玉龍喀什水利樞紐工程P1石料場開挖高邊坡穩(wěn)定性分析

楊造仁

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

玉龍喀什水利樞紐工程位于和田河支流玉龍喀什河中游河段上，是玉龍喀什河山區(qū)河段的控制性水利樞紐工程，為Ⅱ等大（2）型工程。工程水庫總庫容5.36 億m3，主要由高233.5 m 的混凝土面板堆石壩、裝機200 MW 的發(fā)電系統(tǒng)和泄洪建筑物（包括表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、1 號、2 號深孔泄洪沖砂洞）組成。

P1 石料場位于S216 省道路碑100 km 皮夏達里亞河左岸，距壩址區(qū)12～13 km。P1 石料場分為5 個區(qū)（A，B，C，D，E），料場大部分基巖裸露，儲量豐富，依地形地貌條件，料場類型為Ⅱ類。規(guī)劃P1 石料場A 區(qū)上游山梁作為工程混凝土骨料和大壩填筑堆石料料源，規(guī)劃開采量1 960萬m3，料場開采完成后形成最大邊坡高度240.0 m。P1石料場邊坡高度大、坡度陡、卸荷速度快[1，2]，快速開挖情況下，料場邊坡容易發(fā)生破壞[3-6]。下文通過計算分析邊坡穩(wěn)定性，確定合理的邊坡支護型式。

2 地質(zhì)條件

P1 石料場A 區(qū)料場長約900.0 m，寬300.0～450.0 m，山頂高程2 423 m，自然邊坡30°～60°。A區(qū)上游山梁寬厚，由上、下游兩個小山脊組成，山梁中部厚度大于300.0 m。山梁頂部高程2 400 m左右，地形平緩，山梁兩側(cè)分布有沖溝，兩側(cè)沖溝+平緩頂部+寬厚的山梁共同構(gòu)成饅頭狀地形特征。

料場出露基巖主要為淺肉紅色中細粒二長花崗巖、花崗閃長巖夾淺灰色英云閃長斑巖夾層。料場上游側(cè)為布夏達里亞河河灣，下游側(cè)為一槽狀小沖溝，山脊表層分布0.5 m左右風(fēng)化殘積土，強風(fēng)化層厚1.0～3.0 m，弱風(fēng)化層厚12.0～15.0 m。下游側(cè)山脊高程2 360 m 左右為一緩平臺，為早期階地，堆積沖洪積碎塊石土及卵礫石層，厚32.0 m 左右；下游沖溝內(nèi)兩側(cè)坡上堆積崩坡積、坡洪積含土大塊石、含土碎塊石、碎塊石土及含碎石粉土層，厚度不一，最大厚度為42.0 m，其他部位大部分表面基巖裸露。山梁下游邊緣分布有一蝕變帶，寬約12.0 m；沖溝上游側(cè)分布一沿320°NE∠65°斷層發(fā)育的花崗巖蝕變帶，寬12.0 m 左右，順沖溝展布，傾角65°左右，傾向上游。該區(qū)共統(tǒng)計4 組優(yōu)勢裂隙：325°NE∠70°，45°NW∠65°，330°SW∠65°，35°SE∠50°。

3 邊坡穩(wěn)定分析

P1 石料場位于壩址下游12～13 km，屬于與水工建筑物安全和運用不相關(guān)的水利工程邊坡，考慮邊坡破壞后對該工程及周邊建筑物的影響，邊坡等級暫定為3 級邊坡。工程區(qū)降雨較少，地下水位基本與侵蝕基準面持平，邊坡穩(wěn)定計算不考慮地下水影響。料場開挖區(qū)由上游側(cè)、中段和下游側(cè)3 段邊坡組成，上游段邊坡走向37°，坡長約120.0 m，最大坡高約120.0 m；中段邊坡走向90°，坡長約250.0 m，最大坡高約240.0 m；下游段邊坡走向306°，坡長約300.0 m，坡高約130.0 m。料場開挖邊坡穩(wěn)定計算采用極限平衡法（畢肖普法和摩根斯頓-普賴斯法）計算，并用強度折減法進行復(fù)核。

3.1 計算模型

根據(jù)SL 386-2007《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》，考慮最不利情況，選取P1 料場Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅱ-Ⅱ剖面作為典型計算剖面。Ⅰ-Ⅰ剖面最大坡高140.0 m，Ⅱ-Ⅱ剖面最大坡高250.0 m。以正常運用工況和非常運用工況作為最不利控制工況，考慮開挖完成后的巖質(zhì)毛邊坡建立邊坡穩(wěn)定計算分析模型（見圖1、圖2）。正常運用工況下的荷載包括巖體自重，規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)為1.20～1.15；非常運用工況為正常運用工況下遭遇地震，荷載包括巖體自重、地震荷載等，規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)為1.10～1.05。

圖1 極限平衡法計算模型

圖2 強度折減法計算模型

3.2 計算參數(shù)選擇

料場邊坡巖體物理力學(xué)參數(shù)地質(zhì)建議值見表1 和表 2。

表1 邊坡巖體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)取值

表2 結(jié)構(gòu)面抗剪強度指標取值

3.3 計算結(jié)果

不同工況下抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見表3，計算結(jié)果顯示，P1 料場開采后巖質(zhì)毛邊坡在2 種運用工況下計算所得安全系數(shù)均滿足SL 386-2007 要求。

表3 料場邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)匯總表

4 邊坡支護設(shè)計

通過上述分析得出P1 石料場邊坡在2 種工況下整體是穩(wěn)定的，影響邊坡局部穩(wěn)定的主要因素為斷層和蝕變帶。邊坡支護采用淺層支護+深層加固的支護措施，邊坡淺層支護采用噴混凝土、坡頂鎖口錨桿、系統(tǒng)錨桿及錨筋樁支護：噴C25 混凝土厚10 cm，掛鋼筋網(wǎng)，直徑8 mm，網(wǎng)格20 cm×20 cm；系統(tǒng)錨桿長4.5 m，直徑25 mm，間距2.0 m×2.0 m。每級邊坡頂部布設(shè)2 排長9.0 m、直徑32 mm 鎖口錨桿，間距2.0 m×2.0 m；局部巖石破碎或斷層區(qū)施以錨筋樁（3φ28，L=15.0 m）隨機深層加固。根據(jù)地下水活動情況，邊坡坡面布置排水孔，孔徑45 mm，孔深2.0 m，上仰角10°。

5 邊坡監(jiān)測

P1 石料場主要監(jiān)測內(nèi)容為邊坡表面和深部變形監(jiān)測。料場開挖區(qū)上游側(cè)、中段和下游側(cè)各設(shè)1個監(jiān)測斷面，每個斷面布設(shè)4 個表面位移監(jiān)測點、6 支多點位移計；另在地質(zhì)缺陷部位布設(shè)2 個表面位移監(jiān)測點，預(yù)留2 支多點位移計，多點位移計每支孔深50.0 m、設(shè)測點3 個。

6 結(jié)語

綜上所述，P1 石料場巖質(zhì)毛邊坡整體是穩(wěn)定的，根據(jù)計算結(jié)果及實際地質(zhì)條件，料場開挖邊坡采用淺層支護+深層加固的支護措施，配合坡面噴錨支護及排水，并采用邊坡表面和深部變形監(jiān)測結(jié)合的監(jiān)測方式，保證施工期和永久運行期安全。