鱼塘水电站消力池边坡治理

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  摘 要:鱼塘水电站溢洪道消力池边坡地质条件差,在开挖时发生多次滑坡,本文主要介绍滑坡体的处理方案和处理过程,施工结果表明,采用削坡减载、预应力锚索、锚桩、压脚和排水等方法处理不稳定边坡可取得良好的效果。
  关键词:消力池滑坡体处理;削坡减载;预应力锚索、锚桩;压脚;
  中图分类号:D64 文献标识码:A 文章编号:1674-3520(2014)-05-00261-03
  一、工程概况
  鱼塘水电站位于贵州省遵义市道真县境内,地处芙蓉江干流中游河段,坝址位于道真县旧城镇。工程枢纽主要由混凝土面板堆石坝、溢洪道、引水隧洞、地面厂房和露天升压站组成。混凝土面板堆石坝最大坝高为75.0m,电站总装机容量2×37.5MW。
  岸边式溢洪道紧靠左岸坝肩布置,由进水渠、闸室、泄槽和消力池等部分组成。进水渠渠底高程439.5m,闸室长33.366m,采用三孔单孔尺寸14.5m×16.0m(宽×高)的WES低实用堰,堰顶高程449.0m。泄槽为等宽矩形,净宽51.5m,长120.0m。消力池开挖底板高程400.0m,池宽51.5m,池长130.0m。尾部设连续式尾坎,坎顶高程412.0m。坎后接50m长混凝土及钢筋石笼海漫。
  二、地质条件
  消力池位于鱼塘村附近峡谷出口左侧由页岩剥蚀形成的开阔地带,起始桩号为溢0+082m~溢0+223.2m,地面高程410m~460m。消力池左边坡为一平缓坡地,坡角100~250。原始地表覆盖层为残、坡积物,由粘土、粉质粘土和强风化页岩碎屑组成,厚度多小于7.0m,最厚达10.0m。
  开挖揭露出消力池左边坡地层由上游至下游(由老至新)依次为奥陶系上统五峰临湘组(O3w+l)和志留系下统龙马溪组(S1l) 页岩。五峰临湘组(O3w+l) 上部由炭质页岩和粉砂质页岩组成,厚8.6 m。该层岩体胶结性差,强度低,极破碎,层面光滑,受挤压迹象明显。志留系下统龙马溪组(S1l)由灰至灰黑色钙质、粉砂质、炭质、泥质页岩组成,厚403m。强风化下限埋深5m~6m,弱风化下限埋深12m~14m。龙马溪组(S1l)和五峰临湘组(O3w+l) 页岩,易失水崩解,新鲜完整的岩体在空气中暴露月余便崩解成形状大小相近的鱼鳞碎片,并且随着时间的延长,在雨水和日晒的作用下逐渐软化进而泥化。
  F38断层从边坡中部由坡脚向坡顶发育,产状N700W,SW∠550,属张扭性断层,破碎带度度0.5m~1.0m,断层带由岩石碎块和次生泥充填,未胶结。断层面平直光滑,附浅黄褐色次生物,手摸有滑感。断层破碎带及影响带宽度随深度的增加逐渐减小并尖灭。与F38断层产状一致或极相近的節理有4条(编号J1、J2、J3、J4、J5),间距10m~20m,产状N700W,SW∠550,节理面平直光滑,延展深远,贯穿性强。边坡还发育6条泥化夹层(f1、f2、f3、f4、f5、f6),夹层厚度除f2厚度达2cm~6cm外,其余均小于1cm,夹层物质为灰黄色粘土和页岩碎屑,湿润或可塑,间距1.5m~15.0m。
  消力池左边坡岩层呈单斜状态,基本产状为N380W,NE∠320,倾向下游偏河床。
  三、变形滑动过程
  消力池原设计最低开挖高程为高程398.0m,边坡范围为溢0+82~溢0+253。在高程415.0m设宽为2.0m的马道,高程398.0m~高程415.0m开挖坡比为1:0.75,高程415以上开挖坡比为1:1~1:1.5,设计边坡开口线最高处为高程445.0m,最大开挖边坡高为45m。
  消力池开挖分两个阶段进行,截流前完成高程415m以上的开挖,截流后进行高程398.0m~高程415.0m的开挖。由于高程398.0m~高程415.0m上、下游方向没有条件修筑开挖出渣通道,决定先修筑高程415.0m马道。2004年3月,高程415.0m马道先从下游往上游开挖,施工道路基本形成后,由于修筑临时施工道路造成边坡切脚。4月8日边坡首次出现了较大范围的塌陷和开裂,变形范围在桩号溢0+80~溢0+160,高程分布在415.0m~450.0m之间,上下游方向宽为40m。将开裂范围内的地表覆盖层全部挖除,下部岩体未见开裂迹象。
