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某水電站左岸山梁治理設(shè)計(jì)
摘要：文章介紹了某水電站左岸6#山梁壩頂公路以上部位的邊坡綜合治理設(shè)計(jì)，包括基本地形地質(zhì)條件分析、邊坡失穩(wěn)機(jī)制和模式研究、邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、綜合治理設(shè)計(jì)原則和工程措施。
關(guān)鍵詞：水電站 左岸6#山梁 邊坡 綜合治理設(shè)計(jì)
1概述
XX水電站6#山梁位于壩址左岸F5斷層下游側(cè)地段。在該處山坡布置有高線(EL.1380m)、壩頂(EL.1245m)、中線(EL.1140m)和低線(EL.1000m)四層公路，河床及岸邊布置有水墊塘二道壩、下游圍堰和導(dǎo)流隧洞出口等水工建筑物，在壩頂公路和高線公路之間(靠瓦斜路溝側(cè))布置有左岸砂石加工系統(tǒng)。6#山梁的天然山坡及開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定程度對(duì)上述工程運(yùn)行期特別是施工期的安全影響重大。
2001年9月，在公路開(kāi)挖爆破過(guò)程中引發(fā)一定范圍的巖體傾倒錯(cuò)落塌滑，在高線公路無(wú)法明挖通過(guò)的同時(shí)，6#山梁塌滑巖體周邊仍余留部分危巖，威脅公路和導(dǎo)流洞出口施工及運(yùn)行安全，并可能制約截流工期;2002年6月，云南瀾滄江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)知名邊坡專家到現(xiàn)場(chǎng)踏勘、考察和咨詢后，明確對(duì)6#山梁必須采取工程措施，確保開(kāi)挖邊坡在施工期的穩(wěn)定，并提高山坡整體穩(wěn)定安全度。
2 地形地質(zhì)條件
6#山梁綜合治理的平面范圍見(jiàn)附圖所示。在Ⅲ級(jí)斷層F5與F23之間，大部分地段基巖裸露，僅局部山坳及沖溝中有第四系堆積物分布。山坡平均坡度約40°，局部地段分布有早期崩塌作用形成的陡壁�，F(xiàn)公路開(kāi)挖形成的邊坡形態(tài)多呈陡緩轉(zhuǎn)折的階梯狀。
出露地層主要為中深變質(zhì)巖系及第四系，巖層呈單斜構(gòu)造橫河分布，陡傾上游，主要巖性為黑云花崗片麻巖和角閃斜長(zhǎng)片麻巖，它們雖均屬堅(jiān)硬的塊狀巖石，但后者的抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱。第四系堆積層主要為碎石質(zhì)砂粉土夾塊石及塊石層和開(kāi)挖堆渣，高程1200m以上分布較薄，厚度約0.5m~5m。
巖層產(chǎn)狀為N70°~85°W,NEÐ65°~85°，主要結(jié)構(gòu)面走向近EW及近SN，傾角多陡立。根據(jù)結(jié)構(gòu)面的規(guī)模劃分，該地段主要分布有F5、F19、F23、F15四條Ⅲ級(jí)陡傾斷層和兩組Ⅳ級(jí)陡傾結(jié)構(gòu)面(小斷層f和擠壓面gm)。普通發(fā)育對(duì)邊坡穩(wěn)定程度關(guān)系較大的Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面(節(jié)理)主要發(fā)育三組：①近SN向陡傾節(jié)理組(順河向節(jié)理)，產(chǎn)狀為N0°~10°E，SE∠75°~90°，延伸一般2m~5m，最長(zhǎng)可達(dá)10余米，間距20cm~50cm，在局部地段分布有寬5m~10m的節(jié)理密集帶;②NWW向節(jié)理組(橫河向節(jié)理)，產(chǎn)狀N65°~85°W，NE∠55°~80°，延伸一般1m~3m，間距30cm~50cm;③順坡向中緩傾角節(jié)理組，產(chǎn)狀為N20°W~N20°E，SW~NW∠30°~45°，該組節(jié)理在微風(fēng)化~新鮮巖體中相對(duì)不發(fā)育，延伸較短。
