馱英水庫層間泥化夾層對邊坡穩(wěn)定的影響

呂尚凡

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

馱英水庫主要建筑物包括攔河壩、溢洪道及泄洪隧洞、灌溉發(fā)電引水系統(tǒng)、壩后河道電站發(fā)電引水隧洞、渠首電站及壩后河道電站廠房、升魚機系統(tǒng)、進(jìn)場交通道路等。馱英水庫樞紐涉及的邊坡開挖主要為溢洪道右側(cè)開挖邊坡，各種隧洞進(jìn)出口開挖邊坡等，其中最大開挖邊坡為溢洪道邊坡，坡高30.0～77.8 m。邊坡穩(wěn)定對馱英水庫工程安全建設(shè)和運行是十分重要的。

1 馱英水庫基本地質(zhì)概況

（1）地形地貌。馱英水庫壩址河谷為“V”型谷，水面寬20.5～52.0 m，河道平直，河流走向南偏東42°。河床高程163.4～166.4 m。沿岸邊、沖溝以及局部岸坡見基巖出露，兩岸山坡殘坡積層均較薄，為0～3.2 m，右岸相對左岸較厚。

（2）地層巖性。馱英水庫壩址區(qū)覆蓋層從上至下依次為第四系沖積層砂卵礫石和殘坡積層含碎石粉質(zhì)黏土。下伏基巖主要為侏羅系下統(tǒng)百姓組上段地層（J1b2）和下段地層（J1b1），并根據(jù)沉積構(gòu)造和巖性特征將J1b1劃分為J1b1-5～J1b1-1共5 層，J1b2不另做分層。J1b1和J1b2巖性大致分為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖3大類，呈夾層狀或互層狀[1]。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。馱英水庫壩址區(qū)總體構(gòu)造相對穩(wěn)定，但局部巖體褶皺現(xiàn)象發(fā)育，壩址河段共發(fā)育有4條褶皺，褶皺走向基本為北東向，均與河流走向正交或稍斜交，造成壩址區(qū)局部巖體扭曲、破碎嚴(yán)重，巖體多沿層面、裂隙面產(chǎn)生錯動現(xiàn)象。壩址巖體中發(fā)育多組節(jié)理，其中以切層節(jié)理為主，節(jié)理多為陡傾角，面較平直光滑，與層面相切易形成不穩(wěn)定塊體，不利于邊坡穩(wěn)定。

2 泥化夾層發(fā)育分析

馱英水庫壩址地處砂泥巖地區(qū)，其較為穩(wěn)定的沉積環(huán)境決定了地層巖性多以粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層或夾層為主，巖質(zhì)軟硬相間，這就使得軟弱的泥巖層頂或底面極易發(fā)展為軟弱夾層，而雨季地下水位的抬升又導(dǎo)致滲透性較好的軟弱夾層逐漸泥化形成泥化夾層。此外，馱英壩址區(qū)局部構(gòu)造發(fā)育，多以節(jié)理、褶皺形式出現(xiàn)，構(gòu)造帶巖體破碎，滲透性強，這也是促進(jìn)泥化夾層發(fā)育的另一個重要因素。

為查明馱英水庫壩址巖層間泥化夾層發(fā)育情況，勘察期間進(jìn)行了三項專項勘察工作：①在壩址及下游側(cè)河床基巖出露位置繪制實測剖面；②在壩址河床及兩岸鉆孔中進(jìn)行鉆孔電視攝像；③在壩址左岸山坡上布置一個豎井，在壩址下游左岸布置1個勘探平硐和1 個勘探豎井，在壩址右岸南側(cè)布置1個平硐。勘察成果見表1。

表1 馱英水庫壩址區(qū)泥化夾層發(fā)育情況勘察成果

根據(jù)編錄成果，壩址巖層中泥化夾層發(fā)育，特別是砂巖和粉砂質(zhì)泥巖與砂巖分界處的泥化夾層兩岸均發(fā)育，河床中也見有，寬度變化較大，且是連續(xù)的。

3 泥化夾層性質(zhì)

3.1 表觀性質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪，鉆孔、平硐、豎井地質(zhì)編錄情況，馱英水庫壩址區(qū)泥化夾層厚度不一，主要類型為泥型、泥夾巖屑型、巖屑夾泥型，呈黃褐色～紅褐色，稍濕～濕，呈片狀、團(tuán)塊狀，手可按壓、掰斷，錘擊聲悶，濕水軟化，易干裂。

3.2 物理力學(xué)性質(zhì)

為進(jìn)一步探明層間泥化夾層性質(zhì)，勘察期間在砂巖結(jié)構(gòu)面進(jìn)行1 組直剪試驗，試驗應(yīng)力為1.42 MPa，試驗位置位于微風(fēng)化砂巖段。共試驗5 個試體，其中3個試體剪切面為砂巖間結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面表面有薄層狀全風(fēng)化砂巖，厚2～3 mm，剪切剝落成薄片狀，表面有泥膜，為泥夾巖屑型；2 個試體剪切面為砂巖與泥巖接觸層面（砂巖上盤、泥巖下盤），泥巖表面有厚約3 cm 的全風(fēng)化層，剪切松動，局部可見平行于層面裂隙面，整體偏巖屑夾泥型。現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)面直剪試驗結(jié)果：抗剪斷摩擦系數(shù)0.37，抗剪斷黏聚力0.10 MPa。根據(jù)現(xiàn)場直剪試驗成果，結(jié)合各類巖體實際性狀，參考《水利水電工程地質(zhì)手冊》，確定壩址基巖結(jié)構(gòu)面抗剪強度參數(shù)建議值（見表3）。

