王洼水庫主壩上游坡滑坡原因分析與處理對(duì)策

沈登樂

1 概 述

王洼水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫；位于安徽省全椒縣，建成于1997年4月，總庫容345萬m3。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級(jí)。工程樞紐由主壩、副壩、正常溢洪道及高、低放水涵洞等組成。主壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程92．42 m，長320 m，寬4．5 m。樁號(hào)0＋150．1斷面（位于老河槽處）為最大壩高斷面，壩高27．76 m，斷面形狀見圖1。主壩下游坡腳處存在一處滲水明顯的泉眼。2008年12月25日，在防滲墻施工過程中主壩壩頂下游壩肩處出現(xiàn)裂縫，隨即迅速發(fā)展，發(fā)生滑坡之后，裂縫仍繼續(xù)發(fā)展。

圖1 主壩0＋150．1斷面Fig．1 Main dam at cross－section 0＋150．1

2 主壩滑坡過程

按設(shè)計(jì)要求，高噴防滲墻沿主壩壩頂軸線布置，樁號(hào)0＋032至0＋284段，總長252 m，灌漿孔距1．2 m。高噴鉆孔由主壩左岸樁號(hào)0＋284處起向右岸樁號(hào)0＋032進(jìn)行，高噴鉆孔編號(hào)的次序?yàn)樽宰髩渭缦蛴覊渭?。?008年12月25日，已完成90余孔施工。

2008年12月11日，在鉆81?？祝短?hào)0＋186．2）時(shí)發(fā)現(xiàn)該孔口不返漿，存在漏漿現(xiàn)象。設(shè)計(jì)、監(jiān)理人員到場勘察檢查，未發(fā)現(xiàn)其他異常情況后，施工繼續(xù)進(jìn)行，在后續(xù)的83＃孔（樁號(hào)0＋183．8）、85＃孔（樁號(hào)0＋181．4）和 99?？祝短?hào) 0＋164．6）也出現(xiàn)了類似情況。12月22日在鉆149＃孔與151?？祝短?hào)0＋104．6～0＋102．2）時(shí)，均發(fā)現(xiàn)有漏漿的情況，增加泥漿密度，往孔內(nèi)填黃土予以處理。12月25日17時(shí)，99＃孔噴漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)該孔口也不返漿，同時(shí)主壩在低放水涵洞以東的下游壩肩出現(xiàn)了長20 m、寬0．3 cm的縱向裂縫，并向外冒氣，遂停止施工。隨即該壩段壩頂出現(xiàn)了下沉，豎向位移約10 cm，裂縫加寬。26日上午，壩頂自樁號(hào)0＋105～0＋177段向上游滑塌，裂縫長72 m、最大寬度30 cm，壩頂最大豎向位移1．0 m，該壩段上游坡整體向上游滑動(dòng)。12月26日下午，壩頂最大豎向位移1．2 m；27日上午壩面又下沉了0．2 m，累計(jì)豎向位移1．4 m，滑坡土體繼續(xù)向下滑動(dòng)。2009年1月2日，壩體最大豎向位移約1．89 m，最大水平位移60 cm（本文中水平位移以向主壩上游方向?yàn)檎恢?009年1月20日，滑坡變形漸趨穩(wěn)定。壩頂滑坡裂縫情況見圖2。

3 主壩上游坡滑坡原因分析

3．1 庫水位降落速度影響分析

2008年10月20日，水庫開始放水；至11月20日，庫水位從87．00 m降至82．00 m；至12月6日，降至76．60 m高程。45 d內(nèi)庫水位連續(xù)降低10．4 m，平均降速0．23 m／d；前30 d降落5 m，平均降落速度0．17 m／d；后15d降落5．4 m，平均降落速度0．36m／d。據(jù)記載，不少水庫曾出現(xiàn)庫水位降落速度過快引起土壩上游坡滑坡事故，因此，為分析庫水位降落對(duì)滑坡的影響，需判別庫水位降落過程是否屬于驟降，采用下列公式計(jì)算庫水位降落速度v，以此判斷是否屬于驟降：