邊坡巖體以均勻風(fēng)化為主，風(fēng)化層厚度主要受巖性、構(gòu)造和地形控制。一般在地形凸出的山脊部位風(fēng)化厚度大，山坳、沖溝地段的風(fēng)化層相對(duì)較薄;在坡頂和角閃斜長(zhǎng)片麻巖分布地段的地形較平緩部位，常出現(xiàn)較厚的全、強(qiáng)風(fēng)化層。
6#山梁地勢(shì)陡峻，卸荷作用強(qiáng)烈。卸荷現(xiàn)象主要表現(xiàn)為生成順坡向中緩傾角剪切裂隙和陡傾角拉張裂隙，岸坡常在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生崩塌等失穩(wěn)現(xiàn)象。
本地區(qū)地表水和地下水的最低排泄基準(zhǔn)面為瀾滄江。地下水類型主要為裂隙潛水，由于補(bǔ)給來(lái)源豐富，地下水位埋藏較淺，岸坡地下水位線一般在弱風(fēng)化巖體的中、下部。
3 邊坡失穩(wěn)機(jī)理與模式分析
6#山梁巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)主要發(fā)生在山坡淺表部位的強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體中，并常見(jiàn)以下幾種類型：
a. 滑移型塌滑：常發(fā)生在順坡中緩傾角剪切裂隙較發(fā)育且連通率較高的邊坡表層。通常是以順坡裂隙為底滑面，順河向卸荷拉張裂隙(或節(jié)理)為后緣拉裂面，橫河向節(jié)理為側(cè)向切割面。該類塌滑一般規(guī)模較小，但它可向周邊逐漸擴(kuò)展，向深部逐漸剝離。
b. 錯(cuò)落型崩塌：常出現(xiàn)在由花崗片麻巖構(gòu)成的陡坡地段，其失穩(wěn)機(jī)理是：邊坡巖體在卸荷過(guò)程中順河延伸的拉張裂隙逐漸構(gòu)通，陡坡下部巖體被壓碎并出現(xiàn)剪切破裂面(常追蹤順坡節(jié)理)，在某些觸發(fā)因素作用下即發(fā)生崩塌。6#山梁在高線公路開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生的較大范圍的崩塌屬此類型。
c. 傾倒型崩塌：此類崩塌常發(fā)生在兩種巖層交界面或有Ⅱ、Ⅲ級(jí)斷層等軟弱巖帶分布的逆層坡地段。其失穩(wěn)機(jī)理是：山坡下部分布有相對(duì)易風(fēng)化的巖層或軟弱巖帶，它們?cè)陲L(fēng)化卸荷過(guò)程中逐漸被壓縮，使其上部的相對(duì)較堅(jiān)硬的巖體發(fā)生傾倒、折斷，當(dāng)下部巖體被壓碎出現(xiàn)剪切破壞時(shí)即發(fā)生崩塌。
4 平面穩(wěn)定分析
4.1 巖體物理力學(xué)參數(shù)
由于地勘資料的缺乏和不足，本次計(jì)算依據(jù)前期地質(zhì)、試驗(yàn)資料和開(kāi)挖暴露面所揭示的地質(zhì)條件，并對(duì)山坳塌方體進(jìn)行地質(zhì)參數(shù)反演分析(反演成果見(jiàn)表一注)，綜合以上因素,擬定邊坡平面穩(wěn)定計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表一。
表一 邊坡平面穩(wěn)定巖土力學(xué)參數(shù)計(jì)算采用值(峰值強(qiáng)度)
4.2 穩(wěn)定計(jì)算方法
切取典型剖面，按平面剛體極限平面問(wèn)題考慮，不考慮動(dòng)力效應(yīng)對(duì)巖土參數(shù)取值的影響。計(jì)算采用陳祖煜教授編制的EMU程序進(jìn)行。
4.3 平面穩(wěn)定計(jì)算邊界條件與控制標(biāo)準(zhǔn)
(1)邊坡滑動(dòng)方向與計(jì)算剖面選取
根據(jù)地質(zhì)條件分析，為簡(jiǎn)化計(jì)算，6#山梁邊坡失穩(wěn)的邊界條件如下：
a. 沿強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷帶順坡中緩傾角結(jié)構(gòu)面的剪切滑移破壞;
b. 向河床、溝谷等臨空面方向的傾倒崩塌破壞;
c. 中緩傾角節(jié)理與陡傾結(jié)構(gòu)面相互切割、組合，構(gòu)成對(duì)邊坡不利的楔體破壞模式。