表3 壩址基巖結(jié)構(gòu)面抗剪強度參數(shù)建議值

4 層間泥化夾層對邊坡穩(wěn)定的影響

4.1 對溢洪道邊坡穩(wěn)定的影響

4.1.1 溢洪道泄槽段右側(cè)邊坡

根據(jù)勘察成果，溢洪道右側(cè)邊坡為巖質(zhì)邊坡，強～弱風(fēng)化，巖體中主要發(fā)育3 組節(jié)理，由于褶皺發(fā)育，另發(fā)育有兩組層面，由此組合成的結(jié)構(gòu)面特征見表4。溢洪道泄槽段右側(cè)邊坡赤平投影圖見圖1。

表4 溢洪道泄槽段右側(cè)邊坡結(jié)構(gòu)面特征

圖1 溢洪道泄槽段右側(cè)邊坡赤平投影圖

根據(jù)圖1，控制強風(fēng)化～弱風(fēng)化巖體邊坡穩(wěn)定的不利節(jié)理裂隙組合是J1、J2和巖層面1 組合，而微風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育，基本不影響邊坡穩(wěn)定；根據(jù)勘察成果，溢洪道邊坡巖體中發(fā)育了J1b1-4層和J1b1-3層砂巖，且褶皺處風(fēng)化較深，砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖巖層中夾有多條紫紅色泥巖、泥化夾層條帶，為泥夾巖屑型。采用理正邊坡軟件進(jìn)行溢洪道右側(cè)邊坡穩(wěn)定性計算，按巖質(zhì)邊坡楔形體法計算的邊坡安全系數(shù)為1.19，雖滿足規(guī)范要求，但安全性偏低，鑒于建筑物的重要性及失事后對大壩安全影響的嚴(yán)重程度，應(yīng)對該邊坡進(jìn)行加強支護(hù)處理。針對該邊坡主要以層間泥化夾層、不利節(jié)理組合切割為潛在不穩(wěn)定因素的特點，對該邊坡采取增設(shè)錨索、錨筋樁的支護(hù)措施（見圖2）。

圖2 溢洪道泄槽段右側(cè)邊坡支護(hù)典型示意圖

4.1.2 溢洪道進(jìn)水渠段邊坡

溢洪道樁號0-072～0+024.6 出現(xiàn)變形，坡頂截水溝邊緣出現(xiàn)兩條拉裂縫，高程為265～275 m，長約55 m，裂縫寬度大于10 cm，最寬達(dá)15 cm，距離3～5 cm，基本垂直于主滑方向，在兩側(cè)見深切下部的近垂直節(jié)理。在變形體的拉動下，在上游側(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。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，溢洪道進(jìn)水渠右側(cè)邊坡以強風(fēng)化巖體為主，處于背斜核部，巖體破碎呈層狀及碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)；巖層產(chǎn)狀N62°E，NW∠33°，為近順向坡；層間發(fā)育了多條泥化夾層條帶，兩側(cè)發(fā)育陡傾角的節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀N41°W，NE∠75°～86°，該節(jié)理深切下部的巖體，開挖坡腳后邊坡沿泥化夾層面發(fā)生滑動變形[2]。

根據(jù)地質(zhì)成果，施工單位在233.5 m 平臺往里至推測最深滑裂面處進(jìn)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，開挖后邊坡最大高度為56 m，采用植被混凝土防護(hù)+砂漿錨桿支護(hù)；233.5 m 高程以下按1∶1.5～1∶1.75 進(jìn)行削坡，開挖后邊坡最大高度為20.8 m，采用砂漿錨桿及混凝土護(hù)坡支護(hù)，砂漿錨桿按間距2 m×2 m布設(shè)，長4 m。其典型支護(hù)方案見圖3。

圖3 溢洪道進(jìn)水渠段邊坡典型支護(hù)圖

4.2 對灌溉發(fā)電引水隧洞洞臉邊坡的影響

灌溉發(fā)電引水隧洞出口邊坡主要為層狀泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，節(jié)理較為發(fā)育，存在泥巖夾層，且為順向邊坡，在巖層不利節(jié)理組合的影響下易形成楔形體掉塊。在雨水沖刷下，已經(jīng)出現(xiàn)了局部崩塌、掉塊現(xiàn)象，對邊坡穩(wěn)定與施工安全均存在不利的隱患。

經(jīng)邊坡穩(wěn)定性重新驗算后，決定對灌溉發(fā)電引水隧洞出口邊坡不穩(wěn)定巖體進(jìn)行挖除處理，根據(jù)巖層產(chǎn)狀進(jìn)行重新優(yōu)化放坡，將高程213.9 m 以上三級邊坡開挖坡比由原1∶1.25 放緩至1∶1.75，并加強后續(xù)支護(hù)措施，重新放坡及支護(hù)后示意圖見圖4。

圖4 灌溉發(fā)電引水隧洞出口邊坡處理方案示意圖

5 結(jié)語

（1）前期勘察階段，對于砂泥巖地區(qū)應(yīng)探清是否存在泥化夾層，以及工程區(qū)泥化夾層的發(fā)育原因、規(guī)模及空間展布規(guī)律，并分析其物理力學(xué)性質(zhì)并提出相關(guān)設(shè)計參數(shù)。

（2）室內(nèi)設(shè)計階段，應(yīng)復(fù)核工程邊坡是否存在順向坡及不利節(jié)理組合，如存在則需進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算，并根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果提出相應(yīng)支護(hù)措施或者邊坡卸荷處理方案。

（3）施工階段，應(yīng)定期進(jìn)行工程地質(zhì)巡視及地質(zhì)編錄，并根據(jù)地質(zhì)編錄成果判斷邊坡穩(wěn)定性；如邊坡存在不穩(wěn)定因素，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)測繪及地質(zhì)編錄成果重新進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算。