阿白冲水库输水隧洞进水口边坡治理方案探析

(云南省红河州水利水电勘察设计研究院，云南 蒙自 661100)

1 工程概况

阿白冲水库地处石屏县新城乡红河二级支流阿白冲河中下游河段，是以农业灌溉为主的中型水利枢纽，水库总库容1538.0万m3，灌溉面积2.91万亩，年供水总量1718.8万m3。输水隧洞是水库唯一的输水设施，其进水口的边坡安全关系到工程安全和水库灌溉供水效益的发挥。

2 输水隧洞进水口边坡地质概况

2.1 地形地貌

进水口边坡属构造侵蚀高中山地貌，岸坡坡度一般35°～50°，局部地段达60°，边坡高度达18～50m，坡面多呈直线和折线型坡，两侧为宽缓的季节性冲沟，植被较发育，进水口高程以下为自然边坡，至河底高差约20m。

2.2 地层岩性

边坡所处区域主要为下元古界美党组(Pt1m)板岩，岩体风化破碎，完整性较差，地层走向与斜坡坡向以大角度相交的斜向坡为主，边坡自上至下由人工填土(渣料)及残坡积角砾组成。第四系(Q)人工填土(Q4ml)为含碎石粉质黏土—碎石土，碎石含量40%～60%，直径0.2～15cm，以强风化板岩角砾及碎块为主，厚0.5～2.5m；残坡积层(Q4el+dl)以碎石、角砾为主，含量35～60%，直径0.2～8cm，为强风化板岩，厚0.4～3.5m；崩积层(Q4col)以碎石、角砾及块石为主，砾石含量大于50%，直径0.2～20cm，为强风化板岩，厚3.0m；强风化板岩(Pt1m)呈坚硬状黏土—角砾，岩石极破碎，呈薄—中厚层状，节理裂隙极发育，易开裂崩解，厚0.5～5.5；中风化板岩：岩石较破碎，呈薄—中厚层状，节理裂隙较发育，多呈闭合状，易沿层理及裂隙面开裂，顶板埋深0～8.30m。

2.3 水文地质条件

边坡上部第四系残坡积层一般不含水，雨季以上层滞水为主。板岩(Pt1m)在强、弱风化岩体中含裂隙型潜水，主要为大气降水补给。松散堆积层孔隙水主要受大气降水补给，富水及透水性较弱，一般就地补给就近排泄；基岩裂隙水含水层为板岩(Pt1m)，主要靠大气降水和松散孔隙水垂向补给，储运通道主要为节理裂隙，岩层透水大，降水排出迅速，一般就近补给库区。

2.4 地震

边坡位于云南山字形构造石屏弧与通海弧之间，区间北东及北西向断裂构造较为发育，地块完整性较差，工程区地震动峰值加速度0.30g，地震动反应特征周期0.45s，地震基本烈度及抗震设防烈度为Ⅷ度。

3 进水口边坡稳定性分析

输水隧洞进水口边坡岩体节理裂隙发育，各结构面切割强烈，裂隙面较平直且多有薄层泥质充填；边坡天然状态下基本稳定，但因地势陡峻，地层孔隙较大、基岩破碎，饱水后临空面易失稳破坏，尤其在库水消落时的动水压力作用下，易引发边坡失稳，边坡治理范围平、剖面如下图所示。

输水隧洞进水口边坡防治处理剖面

3.1 计算参数

进水口边坡计算参数以试验结果为依据并结合工程实际综合确定，如表1所列。

表1 进水口边坡稳定计算参数取值

3.2 计算结果

选取最具代表性的5—5′，剖面进行稳定计算，稳定计算公式参照边坡设计规范有关公式进行，结果如表2所列：

表2 进水口边坡稳定性计算成果

注( )内数值为饱和状态取值；上部滑面为土岩界面，下部滑面为强、中风化层交界面。

计算成果表明：正常运用条件下，进水口南侧、西侧边坡均稳定；非常运用条件Ⅰ下，南侧及西侧边坡下段坡体稳定，而西侧边坡上段坡体不稳定，易沿土岩界面滑动；非常运用条件Ⅱ下，南侧边坡下段坡体稳定，而上段坡体不稳定，易沿土岩界面滑动。而西侧边坡上、下段均不稳定，易沿土岩界面或强、中风化层交界面滑动。