考慮到XX工程樞紐區(qū)中緩傾角節(jié)理及卸荷裂隙發(fā)育的主要產(chǎn)狀為近SN向，基本垂直的兩組陡傾結(jié)構(gòu)面也以近SN向相對(duì)發(fā)育，計(jì)算剖面為一近EW向和其它三個(gè)接近天然地形最陡方向剖面。
(2)地下靜水壓力取值
6#山梁地區(qū)天然地下水位基本上處于強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷帶以下部位，計(jì)算分析中采用暴雨條件下的地下靜水壓取值標(biāo)準(zhǔn)采用：取1/5滑塊高度。
(3)地震慣性力
地震工況下地震慣性力按擬靜力法計(jì)算，僅考慮水平向地震作用。取100年超越概率10%水平峰值加速度a水平=0.169g，地震效應(yīng)折減系數(shù)ζ=0.25,動(dòng)態(tài)分布系數(shù)ai=1.875，相應(yīng)的水平地震力綜合系數(shù)取值為Kh=0.08。
(4)計(jì)算工況及安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)
6#山梁綜合治理措施考慮一次到位實(shí)施，避免二次上山不考慮分期進(jìn)行，因而計(jì)算分析考慮正常運(yùn)行、地震和泄洪工況，其中壩頂公路以下邊坡將結(jié)合導(dǎo)流洞出口開(kāi)挖、泄洪霧化保護(hù)等，下一步作綜合治理研究，故本次計(jì)算無(wú)泄洪工況。本區(qū)域距工程主體拱壩尚有一定距離，壩頂公路以上邊坡又接近天然邊坡，安全等級(jí)按低于主體工程邊坡考慮，取為二級(jí)邊坡，各工況對(duì)應(yīng)的平面穩(wěn)定安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表二。
表二 邊坡平面穩(wěn)定計(jì)算最小安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)
4.4平面穩(wěn)定分析計(jì)算成果
根據(jù)初步推測(cè)的地質(zhì)剖面與初擬地質(zhì)物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了初步分析計(jì)算，各剖面相應(yīng)位置滑塊平面穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)及所需錨固力計(jì)算成果見(jiàn)表三。
5 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)
從表三可以看出，目前現(xiàn)狀條件下導(dǎo)流出口壩頂公路以上邊坡的穩(wěn)定程度以2剖面最差，1剖面次之，3剖面稍好，4剖面處于整體穩(wěn)定狀態(tài);控制性強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷滑動(dòng)層的厚度一般不超過(guò)20m。
從高程分布來(lái)看，高線便道以上塌方體陡壁部位因坡度因素控制，3剖面滑塊的安全系數(shù)最低，干邊坡?tīng)顟B(tài)為1.03，正常狀態(tài)為0.93，基本處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，與目前現(xiàn)狀估計(jì)是吻合的;4剖面塌方體陡壁部位在剖面方向上處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。剖面顯示，本區(qū)(
