卡基娃水電站超高巖質(zhì)料場邊坡支護設(shè)計

馬　行　東

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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卡基娃水電站超高巖質(zhì)料場邊坡支護設(shè)計

馬行東

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都610072)

由于對臨時料場邊坡重視不夠及缺乏深入系統(tǒng)的研究，料場邊坡已成為水電邊坡中較為不安定的隱患。本文就料場超高巖質(zhì)邊坡，從工程地質(zhì)條件及巖體力學(xué)參數(shù)入手，對料場邊坡的失穩(wěn)模式及邊坡等級進行了分析，根據(jù)邊坡結(jié)構(gòu)特征、巖土體性質(zhì)、邊坡破壞類型等選擇采用定性、定量方法進行綜合分析，對料場邊坡的穩(wěn)定性及支護進行探討，對類似料場邊坡工程勘察設(shè)計具有借鑒意義。

料場邊坡；超高巖質(zhì)邊坡

0　前　　言

水電項目包括大量的工程邊坡，其高度低則百余米，高則達300～1 000 m，加之現(xiàn)代構(gòu)造活動強烈，自然營力地質(zhì)作用發(fā)育，工程高邊坡通常處于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，并具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。如何有效地控制水電工程施工中人工開挖邊坡的穩(wěn)定性是目前普遍受到關(guān)注的問題，也是工程中經(jīng)常遇到的問題，目前邊坡開挖擾動與錨固效應(yīng)的研究已取得許多進展，但對大壩施工區(qū)域內(nèi)的料場邊坡類的非永久性建筑高邊坡往往重視不夠。水利水電工程料場是大壩填筑料或大壩混凝土骨料生產(chǎn)場地，料場邊坡開挖進度對整個工程工期及進度具有控制性作用，且其開挖前往往未有效進行系統(tǒng)、詳細的地勘等技術(shù)工作，邊坡穩(wěn)定性問題已成為一個較為突出的安全問題。

本文對卡基娃水電站料場臨時超高巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性及支護進行探討，料場邊坡的支護保證了施工期的安全，同時對超高巖質(zhì)邊坡的支護造價低，取得了不錯的效果，以期對類似工程邊坡有所借鑒。

1　工程概況

料場位于大壩上游木里河右岸通鄉(xiāng)公路以上則窩和牙洛村之間，距大壩3 km左右。料場范圍大致北部、南部以較大的沖溝為界，西部(料場后緣)可達高程3 200 m左右，東部以通鄉(xiāng)公路(高程2 900 m左右)為界，總體呈三角形，最大寬度530 m，長度815 m，料場面積27.4 m×104 m。則窩料場開采規(guī)劃高程為3 150～2 880 m，巖質(zhì)邊坡開挖高程差約270 m，最高橫Ⅱ剖面約開挖18級邊坡，每級邊坡開挖高程約15 m，開挖坡比1∶0.45，屬于臨時工程邊坡。

2　工程地質(zhì)條件

料場微地貌總體呈西高東低，山脊、溝谷呈東西向展布。料場為單面山，北坡緩，一般坡度15°～30°，地表多為覆蓋層，基巖出露少；南坡陡，坡度一般40°～70°，甚至直立或倒坡，除在坡腳處有覆蓋層外，多為基巖出露。覆蓋層主要是殘坡積、崩坡積為主，少量洪積物等，覆蓋層厚度一般5～10 m，鉆孔揭露的覆蓋層最大厚度16.9 m?；鶐r為奧陶系下統(tǒng)人公組第四段(O1r4)變質(zhì)石英砂巖、長石石英砂巖、雜砂巖夾砂質(zhì)板巖、千枚狀板巖等。根據(jù)沉積韻律和巖性組合，料場范圍內(nèi)可細分為五層，從下至上分別為第①層(O1r4-1)：千枚狀板巖夾薄層、中層砂巖，未見底，分布于料場南側(cè)邊緣，不宜采用。第②層(O1r4-2)：薄至中厚層石英砂巖、長石石英砂巖、雜砂巖夾少量的砂質(zhì)板巖、千枚狀板巖等，厚度35～50 m,分布于料場南側(cè)，為擬采堆石料和人工骨料主要料源；第③層(O1r4-3)：千枚狀板巖為主，偶夾薄層砂巖，厚度14～32 m，分布于料場中部偏南側(cè)，可作為堆石料料源；第④層(O1r4-4)：中至厚層變質(zhì)石英砂巖、長石石英砂巖、雜砂巖為主夾砂質(zhì)板巖等，厚度40～70 m，分布于料場中部，為擬采堆石料和人工骨料主要料源；第⑤層(O1r4-5)：砂質(zhì)板巖、千枚狀板巖為主夾薄層砂巖，未見頂，分布于料場北側(cè)，可作為堆石料料源。基巖總體風(fēng)化較弱，地表調(diào)查及鉆孔巖芯顯示地表及淺部多為弱風(fēng)化巖石，僅局部有強風(fēng)化巖石，如ZKL01、ZKL03鉆孔揭示的強風(fēng)化巖石深度分別達到25 m和17 m，說明局部存在風(fēng)化深槽或風(fēng)化囊。料場覆蓋層中無地下水，基巖中地下水為基巖裂隙水，埋深一般為42.60～68.30 m，最淺為料場北側(cè)沖溝邊ZKL10鉆孔處，埋深為21.45 m，最大埋深為87.00 m。料場未發(fā)現(xiàn)大的斷裂構(gòu)造，總體為單斜地層，地層產(chǎn)狀N40°～70°W/NE∠20°～40°。