4 边坡治理方案

4.1 治理方案比较

根据进水口边坡的地形地貌、地质结构、变形破坏特征和场地条件，结合治理方案的可行性与经济性，进行三种方案的比较，具体如下：

4.1.1 方案一：锚索框格梁+整坡+锚喷工程

a.锚索框格梁。在进水口西侧边坡上部设置5排锚索，长度自下至上分别为15m、16m、18m、18m、18m，其中锚固段长8.5m，置于弱风化板岩中，自由段长5～8m，入射角25°，锚索间距4m×4m，采用高强度、低松弛、公称抗拉强度1860MPa的钢绞线(1×7)，每孔设5φ15.24钢绞线，设计锚固力640kN，张拉锁定荷载值750kN。框格梁为C25混凝土，嵌入坡体40cm，框格间距4m×4m。

b.整坡。对上部三排锚索框格梁间的坡面进行整平，对进水口南侧边坡削坡至1∶1。

c.锚喷工程。对南侧边坡进行锚喷支护，间距2m×2m，锚杆长6～8m，采用1φ25钢筋，锚孔为φ42钻孔，灌入水灰比1∶0.45的M30砂浆，坡面挂φ6.5钢筋网片，φ16钢筋压网，喷射8～12cm厚的C20混凝土支护。

d.锚固计算。进水口边坡为临水边坡，边坡最大高度18m，级别为3级，边坡锚固计算参数如表3所列，进水口边坡岩土体物理力学指标如表4所列，锚固计算结果如表5所列。

表3进水口边坡锚固计算参数

项目抗滑稳定安全系数锚固体与岩体黏结强度/MPa钢筋与注浆材料摩擦系数挡土墙基底摩擦系数f墙 后 填 土密度/(kN/m3)内摩擦角/(°)数值 正常运用条件1.15-1.20500(中风化板岩)0.500.6 21.635非常运用条件Ⅰ1.10-1.15260(强风化板岩)0.5非常运用条件Ⅱ1.05-1.10

表4 进水口边坡岩土体物理力学指标

表5 锚固计算结果

4.1.2 方案二：抗滑桩+整坡+锚喷

a.抗滑桩。在进水口边坡西侧顶端设置1排抗滑桩共12根，桩身间距5m、桩长22m、桩径1.5m×2m，桩体采用C30混凝土。

b.整坡。与方案一相同。

c.锚喷。与方案一相同。

d.抗滑桩计算结果。经计算，抗滑桩最大弯矩为20523.959kN/m，最大弯矩位置为背侧距离桩顶12.62m。

最大剪力为3060.00kN，最大剪力位置为距离桩顶8.6m，最大桩顶位移为88mm。

4.1.3 方案三：削坡+锚喷

a.削坡。对进水口西侧边坡按分级高度10m、坡比1∶0.75进行削坡，设置宽2m的马道；对进水口南侧边坡按坡比1∶1.25进行削坡，设置宽2m的马道。

b.锚喷。削坡后进行锚喷护坡，进水口西侧边坡锚杆间距2m×2m，南侧边坡锚杆间距3m×3m；锚杆采用φ25钢筋，长5～8m，锚孔为φ42钻孔，灌注水灰比1∶0.45的M30砂浆，坡面挂φ6.5钢筋网片，φ16钢筋压网，喷射8～12cm厚的C20混凝土支护。

各方案工程量对比如表6所列：

4.2 治理方案选择

输水隧洞进水口边坡治理方案，从以下三方面进行选择：

a.从技术角度考虑：方案一充分利用边坡自身岩土体强度，对边坡扰动更小，治理后风险较小；方案二采用坚固的抗滑桩支挡，安全性高；方案三须削坡，但因地形条件限制，不能削至允许坡率而需支护。

b.从施工条件考虑：方案一钢筋制作工艺少，对场地要求低，仅须搭设脚手架即可施工；方案二须就近开挖一定面积的钢筋制作场地，要求较高；方案三削坡时须对边坡中部的施工便道进行开挖，施工便道切断后削坡渣料难于运出，且开挖过程中须对进水口加以保护，措施费用较高，故方案一、二明显优于方案三。

c.从工程估算总投资考虑：方案一总投资79.15万元；方案二总投资149.71万元，方案三总投资167.55万元，以方案一最经济。

经综合比较，选择方案一(锚索框格梁+整坡+锚喷工程)作为进水口边坡治理方案。

表6 各方案工程量对比

4.3 治理后边坡安全性评价

输水隧洞进水口边坡按方案一(锚索框格梁+整坡+锚喷工程)进行治理后，边坡稳定，其安全性评价如表7所列。

表7 输水隧洞进水口边坡治理安全性评价

5 结 语

阿白冲水库输水隧洞是水库唯一的输水设施，隧洞进水口边坡的安全关系到工程安全和水库灌溉及供水效益的充分发挥，经方案比较，选择锚索框格梁结合整坡锚喷的综合治理方案，边坡治理工程于2014年3月实施完成，至今已安全运行3年多时间，治理后边坡稳定。

[1] 石屏县阿白冲水库工程初步设计报告[R].2011.

[2] 阿白冲水库工程输水隧洞进口边坡勘察报告[R].2011.