  开裂范围内的地表覆盖层全部挖除后,5月30日坝区暴雨,高程415.0m~高程478.0m,溢0+82~溢0+120再次发生滑移,高程460.0m上坝公路被拉断且下移约4.5m。
  为了恢复高程460.0m的上坝公路,在高程439.0m布置了一底宽4.5m,高为5.0m,长为104.0m的混凝土挡土墙。挡土墙施工完成后,在内侧回填石碴,形成上坝公路并对其上部的覆盖层进行压脚。高程415.0m~高程440.0m页岩边坡除采用挂网喷混凝土保护外,尚布置了Φ32锚桩,锚桩深为24.0m,间排距为4.0m。
  2004年9月16日截流后,即对高程415.0m以下进行开挖,当溢0+80~溢0+120段开挖至高程410.0m时,高程439.0m混凝土重力式挡墙的垂直施工缝被拉开错动约5cm,在挡墙的下部出现了水平裂缝,裂缝长约10m,上下侧错台约1cm。高程478.0m~510.0m范围内地表出现了裂隙,裂隙宽在1~5cm,后缘拉开约5~10cm。整个滑坡变形体大致垂直溢洪道轴线方向,水平长250m,面积28418.0m2。
  四、变形滑动机理
  消力池左边坡组成岩体中发育一组节理(J1、J2(F38)、J3、J4、J5)与一组泥化夹层(J1、J2、J3、J4、J5、J6)。泥化夹层除f2厚度达2cm~6cm外,其余均小于1cm,夹层物质为灰黄色粘土和页岩碎屑,湿润或可塑。断层F38以及与其性状相近的4条节理面极平直光滑,延展深远,贯穿性强,表面附着黄褐色岩石风化物,手摸有滑感,凝聚力极小,抗剪强度低。二者组合形成一系列楔形体,其交线倾向坡外,倾角140~150,边坡变形滑移就是这种楔形体的变形滑移。   消力池左边坡原地形较为平缓,地表岩体风化破碎,并在开工之前局部发生过规模不大的泥石流,坡体稳定性差,接近临界平衡状态。边坡由高而低可划分为牵引带、滑动带和抗滑带三部分。消力池开挖施工将坡脚岩土体逐渐挖除,即将边坡的抗滑带逐渐挖除,逐渐解除了边坡抗滑力且在坡脚形成了边坡可滑出的临空面,从而导致边坡滑动带和牵引带的失稳滑动。
  消力池开挖初期,由于开挖形成的边坡高度不大,边坡岩土体的变形主要发生于浅表层,物质组成为地表覆盖层及其下伏的强风化页岩,属浅表层滑坡;随着消力池开挖的进一步深入,上述变形滑移体下部较深部位的岩体以由层面和反倾向陡倾角节理组合切割而成的楔形体沿其交线向河床滑移变形,边坡的滑动由地表覆盖层发展为深层的岩体。由于岩体呈薄层状结构,层面裂隙发育,反倾向陡倾角节理延伸深远,因此,在不同深度均存在这种楔形体,而且,开挖深度越大这种楔形体的规模越大。滑动岩层的厚度和滑坡体的规模受消力池基础开挖深度的控制。
  五、治理方案的选择
  消力池边坡变形范围与消力池对应部位原设计开挖最低高程为398.0m,由于消力池边坡滑移面受消力池基础开挖深度的控制,随着消力池基础开挖施工的逐步加深,边坡将在更深层次出现新的滑移面,滑坡体的规模也不断增大。以398.00m高程为坡脚线,由层面与节理面组合切割而成的楔形体交线倾角150控制范围内的岩土体达46.3万m3。
  在滑坡体的中部460.0m高程有上坝公路通过,公路高程以下部分边坡曾做过锚杆、锚桩支护,为保证上坝公路畅通还设计了混凝土挡墙保护公路路基。460.0m高程以上部分边坡减载十分方便,上坝公路从坡脚通过,交通便利,只要在坡面上适当修建一条简易的场内施工道路即可进行削坡施工。另外,460.0m高程以上部分边坡多为覆盖层和强风化页岩,岩体强度低,直接可以用土方机械挖运或少药量爆破后就可挖运,爆破对边坡稳定的影响很小。
  460.0m高程以上削坡减载对降低剩余下滑力的效果是非常明显的,减载后可以在很大程度上减少460.0m以下边坡的锚固工作量,而且上部削坡减载和下部锚固施工可统筹安排,同时进行。