圖2 2009年1月13日主壩裂縫照片F(xiàn)ig．2 Main dam fracture photographs on January 13，2009

式中：k為壩體滲透系數(shù)；μ為壩體排水系數(shù)，也有的文獻(xiàn)稱給水度，可用下式計(jì)算，

從式（1）和式（2）可以看出庫水位降落速度是否屬于驟降，取決于上游壩體的滲透系數(shù)。圖3是根據(jù)式（1）和式（2）繪制的驟降速度與滲透系數(shù)關(guān)系圖。

由圖3可知，當(dāng)滲透系數(shù)為10－6cm／s時(shí)，庫水位驟降速度為0．20 m／d；當(dāng)滲透系數(shù)為10－5cm／s時(shí)，庫水位驟降速度為1．46 m／d；當(dāng)滲透系數(shù)大于10－5cm／s時(shí)，已無所謂降落速度了；當(dāng)滲透系數(shù)小于10－6cm／s時(shí)，再慢的速度也會(huì)是驟降速度。因此，判別庫水位驟降的關(guān)鍵在于如何正確獲得大壩的滲透系數(shù)。

滑坡發(fā)生后，在滑坡體上做了補(bǔ)充勘探，現(xiàn)場測到的最小滲透系數(shù)為4．72×10－6cm／s，相應(yīng)的庫水位驟降速度為0．76 m／d，也就是說，當(dāng)庫水位降落速度小于0．76 m／d時(shí)，庫水位降落不屬于驟降范圍。由于庫水位實(shí)際平均降落速度最大為0．36 m／d，因此，該庫水位降落不屬于驟降范圍。

3．2 主壩填筑質(zhì)量影響分析

壩體填土以重粉質(zhì)壤土為主，呈可塑～硬塑狀。根據(jù)滑坡前地勘，壩體取樣29組，干密度1．49～1．75 g／cm3，平均壓實(shí)度0．92，壓縮模量2．830～9．253 MPa，最小干密度1．49 g／cm3，相應(yīng)的壓實(shí)度、飽和快剪的內(nèi)摩擦角分別只有0．84，1．3°?；潞?，在滑坡體上鉆孔3個(gè)?；麦w右側(cè)鉆孔深0～6．3 m，取樣 5個(gè)，干密度1．42～1．51 g／cm3，平均干密度1．48 g／cm3，平均壓實(shí)度0．836?；麦w左側(cè)鉆孔深0～3．3 m，取樣 3個(gè)，平均干密度1．54 g／cm3，平均壓實(shí)度0．87?；麦w中部82．00 m高程鉆孔深0～3．5 m，取樣 3個(gè)，干密度1．47～1．51 g／cm3，平均干密度1．50 g／cm3，平均壓實(shí)度0．85。由滑坡前后兩次地勘可知，滑坡體上部的大壩填筑質(zhì)量較差，壩體填筑不均勻，且滑坡段的填土質(zhì)量比大壩總體情況要差很多，說明滑坡體段填筑質(zhì)量比其他部位差很多，這也是該壩段發(fā)生滑坡的一個(gè)重要原因。

3．3 壩體含水量影響分析

滑坡前地勘，大壩總體平均含水率22．8%，滑坡體范圍內(nèi)的平均含水率23．4%，兩者平均含水率基本一致。但從滑坡后地勘看，壩頂部位的含水率有了較大變化，相比滑坡前地勘，平均含水率從23．4%增加到了26．4%。土體狀態(tài)發(fā)生了如此大的變化的原因是當(dāng)時(shí)壩頂正在進(jìn)行壩基接觸面的高壓噴射灌漿，這應(yīng)是壩體含水率增加的唯一來源。由于滑坡體范圍內(nèi)填筑質(zhì)量較差，含水率在高壓噴射灌漿后又有較大增加，對(duì)壩體填土的強(qiáng)度參數(shù)必定會(huì)發(fā)生影響。

