双江口水电站场内交通右岸低线公路岩质边坡楔形体稳定性分析及加固措施

沈习文,吴永安,聂大丰

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院交通分院,四川 成都 610072)

1 前 言

双江口水电站位于四川省阿坝州马尔康县与金川县交界处,为电站工程建设修建的场内交通右岸低线公路通过的绰斯甲河左岸段岸坡其斜坡较为陡峻。该段受早期构造运动特别是可尔因复背斜的影响,岩质边坡上节理裂隙发育,由于在路基施工时未对开挖爆破进行有效控制,且未按设计要求进行分层开挖、分层支护,形成了规模大小不一的顺层不利结构面、楔形岩体(见图1)、倒悬体及危岩体,从而危及公路施工及后期运行。

结构面是指地质历史发展过程中,在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度、厚度相对较小的地质界面或带。楔形体是指由两个或两个以上结构面与临空面(坡面及坡顶面)切割岩体形成的可以同时沿着两个或多个面滑动的多面体块体。楔形体破坏是岩质边坡破坏中最常见的一种类型,在各种岩质边坡失稳模式中占有重要地位。

本文运用块体理论、地质控制理论基本原理及赤平极射投影等方法,分析研究了双江口水电站场内交通右岸低线公路绰斯甲河左岸段公路岩质边坡楔形体的地质结构特征,并利用水科院陈祖煜院士开发的 WEDGE2005楔体稳定分析程序对楔形体的稳定性进行分析与评价。

2 楔形体基本地质特征

双江口水电站右岸低线公路绰斯甲河左岸岩质边坡因受岩体卸荷、构造运动、早期岩浆作用等多种因素影响,岩体中发育多组节理裂隙、软弱夹层等,且岩体被结构面切割形成多个楔形体。本文所分析的楔形体位于右岸低线公路 K7+316.23～K 7+350.00段左侧路堑岩质边坡上部,距设计路面高度约 30～60m,该楔形体位于绰斯甲河大桥左岸桥头上方,对大桥安全形成极大威胁。

图1 岩质边坡楔形体

楔形体由左结构面、右结构面、坡面及坡顶面组成,中间厚约 8～12m,周边厚约 4～6m。楔形体岩性为燕山晚期细～中粒二云二长花岗岩,弱风化～新鲜,局部中风化,岩体坚硬致密,呈次块状、块裂状结构及镶嵌结构,局部呈碎裂结构。该楔形体坡面起伏不平,且发育多组小节理裂隙。楔形体中次级小结构面多数为中～陡倾结构面,岩体走向与道路轴线大角度相交,夹角约 65°～85°,延伸长度 1～5m,结构面平直粗糙,为干性结构面,以构造裂隙和卸荷裂隙为主,受构造应力影响较大,裂隙以张开型为主,少数为微张型,张开一般约 5～10mm,最大约10～50mm。公路路基施工期间受施工爆破震动影响裂隙宽度有所加大,裂隙面多有充填物,多数填充强风化碎屑和钙膜,局部为钙质泥膜,个别含红褐色铁锰质轻度～中度渲染,结构面嵌合较为松弛,胶结力较差。

边坡岩体强卸荷带水平深度约 10～20m,弱卸荷带水平深度约 20～35m。楔形体坡面产状为:172°∠68°;楔形体坡顶面产状为 :172°∠38°;楔形体左结构面产状为:130°∠42°。结构面走向与路线轴向大角度相交,延伸长度 30～35m;结构面平直粗糙,局部微起伏,为干性结构面;结构面微张,局部张开,张开一般约 3～8mm,最大约 10～15mm,填充强风化碎屑和钙膜,结构面嵌合较松弛,胶结力差。楔形体右结构面产状为:204°∠50°,结构面走向与路线轴向大角度相交,延伸长度 30m;结构面平直粗糙,为干性结构面;结构面张开,张开约 3～10mm,填充钙膜,结构面嵌合稍松弛,胶结力较差。

楔形体结构面产状详见图2。

图2 楔形体结构面赤平极射投影

3 楔形体稳定性分析

根据双江口水电站岩土试验成果及相关工程类比,楔形体相关参数的建议取值见表1。

表1 楔形体稳定性计算物理力学参数建议取值

楔形体高度(左结构面垂直高度)为 25m,岩体容重为 26.2kN/m3,采用水科院 WEDGE2005楔体稳定分析程序进行分析计算,楔形体稳定性分析结果见表2。

表2 楔形体稳定性计算结果

从表2及相关资料可得:

(1)楔形体在天然工况下整体处于欠稳定状态。楔形体浅表层局部节理裂隙较发育,易形成危岩体及松动岩体,其在岩体自重及其他因素作用下易发生脱落。

(2)楔形体在地震作用下整体处于不稳定状态,极可能沿左、右结构面发生下滑。

(3)楔形体在爆破振动作用下处于极限平衡状态,其稳定状态决定于爆破的距离远近及其强度大小。路堑边坡爆破开挖期间,楔形体结构面裂隙宽度增加,说明爆破振动对其存在影响。

(4)楔形体采取预应力锚索支护措施后安全系数大幅增加,在各工况下均处于稳定状态。这表明楔形体支护设计方案合理、有效。

4 楔形体加固措施

上述楔形体在各工况下的稳定性分析表明,在某些工况下楔形体可能发生塌落。为确保工程安全,必须全面防护,重点治理,一次根治,不留后患。参考路堑边坡加固工程相关经验,结合楔形体实际情况,设计提出采用以预应力锚索支护为主、结合挂网喷锚的加固处理措施。

(1)不稳定坡体外约 5m设置坡顶截排水沟,坡面设置梅花形排水孔,防止雨水渗入坡体岩层结构面,影响楔形体稳定。

(2)采用浅孔小炮等方法清除危岩体及倒悬体等,在爆破时应尽可能减小爆破振动的影响。

(3)全坡面挂网喷锚支护加固封闭坡面,喷C20混凝土,厚 100mm,设置 φ6.5钢筋网(间 、排距20cm),φ22系统锚杆(L=3m、4.5m,间、排距 2m)。

(4)根据楔形体结构面空间分布特征布置 6根1000kN级预应力锚索,梅花形布置,间距为 6～8m,长度 25～40m。

(5)加强楔形体监测工作,在楔形体坡面布置变形监测点,在预应力锚索中布置应力计以监测岩体内部应力变化情况。

5 结论与建议

本文根据双江口水电站右岸低线公路边坡楔形体实际情况,运用块体理论及赤平极射投影等方法,通过计算分析岩质边坡上部楔形体稳定性,提出治理措施,可得出以下结论:

(1)双江口水电站右岸低线公路绰斯甲河左岸边坡楔形体在天然工况、暴雨工况、地震作用及爆破振动作用下分别处于欠稳定、极限平衡状态及不稳定状态,危及道路施工及运行安全。楔形体施加支护措施后在各种工况下均处于稳定状态。

(2)边坡岩体因受构造运动、卸荷变形等多因素影响,其力学参数的准确取值受到较大影响。

(3)岩体结构面在很大程度上决定着楔形体的稳定。

(4)爆破振动对楔形体的稳定性构成较大影响,因此对于节理裂隙发育的岩质边坡在开挖时应采用光面爆破、预裂爆破等技术,尽可能减少爆破对边坡稳定性的影响。

(5)由于岩体本身的复杂性及多变性,爆破振动对楔形体稳定性的实际影响很难定量计算,故应加强爆破振动对岩质边坡影响的相关研究。

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