3　邊坡失穩(wěn)模式及等級

3.1邊坡失穩(wěn)模式

依據(jù)邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、性狀，應(yīng)用赤平投影方法可對邊坡結(jié)構(gòu)面的幾何特性進行統(tǒng)計分析，分析影響邊坡穩(wěn)定性的環(huán)境和工程因素：

(1)整體穩(wěn)定性：需考慮巖體結(jié)構(gòu)、不利巖層(層面)、大斷層等的控制。

(2)局部穩(wěn)定性：需考慮①覆蓋層底界、覆蓋層內(nèi)部園弧滑動；②Ⅴ類巖體底界、內(nèi)部園弧滑動；③特定結(jié)構(gòu)面組合滑動；④下游側(cè)坡(順向坡)的順層滑動；⑤上游側(cè)坡(逆向坡)傾倒破壞。

(3)料場開挖后，開口線附近普遍存在Ⅳ、Ⅴ類巖體和淺薄的覆蓋層，穩(wěn)定性較差。北側(cè)邊坡為逆向坡，穩(wěn)定性相對較好，破壞模式主要為傾倒變形，同時存在②與④的不利裂隙組合，可能產(chǎn)生局部楔形崩滑；西側(cè)邊坡為橫向坡，存在①與③的不利裂隙組合，可能產(chǎn)生局部楔形崩滑，邊坡還存在緩傾坡外的小斷層，存在塊體失穩(wěn)的可能；南側(cè)邊坡為順向坡，穩(wěn)定性相對較差，①、②組裂隙與層面組合后，可能沿層面產(chǎn)生平面型滑移，也可能沿組合交線產(chǎn)生楔形崩滑。

3.2邊坡等級

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T5353-2006)的相關(guān)規(guī)定和場地現(xiàn)狀、位置等特點，結(jié)合本工程實際情況，選擇天然條件、暴雨、天然+地震三種工況進行穩(wěn)定性分析計算。持久工況：開挖未支護，考慮巖體自重；短暫設(shè)計工況：暴雨情況下考慮潛在滑體全部的巖體自重荷載，覆蓋層較薄，考慮全部飽和，Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ類巖體考慮0,9的折減系數(shù)對C、φ值進行修正；天然+地震(工況3)：地震設(shè)防水平峰值加速度為0.149g時相應(yīng)的巖體自重及地震力，未考慮垂直地震加速度的影響；各工況條件下邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T5353-2006)確定(見表1)。

表1　各工況荷載組合及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取值

4　穩(wěn)定性評價

4.1定性評價

則窩料場開挖主要在北側(cè)、西側(cè)和南側(cè)三個方向形成邊坡，東側(cè)由于地勢較低，基本沒有邊坡。

(a)北側(cè)邊坡(b)西側(cè)邊坡(c)南側(cè)邊坡

圖1料場邊坡穩(wěn)定性赤平投影分析

4.2定量評價

計算軟件：采用水科院陳祖煜編制的“巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定計算程序EMU”進行開挖邊坡穩(wěn)定分析。持久設(shè)計工況：主要為邊坡正常運用工況，此時采用基本組合設(shè)計，考慮自重+加固力；短暫設(shè)計工況：包括施工期缺少或部分缺少加固力，暴雨或久雨工況；偶然設(shè)計工況：主要為遭遇地震情況，考慮基本組合+地震作用。橫Ⅱ剖面及縱3-3剖面計算成果見表2。

表2　則窩料場邊坡穩(wěn)定分析成果

4.3評價及處理

(1)根據(jù)料場邊坡整體計算成果表明，考慮到邊坡為臨時邊坡，料場正坡考慮后緣控制裂隙存在的情況下，邊坡需加強支護，需加設(shè)6排錨索進行加強支護處理。由于下游正坡第③層已出露且已加強處理，上游正坡已加上2～3排錨索支護，因此主要在第③層出露的時候加強支護進行鎖腰處理。

