾水文站以上河道長(zhǎng)度為43 km，流域面積734 km2，平均河寬200～500 m，平均縱坡約20‰。奴爾河奴爾水文站以下河道出山口后，河床驟然放寬，部分河段河床不明顯，洪水在廣闊的沖積扇上漫流，很快損失殆盡。

奴爾水利樞紐是奴爾河上的控制性工程，是承擔(dān)灌溉、發(fā)電綜合利用任務(wù)的樞紐工程。水庫(kù)總庫(kù)容為0.69億m3，正常蓄水位為2497 m，死水位為2465 m，電站總裝機(jī)容量為6.2 MW，多年平均年發(fā)電量為0.217億kW·h。工程由攔河壩、導(dǎo)流兼泄洪沖砂洞、溢洪洞、發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等組成。大壩為碾壓式瀝青混凝土心墻壩，最大壩高80 m。工程地震設(shè)防烈度為Ⅷ度。

2 工程邊坡現(xiàn)狀

奴爾水利樞紐工程區(qū)左右岸主要地層為西域組礫巖(Q1)、第四系中更新統(tǒng)沖積(Q2al)砂卵礫石、第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3al)砂卵礫石、第四系上更新統(tǒng)沖積(Q3eol)低液限粉土。

低液限粉土具有密度小、抗剪強(qiáng)度低、透水性差的特點(diǎn)，易發(fā)生地震液化等不良地質(zhì)問(wèn)題[1-3]。壩后右岸上壩公路回車平臺(tái)上部粉土邊坡和左岸廠房上部約高程2485 m處粉土邊坡受雨水侵蝕、風(fēng)力侵蝕時(shí)常出現(xiàn)小規(guī)模坍塌及揚(yáng)塵等現(xiàn)象。

壩址區(qū)西域礫巖主要由大小不等的漂石、卵礫石構(gòu)成，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，局部泥鈣質(zhì)膠結(jié)。西域礫巖具有軟化系數(shù)較大、顆粒組成不一、易風(fēng)蝕風(fēng)化等特點(diǎn)[4-5]。壩頂左岸至聯(lián)合進(jìn)水口交通洞進(jìn)口平臺(tái)處暴露的西域礫巖和聯(lián)合進(jìn)水口附近高邊坡暴露的西域礫巖時(shí)常出現(xiàn)風(fēng)蝕掉塊等現(xiàn)象。

3 工程左右岸地質(zhì)條件

左岸山頂高程約2680 m，坡高180 m，岸坡走向53°，高程2620 m以上坡度較緩，為12°～15°；高程2620 m以下逐漸變陡，地形坡度為20°～32°。在高程2440 m(Ⅲ級(jí)階地前緣)以上表部的風(fēng)積粉土在壩線附近已被清除，其余部分岸坡被風(fēng)積低液限粉土覆蓋，厚30～53 m；在高程2440 m(Ⅲ級(jí)階地前緣)以下為階地陡坎，出露第四系沖積砂礫石及西域礫巖。

據(jù)試驗(yàn)資料：風(fēng)積低液限粉土顆粒粒徑大于0.075 mm的細(xì)砂含量平均值3.19%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值91.66%，小于0.005 mm 的黏粒含量平均值5.15%，黏粒含量低，液限平均值28.23%，塑限平均值18.80%，塑性指數(shù)平均值9.4，天然干密度1.29 g/cm3，天然含水率為4.4%，比重為2.70 g/cm3，縱波速度Vp為300～530 m/s，天然狀態(tài)下直剪試驗(yàn)內(nèi)摩擦角為19°～20°，黏聚力為12.7～20.6 kPa；飽和狀態(tài)下內(nèi)摩擦角為17.5°～28.0°，黏聚力為16.9～26.1 kPa。天然狀態(tài)下壓縮系數(shù)為0.26 MPa-1，飽和狀態(tài)下壓縮系數(shù)為0.34MPa-1，為中～高壓縮性土。易溶鹽含量為0.38%～1.00%，屬鹽漬土。

右岸山頂高程大于2730 m，坡高大于300 m，岸坡走向39°，高程2610 m以上岸坡坡度為2°～28°，高程2610 m以下岸坡坡度37°左右，上覆粉土較厚，據(jù)前期勘探及施工階段資料，表層風(fēng)積低液限粉土厚36～78 m，下部為沖積砂卵礫石及西域礫巖。

