卡基娃水电站超高岩质料场边坡支护设计

2016-09-28马行东

水电站设计 2016年3期

关键词：岩质料场板岩

马　行　东

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都　610072)

卡基娃水电站超高岩质料场边坡支护设计

马行东

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072)

由于对临时料场边坡重视不够及缺乏深入系统的研究，料场边坡已成为水电边坡中较为不安定的隐患。本文就料场超高岩质边坡，从工程地质条件及岩体力学参数入手，对料场边坡的失稳模式及边坡等级进行了分析，根据边坡结构特征、岩土体性质、边坡破坏类型等选择采用定性、定量方法进行综合分析，对料场边坡的稳定性及支护进行探讨，对类似料场边坡工程勘察设计具有借鉴意义。

料场边坡；超高岩质边坡

0　前　　言

水电项目包括大量的工程边坡，其高度低则百余米，高则达300～1 000 m，加之现代构造活动强烈，自然营力地质作用发育，工程高边坡通常处于复杂的地质环境中，并具有复杂的地质结构。如何有效地控制水电工程施工中人工开挖边坡的稳定性是目前普遍受到关注的问题，也是工程中经常遇到的问题，目前边坡开挖扰动与锚固效应的研究已取得许多进展，但对大坝施工区域内的料场边坡类的非永久性建筑高边坡往往重视不够。水利水电工程料场是大坝填筑料或大坝混凝土骨料生产场地，料场边坡开挖进度对整个工程工期及进度具有控制性作用，且其开挖前往往未有效进行系统、详细的地勘等技术工作，边坡稳定性问题已成为一个较为突出的安全问题。

本文对卡基娃水电站料场临时超高岩质边坡的稳定性及支护进行探讨，料场边坡的支护保证了施工期的安全，同时对超高岩质边坡的支护造价低，取得了不错的效果，以期对类似工程边坡有所借鉴。

1　工程概况

料场位于大坝上游木里河右岸通乡公路以上则窝和牙洛村之间，距大坝3 km左右。料场范围大致北部、南部以较大的冲沟为界，西部(料场后缘)可达高程3 200 m左右，东部以通乡公路(高程2 900 m左右)为界，总体呈三角形，最大宽度530 m，长度815 m，料场面积27.4 m×104 m。则窝料场开采规划高程为3 150～2 880 m，岩质边坡开挖高程差约270 m，最高横Ⅱ剖面约开挖18级边坡，每级边坡开挖高程约15 m，开挖坡比1∶0.45，属于临时工程边坡。

2　工程地质条件

料场微地貌总体呈西高东低，山脊、沟谷呈东西向展布。料场为单面山，北坡缓，一般坡度15°～30°，地表多为覆盖层，基岩出露少；南坡陡，坡度一般40°～70°，甚至直立或倒坡，除在坡脚处有覆盖层外，多为基岩出露。覆盖层主要是残坡积、崩坡积为主，少量洪积物等，覆盖层厚度一般5～10 m，钻孔揭露的覆盖层最大厚度16.9 m。基岩为奥陶系下统人公组第四段(O1r4)变质石英砂岩、长石石英砂岩、杂砂岩夹砂质板岩、千枚状板岩等。根据沉积韵律和岩性组合，料场范围内可细分为五层，从下至上分别为第①层(O1r4-1)：千枚状板岩夹薄层、中层砂岩，未见底，分布于料场南侧边缘，不宜采用。第②层(O1r4-2)：薄至中厚层石英砂岩、长石石英砂岩、杂砂岩夹少量的砂质板岩、千枚状板岩等，厚度35～50 m,分布于料场南侧，为拟采堆石料和人工骨料主要料源；第③层(O1r4-3)：千枚状板岩为主，偶夹薄层砂岩，厚度14～32 m，分布于料场中部偏南侧，可作为堆石料料源；第④层(O1r4-4)：中至厚层变质石英砂岩、长石石英砂岩、杂砂岩为主夹砂质板岩等，厚度40～70 m，分布于料场中部，为拟采堆石料和人工骨料主要料源；第⑤层(O1r4-5)：砂质板岩、千枚状板岩为主夹薄层砂岩，未见顶，分布于料场北侧，可作为堆石料料源。基岩总体风化较弱，地表调查及钻孔岩芯显示地表及浅部多为弱风化岩石，仅局部有强风化岩石，如ZKL01、ZKL03钻孔揭示的强风化岩石深度分别达到25 m和17 m，说明局部存在风化深槽或风化囊。料场覆盖层中无地下水，基岩中地下水为基岩裂隙水，埋深一般为42.60～68.30 m，最浅为料场北侧冲沟边ZKL10钻孔处，埋深为21.45 m，最大埋深为87.00 m。料场未发现大的断裂构造，总体为单斜地层，地层产状N40°～70°W/NE∠20°～40°。

3　边坡失稳模式及等级

3.1边坡失稳模式

依据边坡的岩体结构、性状，应用赤平投影方法可对边坡结构面的几何特性进行统计分析，分析影响边坡稳定性的环境和工程因素：

(1)整体稳定性：需考虑岩体结构、不利岩层(层面)、大断层等的控制。

(2)局部稳定性：需考虑①覆盖层底界、覆盖层内部园弧滑动；②Ⅴ类岩体底界、内部园弧滑动；③特定结构面组合滑动；④下游侧坡(顺向坡)的顺层滑动；⑤上游侧坡(逆向坡)倾倒破坏。

(3)料场开挖后，开口线附近普遍存在Ⅳ、Ⅴ类岩体和浅薄的覆盖层，稳定性较差。北侧边坡为逆向坡，稳定性相对较好，破坏模式主要为倾倒变形，同时存在②与④的不利裂隙组合，可能产生局部楔形崩滑；西侧边坡为横向坡，存在①与③的不利裂隙组合，可能产生局部楔形崩滑，边坡还存在缓倾坡外的小断层，存在块体失稳的可能；南侧边坡为顺向坡，稳定性相对较差，①、②组裂隙与层面组合后，可能沿层面产生平面型滑移，也可能沿组合交线产生楔形崩滑。

3.2边坡等级

根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353-2006)的相关规定和场地现状、位置等特点，结合本工程实际情况，选择天然条件、暴雨、天然+地震三种工况进行稳定性分析计算。持久工况：开挖未支护，考虑岩体自重；短暂设计工况：暴雨情况下考虑潜在滑体全部的岩体自重荷载，覆盖层较薄，考虑全部饱和，Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ类岩体考虑0,9的折减系数对C、φ值进行修正；天然+地震(工况3)：地震设防水平峰值加速度为0.149g时相应的岩体自重及地震力，未考虑垂直地震加速度的影响；各工况条件下边坡抗滑稳定安全系数根据《水电水利工程边坡设计规范》(DL/T5353-2006)确定(见表1)。

表1　各工况荷载组合及抗滑稳定安全系数取值

4　稳定性评价

4.1定性评价

则窝料场开挖主要在北侧、西侧和南侧三个方向形成边坡，东侧由于地势较低，基本没有边坡。

(a)北侧边坡(b)西侧边坡(c)南侧边坡

图1料场边坡稳定性赤平投影分析

4.2定量评价

计算软件：采用水科院陈祖煜编制的“岩质边坡稳定计算程序EMU”进行开挖边坡稳定分析。持久设计工况：主要为边坡正常运用工况，此时采用基本组合设计，考虑自重+加固力；短暂设计工况：包括施工期缺少或部分缺少加固力，暴雨或久雨工况；偶然设计工况：主要为遭遇地震情况，考虑基本组合+地震作用。横Ⅱ剖面及纵3-3剖面计算成果见表2。