3．4 壩基結(jié)合面高噴影響分析

壩基結(jié)合面的高壓噴灌采用三管法高壓噴射灌漿技術(shù)，以大于35 MPa的高壓水射流通過Ф1．8 mm的噴嘴噴出，水射流四周以壓縮空氣加以保護(hù)。隨著噴管的提升與旋轉(zhuǎn)，高壓水射流沖切破壞土體，同時(shí)將水泥漿與黏土攪拌形成樁體；壓縮空氣也起到升揚(yáng)置換的作用，使切割的部分土體從孔口冒出；水泥漿與黏土混合物固結(jié)后，形成所需要的加固體。

12月25日下午在噴Ⅰ序 99?？祝短?hào)0＋164．6）時(shí)，發(fā)生漏漿情況，并且從裂縫處往外冒水氣混合物。停止施工后，裂縫迅速擴(kuò)大，壩體下沉。81＃、83＃、85＃孔在滑坡體左側(cè)邊緣，鉆進(jìn)時(shí)壩頂往下約5 m處開始漏漿，壩下泉眼滲水渾濁。149＃與151?？自诨麦w右側(cè)邊緣，鉆進(jìn)時(shí)也有漏漿的情況。99?？茁{和裂縫中噴出水氣。這說明滑坡體及其邊緣部位壩體填筑質(zhì)量不好，壩體內(nèi)存在深層裂縫和薄弱帶，基礎(chǔ)結(jié)合面高壓噴灌劈裂了壩體，使得高壓水氣混合物從裂縫處噴出。從裂縫中噴出的壓力水氣，對(duì)壩體穩(wěn)定不利，是推動(dòng)壩體滑坡的一個(gè)原因。

3．5 上游坡82．00 m平臺(tái)開挖影響分析

2008年11月27日上游坡82．00 m處開挖高3 m、寬6 m的平臺(tái)。2008年12月27日現(xiàn)場檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)除了壩頂下游側(cè)的大裂縫和滑塌外，壩頂上游側(cè)也有規(guī)模不等的裂縫和滑塌，形成多個(gè)滑坡體。這說明該平臺(tái)挖掉了平臺(tái)上部壩體的支撐體，不利于上游坡穩(wěn)定。

4 上游坡穩(wěn)定計(jì)算分析

根據(jù)滑坡后地勘，勘探結(jié)果表明滑坡應(yīng)屬于淺層滑坡。探坑證明滑坡上口在壩頂下游側(cè)，下口推算應(yīng)在73．00～74．00 m?；麦w右側(cè)厚約5 m，中部厚約3 m，左側(cè)厚約3 m。若壩頂裂縫長以100 m計(jì)，滑坡體平均厚、寬分別以4 m、60 m計(jì)，則估計(jì)滑坡體體積約2．4萬m3。估計(jì)依據(jù)的是地勘資料，還需要確定滑弧是否在74．00 m高程附近滑出。為此，結(jié)合滑坡壩體分布情況，選擇主壩0＋150．1斷面作為壩坡靜力抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析的典型斷面，復(fù)核壩坡穩(wěn)定性，確定滑坡體滑弧的滑出位置。壩坡穩(wěn)定計(jì)算采用簡化畢肖普法，壩體填土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)參數(shù)見表1，計(jì)算工況及計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可得出如下結(jié)論：

（1）物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)采用滑坡前地勘土工試驗(yàn)成果。庫水位87．00 m正常運(yùn)用條件下，上游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范要求值1．25；庫水位自87．00 m快速降落至76．60 m非常運(yùn)用條件下，安全系數(shù)1．060～1．071，尚大于1．0，小于規(guī)范要求值1．15，但基本可保持穩(wěn)定。實(shí)際上，滑坡體填土填筑質(zhì)量較差，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)應(yīng)劣于壩體填土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的平均值。因此，庫水位大幅度降落降低了上游坡的抗滑穩(wěn)定性，上游坡抗滑穩(wěn)定性不滿足要求。