  消力池基础在开挖施工之初,左边坡开裂变形的岩土体仅限于地表的覆盖层和其下伏一定深度的强风化岩体,在边坡上实施了锚杆、锚桩和挂铅丝网喷护混凝土等加固措施,起到了一定的效果,但随着消力池基础的不断下挖施工,边坡的变形和滑移开始由浅表层向深层发展,锚杆、锚桩和挂铅丝网喷护混凝土等措施就难以从根本上解决边坡的稳定问题了,要控制不断向深层发展的边坡变形,就必须用预应力锚索穿过滑动岩层,将抗滑力通过锚索传递到稳定岩层。
  由于受高程520.0m以上地形的限制和大规模爆破对边坡稳定的影响,消坡减载的方量有限,经计算460.00m高程以上只能进行12.4万m3的削坡减载,滑坡体的剩余下滑力仍有20.7万KN。由于边坡巖体强度低,极易风化崩解,治理条件非常有限,要提供20.7万KN的锚固力难度很大,加之消力池基础开挖又受边坡治理的约束,2005年5月消力池必须达到泄洪的条件,锚固工程施工在工期上也无法保证。
  为了确保2005年5月消力池达到泄洪的条件,减少边坡滑动楔形体的规模,加快滑坡体的治理进度,经溢洪道水工模型试验论证,采取了抬高消力池开挖建基面、预应力锚索、削坡减载和压脚等综合治理方案。
  六、治理方案的实施
  (一)调整消力池结构。消力池结构调整分两部分,其一将滑坡对应部位的消力池底板建基面适当抬高,通过加长消力池来弥补由于基础抬高而削弱的消能效果。具体是将消力池0+73.9m~0+99 m建基面抬高8m,建基面高程抬高至407.0m,0+99 m~0+137 m为过渡段,抬高0~8m,建基面高程抬高至高程407.0m~高程400.0m,将消力池延长了50.8m。二是将消力池在平面上的30扩散角取消采用等宽形式, 即将消力池出口宽度由72.38m调整为51.5m。消力池结构调整后减少了基础开挖深度和范围, 大大缩小了边坡楔形体的规模,这样减少了边坡治理的工作量和降低边坡治理的难度,为边坡治理创造了极为有利的条件。
  (二)支护
  1、预应力锚索。在边坡高程415.0m ~高程439.0m共布置11排1000KN粘结型预应力锚索,锚索间排距4~6 m,深度为35~40m,共152束。每一排锚索的外锚墩用混凝土连系梁连接。
  2、锚桩。高程415.0m~高程430.0m边坡上共布置4排3Φ32锚桩,梅花形布置,间距8.0m,排距4.0m,L=24 m。
  3、系统喷锚支护。在边坡高程410.0m~高程439.0m进行系统喷锚支护,支护参数:系统锚杆Φ28,L=9.0m,间排距3.0m,梅花形布置;喷混凝土C20,厚10cm;挂网 4@10cm×10cm。
  (三)消坡减载。高程460.0m~高程500.0m进行削坡减载,将变形体全部挖除,削坡坡比1:2.5,每15.0m高差设2.0m宽的马道,减载方量为12.37万m3。
  (四)压脚。消力池边墙与边坡间在高程415.0m以下回填石渣压脚。
  (五)排水。排水系统由排水沟和排水孔组成。削坡减载区马道内侧砌筑浆砌石排水沟与边坡周边排水沟连通,将积水通过周边排水沟排走。高程415.0m~高程439.0m设排水孔,排水孔直径为φ50mm,孔深为1.0m,间排距3.0m,梅花形布置,外露10 cm,向外倾斜10?。处理方案于2004年9月份实施,2005年3月份结束。现溢洪道除海漫未施工外土建及金结已全部施工完成并投入运行。
  七、边坡安全监测
  消力池边坡的位移变化主要通过布置在滑坡体内的测斜孔、锚索测力计和多点位移计的测值变化来反映。
  测斜孔:监测设计在消力池边坡EL415.0m~EL450.0m布设四个测斜孔,孔深在23.8m~37.5 m。由于治理边坡施工时边坡滑移明显,测斜孔因边坡滑动而错位,各孔相继出现堵孔。为及时地掌握边坡的滑动情况,在原孔附近重新造孔以恢复对边坡的监测。由于在重新造孔期间,边坡正处于滑动期,使得新安装的测斜孔再次出现堵孔现象。至5月中旬边坡基本稳定后,再在边坡布置两个具有代表性的测斜孔,以监测大坝蓄水及运行后边坡的变化。两个测斜孔的观测成果表明,大坝蓄水后,边坡处于稳定状态,无异常滑动(图1)。
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