(2)下游正坡為順向坡，穩(wěn)定性差，因此需加設(shè)1～3排錨索進行加強支護，能滿足安全要求。

(3)重點處理部位是覆蓋層及Ⅴ類巖質(zhì)邊坡的局部不穩(wěn)定及塊體穩(wěn)定問題；對覆蓋層及Ⅴ類巖質(zhì)邊坡及不穩(wěn)定塊體進行重點監(jiān)測，指導(dǎo)施工及預(yù)警。

5　小　　結(jié)

本文對電站則窩料場巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性從定性、定量進行了評價，并對已開挖邊坡的支護處理進

行了探討:

(1)料場邊坡通常屬臨時工程，且一般都是超高巖質(zhì)邊坡，合理的邊坡等級決定了計算的合理性、支護處理的工作量、處理合理性及有效性。

(2)失穩(wěn)模式對分析邊坡的穩(wěn)定性有很大的意義。巖質(zhì)邊坡巖體內(nèi)發(fā)育多組節(jié)理裂隙，各組裂隙組合并與邊坡開挖面相交，有可能形成多種邊坡失穩(wěn)模式。因此在進行邊坡穩(wěn)定性分析之前，需要對邊坡的失穩(wěn)模式進行初步分析判斷，進而選擇適當?shù)姆€(wěn)定分析方法，才能有的放矢的進行邊坡計算分析工作。

(3)動態(tài)設(shè)計的重要性。應(yīng)根據(jù)實際開挖揭示情況及時地做好反饋設(shè)計工作，并切實做好施工中的動態(tài)超前預(yù)報，確定針對性的加固措施；

(4)開挖支護的及時性。同時施工、同時支護、同時進行變形監(jiān)測，施工中應(yīng)遵循先處理后開挖、逐級向下的原則。如一卸荷不穩(wěn)定塊體，監(jiān)測資料反映開挖過程中邊坡存在變形，于是及時的采取少量應(yīng)急加強支護處理措施，然后再根據(jù)監(jiān)測資料采取下一步的處理措施。

(5)施工過程中應(yīng)按照招標文件和現(xiàn)行規(guī)程規(guī)范相關(guān)要求進行爆破試驗和監(jiān)測，包括爆破破壞范圍、爆破地震效應(yīng)等，防止爆破對邊坡的破壞，單響藥量及一次總藥量均應(yīng)通過爆破試驗確定，并嚴格控制單響藥量和一次總裝藥量。由于嚴格控制爆破，降低了邊坡的損壞，也一定程度上減少了工作量，增加了邊坡的安全閾值；

(6)切實作好施工過程中的地表排水和地下邊坡排水處理，注意施工過程中小規(guī)模的崩塌或落石對施工人員安全性的影響，確保施工過程中人員的安全。

(7)本料場巖質(zhì)邊坡開挖最高約200 m，正坡、上下游側(cè)坡邊坡均未出現(xiàn)安全事故，邊坡穩(wěn)定，邊坡總處理造價(支護、監(jiān)測、排水及防護網(wǎng)等)約1 600萬，極大的節(jié)約了工程投入，同時確保了邊坡的安全。

[1]易光偉，林彤，張學(xué)文. 竹子壩料場邊坡開挖支護的優(yōu)化設(shè)計[J].土木建筑與環(huán)境工程，2013，35(增)：12-17.

[2]趙欣,田斌,郭成.官地水電站竹子壩料場高邊坡的失穩(wěn)模式研究[J]. 湖北水力發(fā)電. 2009 (01).

[3]劉亞洲，徐威，王建平，秦光輝. 猴子巖水電站桃花料場邊坡支護設(shè)計[J]. 水電站設(shè)計，2011,27(4)：48-51.

[4]苑樹貴. 老松江電站大壩料場變更之綜合效益[J]. 吉林水利,1997 (11).

[5]楊發(fā)棟，王輝義. 某電站石料場邊坡綜合治理方案設(shè)計[J].大壩與安全，2013(4)：54-62.

[6]溫灶新. 淺談水利工程中邊坡加固處理措施[J].建筑科學(xué), 2010(26)：87-88.

[7]余勝祥，李勤軍，李堰洲. 錦屏一級水電站三灘料場高邊坡支護設(shè)計[J]. 人民長江，2013,44(14)：45-47.

[8]劉鴻亮，吳澤宇，黃國勛. 柴石灘水庫面板堆石壩石料爆破[J].爆破，1998,15(3)：33-38.

2015-06-29

馬行東(1978-)，男，江蘇徐州人,高級工程師，從事水利水電工程地質(zhì)方面的研究工作。

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