甘溪水库工程大坝左岸下游边坡稳定分析及治理措施

李治业，崔 进，魏 凯

（中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081）

0 前言

甘溪水库工程位于贵州省沿河县甘溪乡，坝址位于乡政府上游约200 m处，水库正常蓄水位501.00 m，总库容1110万m3。工程任务为灌溉和供水，年供水总量1221万t。工程挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，最大坝高66 m。

坝址岩层单斜，倾右岸略偏上游，河流与岩层走向基本一致，河谷为走向谷。河床高程445 m～448 m，河床宽25 m，在高程506 m时谷宽为178 m，宽高比为3.1∶1。两岸地形较完整，仅坝下游约60 m处发育一小型冲沟，冲沟切深3 m～5 m。左岸在河床450 m～465 m高程地形坡度约为57°，465 m～550 m高程地形坡度约 24°；右岸在河床450 m～475 m高程地形坡度约为64°，475 m～570 m高程地形坡度约39°，呈下陡上缓的峡谷型河谷；左岸为顺向坡，右岸为逆向坡，坝址区岩体坚硬，无构造断层构造发育，地形地质条件较简单。左岸山体雄厚，山顶高程750 m～850 m。右岸山体呈圆丘状，山顶高程583 m。河谷呈基本不对称“V”型。坝址区地质构造主要为裂隙、卸荷、夹层，左岸卸荷最大深度为2 m、风化水平深度14 m～26 m。

工程于2015年初开工建设，大坝左岸坝肩485 m高程以上边坡开挖揭露后，顺河向裂隙发育明显且较深，且导致左岸少量覆盖层顺层滑移。为确保工程施工期安全，对左岸边坡进行防治处理是非常有必要的。

1 左岸边坡地质概况

左岸边坡为层状结构的岩质顺向坡，岩层倾右岸略偏上游，倾角30°。左岸基坑上游侧边坡岩体深入河床，无临空面，边坡稳定；下游侧边坡形成基坑、河床、下游冲沟三面临空的顺向坡，岩体内部有层面及夹层等结构面。夹层面岩体综合抗剪断内摩擦系数 f’=0.50、粘聚力 c’=0.10，饱和状态下 f’=0.4、粘聚力c’=0.08。边坡在506m高程以下发育顺河向裂隙，裂隙面有溶蚀张开现象，工程初步设计阶段推测切割较深（开挖揭露后深度达到 8m），左坝肩岩体发育裂隙包括：（1）LD1：N45°～55°E，NW∠62°～70°；（2）LD2、LD3：N5°～20°W，NE/SW∠70°～80°。三组裂隙均顺边坡走向，岩层倾角与自然地形坡度相近。受边坡开挖切脚、暴雨、施工爆破等影响，可能导致被裂隙切割的岩体出现顺层失稳，施工期存在安全风险，边坡开挖应遵循“先锚固、后开挖”的原则。

图1 大坝左岸布置图及下游边坡平面图

图2 大坝左岸下游边坡开挖前地质剖面图（天然）

2 边坡稳定判断及分析

大坝左岸下游边坡开挖高程440～495 m，临时边坡最大高度为45 m，根据工程布置，在460 m高程设3 m宽马道。天然边坡为岩质边坡，倾向NE40°，倾角30°。开挖边坡倾向NE40°，倾角63°。下游边坡开挖图见图3。

图3 大坝左岸下游边坡开挖图

边坡和裂隙面产状见表1。

表1 下游边坡和结构面产状表

（1）边坡稳定判断

利用赤平投影方法对边坡进行失稳模式判断，边坡结构面赤平投影图，见图4。

图4 边坡和结构面赤平投影图

利用赤平投影方法初步判断，两组裂隙组合面倾角大于开挖边坡的坡角，倾向43°，边坡基本处于稳定状态。

（2）边坡稳定分析

甘溪水库为Ⅲ等、中型水利工程，建筑物级别为3级，依据《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）规范规定，大坝左岸下游边坡为4级边坡，临时边坡安全系数为1.05～1.10。