�、�-2亞區(qū))塌方體陡壁邊坡與后部天然山坡相連，不宜開(kāi)挖也缺乏壓坡條件，是預(yù)應(yīng)力錨固鎖口處理的重點(diǎn)區(qū)域。高線便道至壩頂公路間邊坡穩(wěn)定性好于塌方體陡壁部位，3、4剖面整體穩(wěn)定，但剖面顯示，該區(qū)(Ⅱ-3亞區(qū))淺表層為松散堆積物，邊坡局部存在圓弧破壞和塌滑破壞，若清除山坳內(nèi)的松散堆積物，將增大其兩側(cè)山坡的側(cè)向臨空程度，故在坡腳(壩頂公路)處設(shè)樁板墻擋護(hù)更能確保邊坡穩(wěn)定。1、2剖面干邊坡安全系數(shù)在1.05～1.14之間，正常狀態(tài)為0.97～1.06之間，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，需采用工程措施提高其穩(wěn)定程度。剖面顯示，本區(qū)(Ⅰ-1亞區(qū)、Ⅱ-1亞區(qū)、Ⅱ-2亞區(qū))坡形有相對(duì)凸出現(xiàn)象，并存在薄層浮渣和全風(fēng)化巖體分布，強(qiáng)卸荷巖體在坡形凸出部位一般不超過(guò)10m，具備清坡條件。
6 綜合治理設(shè)計(jì)原則和工程措施
6.1 綜合治理設(shè)計(jì)原則
由于6#山梁地段山坡陡峻，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，巖體風(fēng)化、卸荷深度較大，天然山坡的穩(wěn)定性較差。因樞紐總體布置的需要不可避免地要對(duì)6#山梁的岸坡進(jìn)行一些工程開(kāi)挖，根據(jù)各工程開(kāi)挖的具體情況并本著安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，確定6#山梁壩頂公路以上邊坡設(shè)計(jì)思路如下：
(1)工程布置盡可能地避免明挖，公路用隧洞通過(guò)，盡量減少對(duì)山坡的擾動(dòng)。
(2)以排水措施作為提高山坡總體安全度的基本手段，采取清坡、減載、支擋、錨固、護(hù)坡相結(jié)合的綜合措施進(jìn)行全面治理。
(3)對(duì)邊坡上已出現(xiàn)的不穩(wěn)定體，采取預(yù)應(yīng)力錨索加固。
(4)對(duì)于開(kāi)口線以外的浮石、危石，可用主動(dòng)和被動(dòng)網(wǎng)防護(hù)。
(5)加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，并根據(jù)施工過(guò)程中揭示的地質(zhì)條件，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
6.2工程措施
根據(jù)地形、地質(zhì)條件和工程布置、邊坡穩(wěn)定條件和計(jì)算結(jié)果等情況，將6#山梁地段的邊坡分為三個(gè)區(qū)(Ⅰ區(qū)：高線便道以上邊坡;Ⅱ區(qū)：高線便道至壩頂公路間邊坡;Ⅲ區(qū)：壩頂公路以下邊坡。)和若干亞區(qū)，具體見(jiàn)附圖。其中壩頂公路以下邊坡(Ⅲ區(qū))將結(jié)合導(dǎo)流洞出口開(kāi)挖、泄洪霧化保護(hù)等，下一步作綜合治理研究。
6.2.1 排水
6#山梁采用以地下排水為主，地表排水為鋪的綜合排水措施，盡可能降低邊坡巖體中的地下水位，減少滲水壓力，以改善邊坡穩(wěn)定條件，提高邊坡穩(wěn)定性。
(1)地下排水系統(tǒng)
在1310m高程設(shè)置一層地下排水洞，且利用高線公路隧洞在1380m高程增設(shè)一條排水支洞。排水洞內(nèi)均鉆設(shè)排水孔。
排水孔在松散體、斷層破碎帶或土層等特殊部位用反濾透水管作特殊處理，透水管選用HMY-95K塑料盲溝管，外包土工布200g/m2，其長(zhǎng)度應(yīng)貫穿破碎帶，端部用土工布封扎。
(2)地表排水
為減少降雨和泄洪雨霧的入滲量，充分發(fā)揮地下排水系統(tǒng)的疏排效果，加強(qiáng)了邊坡表層的排水系統(tǒng)。
6.2.2 邊坡加固支護(hù)措施
根據(jù)以上計(jì)算成果和分析判斷，6#山梁壩頂公路以上部位邊坡采用清坡、減載、支擋、錨固、護(hù)坡相結(jié)合的綜合措施進(jìn)行全面治理。
(1)Ⅰ-1亞區(qū)
a.盡量清除邊坡表部附近部位呈干砌塊石狀的和山坡表層顯著變形錯(cuò)位的強(qiáng)卸荷巖體，理順坡形。
b.Ⅰ-1區(qū)清坡前，先在清坡開(kāi)口線以上設(shè)置兩排1000kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索鎖口;清坡后，在清坡范圍開(kāi)口線以下設(shè)置三排1000kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索;其它部位根據(jù)需要設(shè)置隨機(jī)預(yù)應(yīng)力錨索。
