顺层向缓倾角边坡支护设计

李娅 曹阳

1 工程概况

妙隘水库位于贵州省铜仁市松桃苗族自治县妙隘乡平皋村，松桃河一级支流妙隘河上游，工程任务为农田灌溉、集镇及农村人畜供水。妙隘水库工程为Ⅳ等小（1）型工程，由枢纽工程和输水线路工程组成，枢纽工程由拦河坝、溢洪道、取水兼放空建筑物等组成。拦河坝为混凝土面板堆石坝，坝轴线总长145 m，最大坝高35.0 m；溢洪道采用无闸门控制的开敞式，由引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、海漫段、抛石防冲段等组成，总长度为194.35 m。取水兼放空建筑物由取水口、取水管道及出口多功能调节阀室三部分组成。取水口利用导流洞改造而成，采用龙抬头型式，取水管道首部采用龙抬头型式，后部在导流洞内设置明钢管，长267 m。出口多功能调节阀室位于导流隧洞出口处，取水管在多功能调节阀室内分为3条支管，分别为水库放空管、生态基流管和引水管。输水线路总长5 536 m，由输水管道、交叉建筑物和附属建筑物组成。

妙隘水库工程施工总工期28个月，工程于2014年12月1日开工，2017年3月主体工程施工完成，2018年8月通过下闸蓄水验收，2019年5月通过竣工验收，目前工程运行良好。

妙隘水库工程规模较小，建筑物设计常规，溢洪道右岸永久边坡属软岩区缓倾角顺层向边坡，是本项目设计的重点和难点。针对右岸边坡的特性，设计中采取了支护措施，但在施工过程中，右岸桩号溢0-073.5段—溢0+17.5段发生了滑坡，滑坡总方量约1.75万m3。

2 溢洪道边坡工程

2.1 工程地质

妙隘水库开敞式溢洪道位于坝址右岸，妙隘河由近SN向转为近EW向流经坝址，于右岸形成凸岸。溢洪道沿线地面高程425～465 m。地表覆盖第四系全新统坡残积粉质黏土或碎石土，厚度1～3 m。溢洪道基岩地层为志留系中统石牛栏群一段，地基主要岩性为砂质页岩、泥岩、砂质页岩与泥岩互层等，属较软岩或软岩，岩层产状为：NE40°～45°/SE∠36°～40°。

溢洪道左岸表部岩体风化严重，呈强风化状，下部岩体呈弱风化及微风化状。岩层走向与边坡走向基本一致，开挖边坡为逆向坡，整体稳定性较好；溢洪道右岸表部岩体风化强烈，呈强风化状，下部岩体呈弱风化及微风化状。岩层走向与边坡走向基本一致，开挖边坡为顺向坡，整体稳定性差。

2.2 边坡支护设计

溢洪道左岸的逆向坡，开挖高度小，采取喷混凝土防护。开挖坡比1∶0.5～1∶0.75。

溢洪道右岸的顺向坡，最大边坡高度41 m，岩石开挖坡比为1∶0.75～1.20，每15 m设一级马道，马道宽2.0 m。微风化-弱风化岩体开挖坡比为1∶075，采用挂网喷混+锚索支护，强风化及其上部岩体开挖坡比为1∶1.2，采用框格梁+锚索联合支护形式。锚索设计吨位500 kN。边坡设有排水设施，沿边坡走向结合马道布置纵、横向排水沟，排除地表水，同时在边坡上钻设排水孔，降低坡后地下水位。

进水渠中部及控制段右岸边坡是本工程高边坡位置，桩号溢0-073.5—溢0+17.5范围内，最大边坡高度41 m。共设有两级马道，高程分别为474.5 m和464.5 m，马道宽度均为2 m。高程474.5 m以上设计坡比为1∶1.2，高程452.5～474.5 m设计坡比为1∶0.75，高程449.40～452.5 m之间为引渠挡墙，挡墙背坡开挖临时坡比1∶0.3。共设89根锚索，锚索设计吨位均为500 kN，锚固段长度10 m，锚入弱风化中下部至微风化。边坡支护典型设计如图1所示。