據(jù)試驗(yàn)資料：風(fēng)積低液限粉土顆粒粒徑大于0.075 mm的細(xì)砂含量平均值占3.19%，0.075～0.005 mm的粉粒含量平均值占91.66%，小于0.005 mm 的黏粒含量平均值占5.15%，黏粒含量低，液限平均值28.23%，塑限平均值18.80%，塑性指數(shù)平均值9.4，天然干密度1.29 g/cm3，天然含水率為4.4%，比重為2.70 g/cm3，縱波速度Vp為300～530 m/s，天然狀態(tài)下直剪試驗(yàn)內(nèi)摩擦角為19～20°，黏聚力為12.7～20.6 kPa；飽和狀態(tài)下內(nèi)摩擦角為17.5～28.0°，黏聚力為16.9～26.1 kPa。

4 工程邊坡處理

4.1 壩后粉土邊坡處理

壩后粉土邊坡局部較陡，在受雨水侵蝕、風(fēng)力侵蝕時(shí)，常出現(xiàn)小規(guī)模坍塌及揚(yáng)塵等現(xiàn)象[6-7]。根據(jù)工程區(qū)粉土邊坡的處理經(jīng)驗(yàn)，將邊坡開(kāi)挖至1∶1.75 坡度并布置土工格室可有效解決邊坡侵蝕問(wèn)題。經(jīng)計(jì)算，如開(kāi)挖至1∶1.75坡度，粉土開(kāi)挖量達(dá)25萬(wàn)m3，工程區(qū)內(nèi)無(wú)如此規(guī)模棄渣場(chǎng)，故此方案不可行。結(jié)合庫(kù)區(qū)改建道路的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，邊坡可采用植入土錨釘，表面封閉等加固處理措施。該方案棄渣量為2.77萬(wàn)m3，規(guī)模小，可將棄渣棄于壩坡腳處。因此，針對(duì)壩后右岸回車平臺(tái)上部粉土邊坡，總體上采取開(kāi)挖+錨固+表層封閉的處理措施，邊坡處理大致分為3段，具體為：

(1)樁號(hào)0+696.00處,右側(cè)及下游粉土邊坡坡度較陡，且邊坡較高。需將邊坡開(kāi)挖至1∶1坡度，采用在邊坡布置土錨釘及掛網(wǎng)噴護(hù)等措施。

(2)樁號(hào)0+646.00～0+696.00處，邊坡高度逐漸降低，且邊坡自然坡度約為1∶1，此段邊坡需將坡腳坍塌松散堆積的粉土挖除后，采用布置土錨釘及掛網(wǎng)噴護(hù)等措施。

(3)樁號(hào)0+646.00至河床壩腳處，邊坡高度不高，且自然邊坡坡度較緩，約為1∶1.25左右，此段邊坡僅采用掛網(wǎng)噴護(hù)等措施。

本工程大壩為2級(jí)建筑物，壩后回車平臺(tái)上部邊坡的安全性對(duì)壩體整體穩(wěn)定影響較小，影響程度屬較輕，按照《水利水電邊坡工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 386—2007)的要求，此處邊坡等級(jí)為5級(jí)。

計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算參數(shù)

采用理正軟件對(duì)邊坡處理方案進(jìn)行復(fù)核，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 邊坡計(jì)算結(jié)果

4.2 左岸廠房上部粉土邊坡處理

左岸廠房上部粉土邊坡經(jīng)開(kāi)挖及自然坍塌，邊坡坡度較緩。根據(jù)樞紐區(qū)邊坡處理經(jīng)驗(yàn)，可采用高度為100 mm的土工格室進(jìn)行處理。

施工時(shí)，鋼釬成孔位置必須位于格室對(duì)角上方，鋼釬間排距2.0 m，長(zhǎng)1.5 m；固定釘間排距1.0 m，長(zhǎng)0.4 m。

4.3 壩頂左岸至聯(lián)合進(jìn)水口平臺(tái)處西域礫巖邊坡處理

壩址區(qū)西域礫巖主要由大小不等的漂石和卵礫石構(gòu)成。西域礫巖具有軟化系數(shù)較大、顆粒組成不一、易風(fēng)蝕風(fēng)化等特點(diǎn)[8]。壩頂左岸至聯(lián)合進(jìn)水口平臺(tái)處西域礫巖邊坡時(shí)常出現(xiàn)風(fēng)蝕掉塊等現(xiàn)象?？紤]此部位在樞紐碼頭附近，以后運(yùn)行期車輛及人員較多，需加強(qiáng)此部位開(kāi)挖坡面支護(hù)。