（2）物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)采用滑坡后地勘土工試驗(yàn)成果。庫水位87．00 m正常運(yùn)用條件下，上游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1．109，小于規(guī)范要求值1．25，但大于1．0；庫水位自87．00 m快速降落至76．60 m非常運(yùn)用條件下，安全系數(shù)小于0．8，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求值1．15。因此，庫水位大幅度降落大大降低了上游坡的抗滑穩(wěn)定性，上游坡抗滑穩(wěn)定性不滿足要求。

5 滑坡體變形觀測資料分析

2008年12月25日發(fā)現(xiàn)壩頂裂縫后，立即在滑坡范圍內(nèi)設(shè)立了4排臨時(shí)觀測樁，觀測滑坡體變形。A排位于壩頂，B排高程86．70 m，C排高程84．30 m，D排位于82．00 m高程平臺(tái)，平臺(tái)以下未設(shè)臨時(shí)觀測點(diǎn)。

壩頂 A排（A1，A2，A3）3測點(diǎn)滑坡 8d后的豎向位移分別為178，189，143 cm，3測點(diǎn)的日平均豎向位移速度見表3。由表3可知，壩頂A排3測點(diǎn)12月28日以前豎向位移快速發(fā)展，12月28日以后豎向位移變緩。12月29日后，觀測了82．00 m平臺(tái)上D2，D32點(diǎn)的豎向位移，兩測點(diǎn)的日平均豎向位移速度分別為2．17，2．33 cm／d。因平臺(tái)以下部位沒有觀測豎向位移，滑坡體整體豎向位移特點(diǎn)難以全面分析。

表1 壩坡穩(wěn)定分析選用物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表Table 1 Physical and mechanical properties used in dam slope stability analysis

表2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果表Table 2 Calculated results of safety coefficient for anti－skid stabitily

表3 壩頂A排3點(diǎn)日平均豎向位移速度Table 3 Daily average vertical displacement velocities of three measaring points at A－row of dam top

壩頂A排3測點(diǎn)的橫向水平位移和豎向位移幾乎同時(shí)發(fā)生，但數(shù)值上橫向水平位移要遠(yuǎn)小于豎向位移。其它測點(diǎn)未立即發(fā)生明顯的橫向水平位移，大約有2 d的滯后，2 d后橫向水平位移才有較大的發(fā)展。這個(gè)現(xiàn)象說明滑坡體先發(fā)生明顯下沉，然后才發(fā)生向上游的明顯位移。2009年1月12日，滑坡體最大橫向水平位移89 cm，發(fā)生在B4點(diǎn)；1月13日，在壩頂測量了縫寬，最大縫寬約90 cm。這說明主壩下沉后主要是向水庫平移?？傮w來看，以2009年1月5日為界，該日以前的日平均橫向水平位移速度快，最大7．0 cm／d，16個(gè)測點(diǎn)中有12個(gè)超過5．0 cm／d；其后的日平均橫向水平位移速度減緩，最大1．7 cm／d。

從豎向位移和橫向水平位移的觀測情況來看，滑坡體的特點(diǎn)是先發(fā)生下沉，再向上游平移，破裂面的坡度較平緩，滑坡體已漸趨穩(wěn)定。

6 滑坡體處理對(duì)策

6．1 滑坡體挖除方案

該方案包括了開挖回填滑坡體、放緩上游坡坡度、壓重固腳等措施。

（1）滑坡體范圍上部壩體的挖除回填。主壩填筑質(zhì)量差，滑坡體范圍上部壩體填筑質(zhì)量更差，成為滑坡的一個(gè)最重要的原因?；麦w兩側(cè)鉆孔時(shí)漏漿也表明內(nèi)部存在深層的裂縫。建議將滑坡體及其邊緣范圍內(nèi)上部薄弱壩體挖除回填。