图1 桩号溢0-020.00典型支护设计图

进水渠中部及控制段岩层倾角为36°～40°，边坡开挖后形成顺向坡，下部边坡坡度53°，陡于岩层倾角，形成切脚开挖，因此在施工过程中特别强调施工程序，必须边开挖边支护。

3 边坡失稳

2016年4月29日上午11点40分，溢洪道引渠段右边坡发生滑坡。滑坡范围为溢0-035—溢0-073.5段，高程461.0～496.0 m，下游与较完整岩石边坡几乎成直线拉开，顶部及上游边界为设计排水沟边线，下部滑舌滑出高程约462 m。滑坡体顶宽约11.5 m，底宽约42 m，平均宽度约22 m，顶部厚度约3.5 m，下部厚度约1.8 m，平均厚度约2.6 m，沿主滑方向投影长度54 m，为一小型、浅层混合滑坡体。

2016年6月11日18：10，溢0+17.5—溢0-12.5段边坡滑坡，当天晚上23：20溢0-12.5—溢0-35.0 m段边坡滑坡，滑坡高程范围为454.5～499.6 m。滑坡体表面出现较多裂缝，分布有剪切裂缝、膨胀裂缝、张拉裂缝，裂缝宽10～50 cm，延伸走向和长度不一。滑坡体前部出现变形和鼓胀，后部出现陡坎，坎高约3 m，锚墩下移2～5 m不等。滑坡面清析可见，为光滑的岩石层面，层面间有40 mm厚泥层。滑坡后壁距路基内边线60 m，下部滑舌高程454.0 m。滑坡前沿三角鼓丘高达0.8～1.2 m，顶部宽度约20 m，下部宽度为50 m，平均宽度为40 m，顶部厚度5 m，下部厚度2.0 m，平均厚度3.5 m，为小型、浅层、土岩混合滑坡体。

两次滑坡总方量约1.75万m3。

4 边坡滑移分析

4.1 施工过程分析

2016年4月8日溢0-35.0—溢0-73.5 m段开挖至高程464.5 m（马道），4月15日开挖至高程461.5 m。高程461.5 m以上滑坡桩号范围内共布置了5排预应力锚索，共计21根，滑移发生时，滑坡体下部的12根锚索尚未张拉。在此前提下，边坡继续下挖，造成岩层切角，开挖后坡角为53°，陡于岩层倾角，形成临空面。

溢0+17.5—溢0-12.5段溢洪道右岸边坡共布设了7排，46根锚索，在滑坡发生前，下部锚索均未张拉，上部形成岩体临空区。2016年5月8日现场设代人员就发现了该区域出现了岩体切割掉快、未按设计图纸打排水孔等问题，并提出了处理意见，要求施工方尽快张拉锚索予以锚固，补打边坡排水孔，但截止滑坡前未得到实施。

4.2 降雨和地下水原因

本滑坡区正置多雨季节施工，滑坡发生前施工区曾连续多天强降雨。由于地表碎石土较松散，透水性较好，雨水不易形成地表径流，而是大部直接下渗，使边坡后碎石土、页岩、泥岩饱和，岩土质量加大，产生不利于边坡稳定的渗透水压力，潜在滑动面下滑力加大；雨水下渗使层面出现软化和泥化，造成岩体及层面的抗剪强度显著降低；溢0-12.5和溢0-035发育有两条基本垂直于溢洪道轴线的裂隙，该裂隙为碎石土充填，下渗雨水对裂隙面上的碎石土层起到软化作用，进一步降低了岩石顺节理裂隙面抗剪强度。综合各种外力作用剪切破坏加剧，蠕动速度，形成滑坡。

4.3 地质原因分析

滑坡体所在地层岩性为泥质页岩及砂质页岩，岩性较软，稳定性差，暴露地表后易风化崩解碎落，当受到雨水浸湿后易形成表面错落，从而使岩层层间抗剪强度降低，发生顺层滑动。

2016年4月29日11点，发 生 在 溢0-35.0—溢0-73.5段的滑坡为以岩土结合面为滑移面的推移式滑坡。滑坡发生前遇较长时间降雨，地表水潜入地下，受表层喷混凝土阻隔封闭、排水孔（管）不能有效排水等，导致入渗水在土体内积聚，土体饱和、抗剪指标下降，最终发生了沿岩土结合面的滑移（滑移发生时，滑坡体下部的12根锚索尚未张拉）。现场对覆盖层采用喷混凝土防护、不按设计要求钻设排水孔（眼），均不利于地下水的有效排泄。