此段西域礫巖邊坡采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，采用APS-100/P型，雙層布置，內(nèi)層為格柵網(wǎng)，外層為絞索網(wǎng)。

4.4 聯(lián)合進(jìn)水口上游高邊坡西域礫巖邊坡處理

對(duì)此處邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴護(hù)處理，從聯(lián)合進(jìn)水口引渠左側(cè)2490 m開(kāi)始至邊坡頂部，2501.2 m高程以下采用φ25砂漿錨桿，孔間距2.0 m×2.0 m,長(zhǎng)4.0 m，深入巖石3.9 m，呈方形分布，C25混凝土掛網(wǎng)噴護(hù)(φ8@200)，噴護(hù)厚度100 mm；布置排水孔，孔徑40 mm，間排距3 m，埋PVC管，長(zhǎng)650 mm，入巖500 mm，深入巖石部分采用無(wú)紡布進(jìn)行包裹，包裹長(zhǎng)度為200 mm，排水孔仰角5°。2501.2 m高程以上采用C25混凝土噴護(hù)，噴護(hù)厚度50 mm；布置排水孔，孔徑42 mm，間排距3 m，入巖500 mm，排水孔仰角5°。

4.5 邊坡處理具體要求

邊坡處理的具體要求如下：

(1)將陡于1∶1的粉土邊坡開(kāi)挖至1∶1坡度，并在1∶1坡度邊坡上布置土錨釘。當(dāng)開(kāi)挖邊坡高度大于50 m時(shí)，土錨釘深度為25 m，當(dāng)開(kāi)挖邊坡高度小于50 m時(shí)，土錨釘深度為20 m。土錨釘按梅花形布置，間排距1.5 m。錨頭采用500 mm×500 mm×10 mm鋼板。邊坡同時(shí)進(jìn)行掛網(wǎng)噴護(hù)，并布置排水孔。

(2)土錨釘施工時(shí)，如在設(shè)計(jì)長(zhǎng)度內(nèi)遇西域礫巖或Q2砂礫石層，則無(wú)須繼續(xù)鉆孔，以實(shí)際長(zhǎng)度為準(zhǔn)。

(3)排水孔內(nèi)布置排水管，并以5%坡度傾向坡外，孔內(nèi)側(cè)管口設(shè)無(wú)紡布，以防細(xì)顆粒流失。排水管采用外徑50 mm、壁厚2.4 mm、公稱壓力0.1 MPa的硬聚氯乙烯管，孔眼間排距2 m，排水孔深入邊坡30 cm。

(4)開(kāi)挖粉土可堆至右岸下游壩體與山體之間的空間，堆棄粉土頂高程低于上壩公路2 m，臨空面坡度為1∶2。堆棄粉土表面覆蓋20 cm厚砂礫石。回填的粉土及砂礫石會(huì)覆蓋原壩坡邊緣處的排水溝，待回填施工完成后，在邊緣處重新修建排水溝。

(5)邊坡高度不高，且自然坡度較緩(坡度陡于1∶1.25，緩于1∶1)，邊坡僅布置掛網(wǎng)噴護(hù)、排水孔等措施。此類邊坡布置砂漿錨桿，采用Φ16自進(jìn)式錨桿，間排距2 m，長(zhǎng)度4.5 m。邊坡布置Φ8間距200 mm的鋼筋網(wǎng)，并噴護(hù)C30混凝土10 cm。

5 結(jié) 語(yǔ)

奴爾水利樞紐是承擔(dān)灌溉、發(fā)電綜合利用任務(wù)的樞紐工程，對(duì)于促進(jìn)當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村振興、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定與長(zhǎng)治久安具有重要意義。由于庫(kù)區(qū)為低液限粉土，有密度小、抗剪強(qiáng)度低、透水性差的特點(diǎn)，易出現(xiàn)地震液化等不良地質(zhì)問(wèn)題，這將對(duì)工程建設(shè)期與運(yùn)行期的水庫(kù)安全生產(chǎn)造成較大隱患。鑒于此，為消除事故隱患，采用理正軟件對(duì)水庫(kù)壩后、左岸廠房上部、壩頂左岸至聯(lián)合進(jìn)水口平臺(tái)、聯(lián)合進(jìn)水口上游四處隱患點(diǎn)進(jìn)行了邊坡處理方案復(fù)核，提出了不同的處理措施，為保障大壩施工及后期安全運(yùn)行提供了重要的技術(shù)支撐。