劉春鋒 鄭慧洋

青山?jīng)_水庫工程溢洪道為水庫的唯一泄洪建筑物，布置于大壩右側(cè)壩肩，受地形地質(zhì)條件制約首部選用側(cè)槽無閘門控制的開敞式溢洪道，設(shè)計(jì)泄量244.0 m3/s（P=1%），校核泄量416.0 m3/s（P=0.05%），建筑物級(jí)別為2級(jí)，其邊坡級(jí)別為3級(jí)。

1 溢洪道邊坡地形地貌及地質(zhì)條件

溢洪道位于壩址右岸山體，山體較渾厚，植被茂密，坡頂高程為531 m，山脊狹窄，為小區(qū)域范圍內(nèi)的地表分水嶺。臨溢洪道側(cè)山體整體地形基本呈陡—緩—陡趨勢(shì)，其中山頂附近地形略陡、自然坡度為30°～35°，山體中上部地形較緩、自然坡度為10°～25°，下部地形較陡、自然坡度為35°～45°。下游側(cè)發(fā)育一沖溝，溝底寬度5～8 m，與河谷近直交。

地層巖性為寒武系下統(tǒng)杷榔組三段（∈1p3）砂質(zhì)頁巖，屬較軟巖，抗風(fēng)化能力弱、遇水易崩解，地表覆蓋第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）碎石土厚度一般為0.5～2.5 m，上部強(qiáng)風(fēng)化帶下限深度為10.0～18.0 m。在邊坡強(qiáng)風(fēng)化帶底部發(fā)育次生軟弱夾層R1，隨強(qiáng)風(fēng)化帶起伏而起伏，經(jīng)查山體頂部山脊沿線未發(fā)育軟弱夾層；山脊兩側(cè)中上部緩坡段R1較為發(fā)育，物質(zhì)組成主要為泥夾巖屑，靠近山頂（及兩側(cè)）部位埋深及厚度相對(duì)較小，平緩寬闊地段埋深及厚度較大；下部陡坡段R1物質(zhì)組成主要為巖屑夾泥，埋深及厚度逐漸減小，至靠近坡腳附近尖滅。右岸山體構(gòu)造以節(jié)理裂隙為主，巖層產(chǎn)狀為走向NE25°～35°，傾SE，傾角21°～30°，傾向坡外偏下游。表層巖體中裂隙發(fā)育，泥質(zhì)充填，隨著深度的增加，裂隙逐漸閉合。邊坡非汛期地下水位多位于次生軟弱夾層R1以下，汛期地下水位位于R1以上或附近。

根據(jù)試驗(yàn)成果、強(qiáng)風(fēng)化巖體的反演計(jì)算及工程類比，邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)建議值，見表1。

2 溢洪道布置方案比選原則及比選方案擬定

根據(jù)分析計(jì)算，次生軟弱夾層R1是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素。選擇溢洪道布置方案時(shí)，在保證泄水建筑物的泄洪能力、消能效果、建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能減少邊坡對(duì)泄洪設(shè)施安全與可靠性的直接影響。因此側(cè)槽溢洪道調(diào)整段以下布置方案的比選原則如下：

（1）軸線選擇和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)考慮地形、地質(zhì)、水力學(xué)、沿線建筑物、工程總布置等因素。

（2）滿足工程總布置要求的條件下，盡量避開或減少對(duì)邊坡和已建成建筑物的擾動(dòng)。

（3）盡量減少R1軟弱夾層對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響，確保運(yùn)行期邊坡及溢洪道安全。

（4）與進(jìn)口側(cè)堰及出口消力池水流平順銜接。

（5）綜合考慮施工便捷性和經(jīng)濟(jì)合理。

綜合考慮以上因素，針對(duì)邊坡和泄水建筑物特點(diǎn)，比選明挖方案和洞挖方案：明挖方案包括放緩并加固高邊坡和偏轉(zhuǎn)溢洪道軸線并加固泄槽基礎(chǔ)兩種方案；洞挖方案考慮避開軟弱夾層R1的影響，采用豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪洞兩種方案。

3 邊坡安全標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法

為保證擬定各比選方案的安全可行，需進(jìn)行邊坡穩(wěn)定和加固處理方案分析計(jì)算。各比選方案的邊坡均為不臨水邊坡，經(jīng)常發(fā)生或持續(xù)時(shí)間長的正常運(yùn)用工況為天然工況；非常運(yùn)用條件Ⅰ為暴雨工況；本工程為Ⅵ度地震，無需進(jìn)行抗震計(jì)算，故不考慮非常運(yùn)用條件Ⅱ。邊坡穩(wěn)定計(jì)算安全標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)特點(diǎn)選取如下：

放緩邊坡方案和軸線調(diào)整方案為開敞式溢洪道，其泄槽兩側(cè)開挖邊坡為3級(jí)工程邊坡，經(jīng)敏感性分析，加固措施對(duì)邊坡穩(wěn)定不敏感，因此安全系數(shù)取規(guī)范允許值下限，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)設(shè)計(jì)取值見表2。

表2 工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取值表

豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪道方案為洞挖式溢洪道，洞室進(jìn)出口工程邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)取值見表2。洞身段為自然邊坡，考慮到自然邊坡未受擾動(dòng)、加固處理措施效果不明顯、暴雨工況歷時(shí)短，故認(rèn)為洞身段未開挖自然邊坡安全系數(shù)需滿足天然工況下不小于1.10，暴雨工況下不小于1.00。