（2）滑坡體挖除回填。盡管已初步估計(jì)了滑坡體的位置和體積，但還需要在開挖中進(jìn)一步證實(shí)，特別是該壩在高噴灌漿時(shí)壩頂已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂縫中噴出水氣混合物，存在著壩體是否已經(jīng)被從壩基到壩頂全部劈裂的疑慮，需要通過開挖解除這種疑慮。因此，開挖中需要詳細(xì)檢查滑裂面以下是否還存在豎向的裂縫。由于滑弧不深，應(yīng)盡量清除到滑弧面以下，以免留下隱患。挖除的塊石護(hù)坡和土體可用于固腳，回填應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（3）放緩上游壩坡。挖除滑坡體后重新填筑壩體時(shí)，從壩體安全方面考慮，建議上游坡82．00 m高程以上坡比為1∶3．0，82．00 m高程以下坡比為1∶4．0，并做好反濾護(hù)坡。根據(jù)滑坡體挖除后再填土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，最終采用的坡比應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)做進(jìn)一步的復(fù)核確定。

（4）壓重固腳。根據(jù)估計(jì)，滑坡體前緣滑出高程約在74．00 m附近，為此需要設(shè)置一個(gè)高于74．00 m高程的壓重平臺(tái)，以固定滑坡體前緣。該壓重平臺(tái)可利用原滑坡體土體，建議摻合碎石，以增加其滲透性和重度。低放水洞底高程76．00 m，水庫放空的可能性是存在的，因此，平臺(tái)高程不宜高于76．00 m，以75．00～76．00 m為宜。

6．2 壩軸線后移方案

如果開挖中發(fā)現(xiàn)壩體從壩基到壩頂已經(jīng)全部被劈裂，主壩上游側(cè)發(fā)生整體位移，則已不僅是淺層滑動(dòng)，可能是深層滑動(dòng)。對(duì)于大滑坡，全部滑坡體挖除再回填的可能性不大，因?yàn)橐环矫婀こ塘窟^大，可能超過10×104m3；另一方面受到工期的限制。此時(shí)只能挖除淺層滑坡體，放緩壩坡，比前一方案的壩坡更緩，并加大下游固腳平臺(tái)的范圍。因此，該方案可能導(dǎo)致壩軸線有較大的后移。壩軸線后移，不但導(dǎo)致壩高、工程量的增加，而且造成壩后泉眼在壩基中更加前移。

6．3 處理措施

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終采用滑坡體挖除方案，將上游坡已滑動(dòng)部分壩體全部挖除，按新設(shè)計(jì)斷面筑壩。壩頂軸線不變，頂寬仍為4．5 m，上游坡在76．00，84．00 m高程設(shè)兩級(jí)平臺(tái)，84．00 m高程以下壩坡1∶3，84．00 m高程以上1∶2．5，全壩設(shè)碎石墊層加干砌塊石護(hù)坡。填筑土料按照《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL189－96）要求，壓實(shí)度不低于0．96，處理工程于2009年5月底全部完成，汛期投入運(yùn)行，目前運(yùn)行良好。

［1］ 安徽省水利水電勘察設(shè)計(jì)院．王洼水庫除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘探報(bào)告［R］．蚌埠：安徽省水利水電勘察設(shè)計(jì)院勘察分院，2007．

［2］ 華東水利學(xué)院．水工設(shè)計(jì)手冊(cè)－土石壩［M］．北京：水利電力出版社，1984．

［3］ SL189－96，小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］．

［4］ 李先慎．水利水電工程質(zhì)量控制要點(diǎn)［M］．北京：中國水利水電出版社，1997．

［5］ SL55－2005，中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］．