2016年6月11日溢0+17.5—溢0-035段滑坡为以主滑移体以左右两条NW向垂直坡面的竖向裂隙为侧裂面、以泥页岩层面为底滑面的牵引式滑移。滑移前坡面下游侧出现临空区，导致上部岩体临空，失去支撑。临空区下部切角后表层岩体沿软化泥岩结构面顺层向整体滑动，局部向下游扭转，挤压下部岩体至隆起，滑坡壁清晰，高3～4 m。此次滑坡上、下游均有两组裂隙发育，顶部滑坡面发现有泥膜现象，在滑坡体上游侧挖至滑动面时发现3～5 cm泥夹碎屑层，高程454.0 m切断页岩后亦发现约4 cm厚夹泥层。连续降雨致夹泥层饱和，沿层面出现软化和泥化，沿此泥化夹层发生了牵引式滑坡，地质条件较初步设计阶段恶劣。

5 工程处理设计

结合现场实际情况，针对该部位边坡进行了边坡稳定敏感性分析，采取的工程措施如下：

（1）全部清除滑坡体。滑坡体清除应沿岩层面自上而下进行，边锚固边清理，不再设马道。

（2）考虑到本滑坡为浅层滑坡，已施工的锚索其锚固段岩石尚未受到太大影响，故完成滑坡清理后，对已施工完成的锚索进行张拉测验，若锚索能满足设计要求，可利用现有锚索配合增加混凝土框格梁支护；若现有锚索不能满足原设计要求，则需按原设计新做锚索。

（3）全断面设置混凝土框格梁。考虑喷混凝土对边坡排水的阻隔，滑坡体清除后的坡面不再采用喷混凝土支护，采用框格之间填腐植土并植草等防护措施对边坡岩层进行保护。

（4）原锚索锚固区外的滑移面新增区域，按设计间隔增设锚索。其中竖向在高程490.5 m和494.5 m各增设1排锚索，锚索锚固力为500 kN。高程453.5 m增设1排700 kN的锚索。

（5）为确保设置混凝土框格安全可靠，高程475.50 m和465.50 m设两排孔径为Φ120 mm的钢管桩，孔深为9 m，间距1 m，垂直岩面布设，钢管采用Φ89 mm壁厚4.5 mm的无缝钢管，内放3根Φ32钢筋，用Φ8@300箍筋连接，壁管钻花孔，安装完后注M30水泥砂浆，外露0.4 m，与框格梁钢筋连接。

（6）坡面设Φ80 mm边坡排水孔，排水孔入岩2.0 m和5.0 m。2.0 m和5.0 m排水孔梅花形间隔布置，间排距3.0 m。

（7）施工期间，加强边坡观测，保证工程安全。

处理后的边支扩情况如图2所示。

6 结语

图2 处理后的边坡支护情况

妙隘水库工程地层岩性为砂质页岩、泥岩及泥页岩互层，均为较软岩，遇水易软化；边坡开挖后，支护措施不及时，并未按设计要求设置边坡排水措施，随着继续切角下挖，上部岩体形成临空面，失去支撑。滑坡范围内地表碎石土松散，透水性较好，雨水不易形成地表径流，而是大部直接下渗，顺土中孔隙或裂隙下渗至潜在滑动面（岩土结合面和软化泥层结构面），致使土体、页岩、泥岩饱和，沿层面出现软化和泥化，造成岩体及层面的抗剪强度显著降低，形成软化泥岩面，形成了沿此泥化夹层的牵引式滑坡。

经过对妙隘水库软岩区顺层向滑坡产生的原因及边坡稳定敏感性分析，对南方强降雨区顺层向缓倾角边坡设计有了更深入的认识。总结经验教训，在前期设计工作中如遇类似地质条件，最好的方法是调整建筑物轴线，避免在此类地区进行边坡开挖，如不可避免应尽量放缓边坡，做好边坡支护和排水设计，特别强调施工工序，需边开挖边支护，同时加强施工期观测。