依據(jù)邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)本工程呈碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)的巖質(zhì)邊坡，潛在滑動(dòng)面呈非圓弧形，應(yīng)采用摩根斯頓普賴斯法和不平衡推力傳遞法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。故本工程采用加拿大二維極限平衡程序Slide軟件，自動(dòng)搜索呈非圓弧形式的滑動(dòng)面并計(jì)算其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，同時(shí)可以模擬預(yù)應(yīng)力錨索、樁等邊坡加固支護(hù)措施?？够瑯秲?nèi)力和配筋計(jì)算采用理正巖土計(jì)算軟件的抗滑樁設(shè)計(jì)模塊，計(jì)算時(shí)輸入剩余下滑力及主動(dòng)土壓力（利用庫侖土壓力理論計(jì)算），計(jì)算得到樁的變形、內(nèi)力及配筋。

4 各方案邊坡加固處理措施

對(duì)放緩邊坡、軸線調(diào)整、豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪道4種方案的邊坡選取典型剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析和加固處理方案計(jì)算，結(jié)論如下：

（1）放緩邊坡方案溢洪道右側(cè)邊坡隨著施工時(shí)對(duì)邊坡自上而下進(jìn)行放緩開挖，軟弱夾層R1以上的強(qiáng)風(fēng)化巖體將被切腳并形成臨空面，因R1上部開挖邊坡的抗滑力不足將導(dǎo)致沿軟弱夾層R1發(fā)生剪切—滑移破壞，故需進(jìn)行邊坡加固。經(jīng)計(jì)算，通過系統(tǒng)施加700 kN預(yù)應(yīng)力錨索并在467.00 m高程馬道設(shè)置1排C30鋼筋混凝土抗滑樁（樁徑2 m、間距2.6 m，樁頭設(shè)1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索）等措施加固后，可以滿足永久邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，典型開挖支護(hù)剖面如圖1所示。

圖1 溢洪道放緩邊坡方案開挖支護(hù)典型剖面圖

（2）軸線調(diào)整方案溢洪道右側(cè)邊坡存在沿次生軟弱夾層R1及弧面組合的剪切-滑移破壞的可能，不滿足抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；同時(shí)為了避免開挖形成高邊坡，需將泄槽底板抬高到強(qiáng)風(fēng)化層，因原狀地基摩擦系數(shù)較低，泄槽本身的抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，通過在460.0 m和430.0 m高程設(shè)置兩排C30鋼筋混凝土抗滑樁（樁徑2 m、間距2.6 m，樁頭設(shè)1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索），邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；同時(shí)沿順?biāo)飨蛎慷涡共墼谑撞俊⒅胁亢臀膊扛髟O(shè)1排樁徑1 m灌注樁，排距8.2 m，間距4.5 m，泄槽抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)可滿足要求。典型開挖支護(hù)剖面如圖2所示。

圖2 溢洪道軸線調(diào)整方案開挖支護(hù)典型剖面圖

（3）豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪道均為洞挖方案，邊坡問題對(duì)方案的制約基本相同。兩方案均在邊坡開挖高度較小的部位進(jìn)洞和出洞，開挖支護(hù)工程量較??；洞室段頂部未開挖區(qū)域?yàn)楝F(xiàn)狀自然邊坡，不會(huì)對(duì)洞室結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響，經(jīng)計(jì)算現(xiàn)狀自然邊坡滿足抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。洞挖方案典型剖面如圖3所示。

圖3 洞挖方案典型剖面圖

5 方案比選

針對(duì)邊坡和泄水建筑物特點(diǎn)，根據(jù)擬定的比選原則，對(duì)明挖方案和洞挖方案進(jìn)行比選：明挖方案采用在原方案基礎(chǔ)上放緩邊坡或調(diào)整溢洪道軸線；洞挖方案避開次生軟弱夾層R1的影響，采用豎井旋流泄洪洞或斜井溢洪洞方案。通過合理的方案布置和相應(yīng)的加固措施，4種方案的泄流能力、流態(tài)、消能及邊坡安全等均滿足設(shè)計(jì)要求。

但在工程邊坡方面，調(diào)整溢洪道軸線、豎井旋流泄洪洞和斜井溢洪洞方案的開挖邊坡均小于20 m，可避開現(xiàn)狀已實(shí)施的邊坡，無需進(jìn)行二次開挖。其中洞挖方案可避開R1對(duì)邊坡的不利影響，調(diào)整溢洪道軸線方案將局部擾動(dòng)R1，仍需支護(hù)處理邊坡，但邊坡高度較低，加固后邊坡穩(wěn)定性較好。放緩邊坡方案的工程邊坡高達(dá)110 m且擾動(dòng)R1，溢洪道泄槽運(yùn)行期存在一定安全隱患。另外，由于地質(zhì)勘察精度局限性，邊坡上軟弱夾層R1及其他不利地質(zhì)條件存在未探明的可能，相比洞挖方案，明挖方案運(yùn)行期一旦出現(xiàn)塌滑將影響溢洪道泄洪安全，工程邊坡存在風(fēng)險(xiǎn)。

本工程設(shè)有導(dǎo)流引水及放空洞，平時(shí)不參與泄洪，但可以作為應(yīng)急放空通道，且各方案均采用側(cè)槽式進(jìn)水口，因此超泄能力不構(gòu)成方案比選制約因素。各方案均為常規(guī)結(jié)構(gòu)，施工難度相當(dāng)；綜合考慮開挖支護(hù)、結(jié)構(gòu)各工因素，豎井旋流泄洪洞方案投資最少。

6 結(jié)語

在青山?jīng)_水庫工程溢洪道山體開挖揭露次生軟弱夾層R1后，原設(shè)計(jì)方案的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足要求，在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化和優(yōu)化，通過對(duì)明挖和洞挖4種方案的各方面綜合比選，最終推薦豎井旋流泄洪洞方案。