因左岸下游顺向坡坝基开挖后将形成开挖面、下游冲沟临空面、坝肩位置的裂隙面切割块体，在受到重力、开挖爆破、暴雨期渗水压力等因素的作用下，切割块体沿着层面或夹层面向河床整体滑移的可能，或存在局部崩塌。大坝左岸下游岩质边坡失稳模式为平面滑动，模式主要包括：（1）由发育裂隙面、下游临空面和夹层面组合的块体滑移；（2）由发育裂隙、下游临空面和岩体随机层面组合的块体滑移；（3）由下游临空面、顺河向发育裂隙面、夹层面组合的块体崩塌。

按如下两种工况分别计算边坡抗滑安全系数：

工况1：正常运用工况，工程运行期正常情况；

工况2：非常运用工况，暴雨引起的边坡岩体饱和及地下水位变化情况。

岩质边坡平面滑动采用如下公式计算边坡抗滑安全系数：

式中：γ为岩土体的重度，kN/m3；c为结构面的粘聚力，kPa；φ为结构面的内摩擦角，°；A为结构面的面积，m2；V为岩土体的体积，m3；θ为结构面的倾角，°。

荷载主要包括边坡岩体自重、裂隙面孔隙水压力、爆破作用。裂隙面孔隙水压力是暂态的，降雨后逐步消散。但是排水设施不到位的话，需要计算孔隙水压力，根据相关资料，水压力折减系数取0.5。

通过计算得到，最不利工况为暴雨工况，边坡块体在暴雨工况下安全系数最低，为1.15。考虑施工期开挖爆破的影响系数[2]，最小安全系数为1.035，表明边坡基本稳定，但小于规范规定的允许值1.05。

3 边坡治理设计

边坡治理主要依照预防为主、能预防的应尽可能预防的原则进行，确保工程施工期施工人员生命和设备财产的安全。选择既经济又可行的工程治理措施，边坡治理主要包括表面排水、抗滑支挡，设计如下：

（1）边坡表面排水

大坝坝顶开挖线以外设了截水沟，对下游冲沟进行疏通，及坝肩下游边坡揭露裂隙进行挖槽及回填M10砂浆进行封闭处理。

（2）抗滑支挡措施

抗滑支挡措施主要包括挡土墙、抗滑桩（钢筋混凝土抗滑桩、锚杆束钢筋桩）、预应力锚索、预应力锚索加抗滑桩等。依据边坡稳定分析结果，本边坡基本处于稳定，为使边坡在施工期安全系数达到1.05，考虑支挡措施实施的可靠性及措施起作用的及时性，最终采用锚杆束钢筋桩对每级边坡开挖前进行预锚固。

锚杆束钢筋桩参数为：钢筋桩由3根C32钢筋组成，长18 m，轴线竖直向下，深入J6夹层以下3m，两排，间排距2 m×2 m，分别布置在485 m高程和460 m高程。抗滑支挡措施实施后，安全系数满足规范要求。

4 施工期边坡监测及现状

（1）内部监测

大坝左岸下游边坡共布置1孔2组多点位移计，整个施工期的监测记录显示，没有发现异常现象，多点位移计变化过程见图5（施工期部分时段）。

图5 边坡多点位移计点实测变化过程线

边坡内部埋设的2组多点位移计测值位移均在±1 mm之间，且逐渐趋于平稳，说明边坡内部是处于稳定状态。

（2）表面观测

裂隙面缝隙做相应记号进行边坡表面监测和观测，从开始施工至今，均未发生位移量。

（3）现状

从坝基边坡开挖到主体工程施工完成，左岸整体边坡表面未发生水平和垂直位移量，表层植被由于开挖切脚，局部发生了滑移，但不影响边坡及工程的整体稳定。

5 结语

（1）甘溪水库工程大坝左岸下游边坡为顺向坡，底部存在软弱夹层面，且受裂隙面切割，边坡块体的稳定决定整个工程的功能及作用。

（2）边坡开挖过程中，跟踪并及时掌握施工情况，通过判断及分析跟进边坡治理措施，对边坡稳定做到有的放矢。

（3）目前省内开展较多的水利工程，对于倾角较缓的岩质顺向坡，在工程设计的各个阶段应深入分析，从地质勘察到边坡治理设计，每个环节做足工作，做到整个工程既安全又经济可行。

（4）工程实施阶段，应及时依据边坡开挖后揭露的地质条件复核分析边坡稳定，采用科学合理的治理措施，确保工程安全、施工人员和设备安全。

（5）从内部监测数据及表面观测情况，表明左岸边坡是处于稳定状态。