c. 6#山梁上游側(cè)現(xiàn)高線隧洞出口的洞臉擋墻考慮有一定高度并在其上設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，以攔擋滾石和F5溝內(nèi)可能發(fā)生的局部塌方體。
(2)Ⅰ-2亞區(qū)
目前，6#山梁下游側(cè)邊坡塌方段范圍EL.1450m以下已布設(shè)有1000kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索;根據(jù)計(jì)算分析判斷，對(duì)EL.1450m以上陡壁部位增加1000kN級(jí)系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索。
(3)Ⅱ-1亞區(qū)和Ⅱ-2亞區(qū)
a.清除坡面浮渣、覆蓋層、破碎分離巖體、孤石、危石、變形錯(cuò)位的表層強(qiáng)卸荷巖體及淺表層全風(fēng)化巖體。
b.Ⅱ-1區(qū)清坡后在EL.1380m附近設(shè)置兩排1000kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索;其它部位根據(jù)需要設(shè)置隨機(jī)預(yù)應(yīng)力錨索。
c.Ⅱ-2區(qū)“爬石”(三個(gè)特定的分離巖體)部位先設(shè)置隨機(jī)預(yù)應(yīng)力錨索將其錨固，再跳槽清除其下側(cè)的破碎巖體，并及時(shí)回填混凝土壓腳，最后在回填混凝土部位設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索;Ⅱ-2區(qū)清坡后在EL.1330m附近設(shè)置兩排1000kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索。
�、�-1亞區(qū)和Ⅱ-2亞區(qū)在壩頂公路邊坡開(kāi)口線上下均設(shè)置兩排1800kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨索。
為保證清坡工作安全順利進(jìn)行，以上清坡各區(qū)在壩頂公路、高線便道路面上均設(shè)置兩排3Φ32錨筋樁。
(5)Ⅱ-3亞區(qū)
a.清除坡面浮渣。
b.在壩頂公路部位的山坳段設(shè)置長(zhǎng)約100m 的錨拉樁板式擋墻,錨拉樁板式擋墻段頂部考慮設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。
以上清坡及塌方表面除Ⅱ-3亞區(qū)外均布置系統(tǒng)錨桿并噴混凝土護(hù)面,強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷帶及坡、堆積體坡表均掛機(jī)編活絡(luò)網(wǎng)。
綜合治理設(shè)計(jì)布置如附圖所示。
7 結(jié)語(yǔ)
由于缺乏足夠的地勘資料，為滿足施工進(jìn)度需要，按反演分析估計(jì)強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)，通過(guò)平面穩(wěn)定計(jì)算及分析判斷，作為治理設(shè)計(jì)依據(jù)，先提出初步設(shè)計(jì)處理方案。根據(jù)設(shè)計(jì)方案施工準(zhǔn)備工作完成，目前已進(jìn)入具體實(shí)施階段�；趲r土工程的復(fù)雜性，認(rèn)識(shí)難于與實(shí)際完全相符，根據(jù)地勘工作和施工過(guò)程中揭示的地質(zhì)條件，將及時(shí)作設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整，并完善對(duì)Ⅲ區(qū)的處理設(shè)計(jì)方案。
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