水库料场施工开挖稳定性分析

2017-06-21重庆市水利电力建筑勘测设计研究所

河南水利与南水北调 2017年5期

关键词：料场后缘泥岩

（重庆市水利电力建筑勘测设计研究所）

水库料场施工开挖稳定性分析

□陈怀洪（重庆市水利电力建筑勘测设计研究所）

水库工程的施工过程中，料场的开挖施工是重要环节之一，在实际施工中，往往会遭遇边坡的滑动等地质问题，因而需要预先针对边坡状况及其地质稳定性进行勘察与分析。文章探讨了在丰都县某水库料场的开挖施工中，边坡稳定性的分析。

水库；料场开挖；稳定

1 引言

近年来，我国地质灾害频发，其不仅是受到自然环境的影响，更是由于人为活动的干扰所致，尤其是边坡灾害作为地质灾害的一个重要类型，其往往出现于水电、交通、矿山等基础建设中。水库基础建设施工料场开挖中，容易遭遇边坡稳定性问题，直接关系到工程安全、进度和成本，因而需要预先对其稳定性问题进行科学评估，从而降低边坡灾害发生率，避免对工程质量造成不利影响。

2 工程概况

丰都县某水库位于包鸾河上，水库是一座以县城供水、农业灌溉为主，兼有场镇供水、农村人畜用水和发电等综合利用的中型骨干水利工程。该水库与包鸾镇、县城距离分别为12、20 km，只有机耕道和坝址相通，交通不够便利。

该水库工程主要组成部分包括：①水库枢纽工程；②坝后电站工程；③供水工程；④灌区工程。水库设计正常蓄水位428 m，总库容约2 060万m3，坝型为面板堆石坝，最大坝高约78 m，坝顶高程约432 m。所需填筑料约50×104m3。

3 料场边坡地质条件

料场位于坝址区下游包鸾河左岸，为低山丘陵地貌，距离坝址区约1.50 km，有机耕道相通。料场拟开采范围线高程为380～475 m，岩性为侏罗系中统下沙溪庙组砂岩、泥岩，岩层产状N20°E/SE∠16～22°，中厚层状构造，裂隙不发育，强风化层厚度0.50～4 m。场区无不良地质现象，工程地质条件简单。

经室内试验，砂岩天然密度2.56 g/cm3，饱和密度2.60 g/cm3，平均天然抗压强度85.50 MPa（单值间于70.90～96.70 MPa之间），平均饱和抗压强度79.80 MPa（单值间于65.20～93.80 MPa之间），软化系数0.93，料石强度满足设计要求。料场无用层为泥岩及表层强风化层。在图示拟开采范围内，有用层厚度约20 m，无用层最大厚度约22.20 m，有用层储量90.90×104m3，无用层体积47.30×104m3，剥采比0.52。该料场有用层为顺层开采。

料场开采、运输条件较好，但储量不足需求量两倍，应根据施工专业综合比较后确定开采方式，堆石料参数建议值如表1所示。

表1 堆石料参数建议值表

4 料场开挖边坡稳定分析

4.1 料场开挖施工概况

料场于2015年5月开始开挖作业，清除表层覆盖层及强风化无用层，及备料工作，2015年9月底正式开采、运输料石填筑大坝，至今已运送料石约13万m3。现开挖后缘边界450～460 m高程，前缘边界约380 m公路边，最大顺向边坡高10～15 m，边坡开挖坡比1：0.3。

某日地质人员现场巡视时，发现料场开挖边界上游侧至料场后缘边坡出现顺层滑动变形迹象，立即开展现场勘察、地质测绘，并要求暂停施工，设置变形观测点，对滑坡带进行变形观测，作好安全防护应急预案工作。

4.2 料场滑动变形

根据现场勘查、观测结果分析可得，该水库料场滑动变形主要可以分为2个部分：一是，料场开挖边坡滑动；二是，料场边坡上游滑动。

4.2.1 料场开挖边坡滑动

料场开挖边界后缘自然边坡表层残坡积粉质粘土及局部强风化泥岩出现变形拉裂现象，裂缝宽度一般10～40 cm，地表可见深度约1 m，拉裂缝贯通性好，整体沿料场开挖边坡后缘坡顶呈圆弧形展布，裂缝出露高程最高约500 m，距离开挖面最大距离约140 m。料场开挖边坡底部部分已挖至砂岩底板，现场勘察中发现砂岩与下伏泥岩接触面存在泥夹岩屑型软弱夹层，厚约2 cm，呈可塑～硬塑状，存在上部砂岩岩体沿软弱夹层顺向滑动的可能，危及料场作业安全。根据分析，主要是由于砂岩岩层中部切脚、上部无用层清挖不完全，施工放炮、以及近几天下小雨等内外因素，引起料场上部开挖边坡出现的滑动、拉裂变形。

4.2.2 料场边坡上游滑动

在料场开挖边坡上游侧公路边出现顺层滑动变形迹象，变形体位于393～435 m高程范围内，地表崩坡积层块碎石土及下伏基岩沿泥岩层面软弱夹层顺坡向蠕滑变形，软弱夹层为泥夹岩屑型，厚1 cm，呈可塑～硬塑状。由于该变形体范围内扩建、新建料石运输公路，造成地表崩坡积层块碎石土切脚，在两层公路边形成临空面，并在过往重型运输车动荷载进一步影响下，致使崩坡积体及下伏基岩沿泥岩层面软弱夹层顺向蠕滑变形。根据现状处于临界不稳定状态反演验算，软弱夹层天然抗剪断强度参数f=0.39，安全系数约0.97，在雨水的影响下，滑面将进一步软化，抗剪断强度降低，可能出现急剧下滑状况，对公路边过往人员及车辆有很大的安全隐患。

4.3 滑动治理措施

根据料场滑动变形情况分析可得，针对不同的边坡滑动问题，需制定适宜的治理措施，该水库滑动治理主要分为以下4大步骤：第一，对于料场开挖边坡后缘自然边坡浅层滑动问题，由于现状料场开挖边界后缘还有大量砂岩料，建议将边坡后缘弱风化砂岩全部开采利用，并结合料场开采，清除地表已拉裂的残坡积土层、强风化泥岩，解决开挖边坡切脚造成浅层滑动问题，亦可防止砂岩沿砂、泥岩软弱夹层顺向滑动问题。第二，料场开挖边坡上游侧崩坡积体，以及下伏泥岩沿层面软弱夹层顺向蠕滑变形问题，可采取沿滑动面上部全部挖除，下部回填压脚支挡等处理方式，并做好排水措施。第三，下一步料场开采作业应严格遵循自上而下，顺岩层面开挖，禁止顺层切脚开挖的作业方式，防止类似不良地质现象发生。第四，由于目前料场施工作业区已出现滑动变形，要加强料场后期施工的安全防护措施及应急方案。