稳定性分析杨房沟水电站旦波崩坡积体及防治途径

　　1 问题的提出

　　杨房沟水电站位于四川省凉山州境内的雅砻江中游河段上，属一等大 （1）型工程。枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成。旦波崩坡积体位于坝址上游约500m处，崩坡积物厚度10~40m,总方量约310万m3.由于该崩坡积体距大坝较近，变形失稳将会给工程带来不良影响，其稳定性状况如何，如何进行有效的处理，是该工程必须解决的技术问题，因此开展旦波崩坡积体稳定性分析及处理措施研究是非常必要的。

　　本文采用摩根斯坦 （Morgenstern-Price）法和毕肖普（Bishop）法对旦波崩坡积体的稳定性进行分析，计算不同工况下的稳定性安全系数，并提出崩坡积体治理的分析方法和工程措施。

　　2 崩坡积体基本特征

　　崩坡积体沿江近南北展布，东西长约560m,南北宽约330m,整体上呈倒置 “茶杯”形分布，上小下大，分布面积约16万m2,总体积约310万m3（见图1）。崩坡积体分布在高程2 050.00~2 465.00m,2 050.00m高程以下为临江陡壁。崩坡积体地形前陡后缓，坡度变化范围10°左右，总体坡度约38°（见图2）.崩坡积体总体上分为2大层：混合土碎石层 （平均厚18.10m）和碎石土层 （平均厚1.50m）。目前，崩坡积体整体 处于稳定状态，未见显着变形、破坏迹象，也没 有“马刀树”、“醉汉林”等现象，但其坡面及基岩面陡，底部有软弱层分布，地下水活跃，对边坡稳定不利，因此，定性分析该崩坡积体属于潜在不稳定边坡。
　　
　　3 稳定性研究

　　3.1计算条件

　　计算共取3个代表性剖面，I-I'、II-II‘剖面沿与边坡走向正交的方向选取，边坡上游部分走向逐渐转向NW向，且覆盖层厚度沿上游方向逐渐加深，III-III’为可能的滑动方向。共分5种工况：天然工况、暴雨工况、蓄水工况、蓄水+暴雨工况、蓄水+地震工况。地下水位状况：天然工况取实测地下水位线；蓄水工况以天然工况实测水位线为基础根据蓄水位进行推测，考虑崩坡积体分布高程较高、坡体较陡，且崩坡积体主体物质呈强透水性，蓄水对其中上部地下水位基本无影响，蓄水后地下水位线按坡外水位线以缓倾角向坡内延伸，与天然地下水位线相接；暴雨工况由于缺乏系统的地下水位监测资料，根据少量观测资料，雨季崩坡积体中地下水水位相对抬升，基覆界面以上有地下水径流作用，本计算对孔隙水压力进行简化，考虑崩坡积体形成时间已较长，目前在经历了暴雨工况后依然保持稳定，表明其在暴雨工况下的稳定系数至少在1.00~1.05,故碎石层的强度指标用暴雨工况下稳定系数为1.00~1.05来反演，反演计算中暴雨工况按2.00~3.00m厚度的土体饱水状态进行分析，本计算暴雨工况模拟与参数反演计算一致。

　　地震计算采用规范推荐的拟静力法，其抗震设防标准采用50a超越概率10%设计，相应基岩地震动峰值加速度为144.5gal.拟静力计算时，地震效应折减系数取0.25,并考虑一定的动态分布系数。

　　根据DL/T 5353-2006《水 电 水 利 工 程 边 坡 设 计 规范》[1],边坡设计安全系数控制标准见表1.
　　
　　3.2 计算参数

　　根据现场试验、工程地质类比和反演分析强度参数等方法，经综合考虑，计算采用的崩坡积体物理力学参数见表2.
　　
　　3.3计算结果

　　分别对各剖面进行稳定计算，各工况下搜索最危险滑面，相应安全系数见表3,控制工况最不利滑面示意见图3~5.
　　
　　3.4稳定性分析

　　3个剖面最不利滑面位置基本一致，位于崩坡积体中下部，高程位于2 050.00~2 300.00m.Ⅰ-Ⅰ′剖面暴雨工况、蓄水工况、蓄水+暴雨工况不满足稳定要求，蓄水+暴雨为控制工况；Ⅱ-Ⅱ′剖面蓄水及蓄水+地震工况不满足稳定要求，蓄水为控制工况；Ⅲ-Ⅲ′剖面仅暴雨工况满足稳定要求，其余工况均不满足，其中蓄水为控制工况。

　　3个剖面均不满足稳定要求，需要采取有效的治理措施，以保证崩坡积体的安全稳定。

　　4 治理措施分析

　　根据旦波崩坡积体的地形、地质条件及稳定计算结果及分析，拟定以下几个处理方案：方案1-锚索抗滑桩+框格梁锚索，方案2-框格梁锚索，方案3-开挖清除。各方案均设置地表截排水沟、地下排水洞，使之组成立体的排水系统。地表排水主要是沿崩坡积体界线外5~10m设置周边截、排水沟，沿坡体表面每隔80m布设横排水沟，并与周边截水沟连接起来，组成地表的排水网络，将地表水引出坡体范围之外，以减少地表水下渗和对坡面的淘刷。

　　设置地下排水洞系统，在正常蓄水位以上，沿崩坡积体底界面以下附近布置2层主排水洞，洞间高差50.00m.每层主排水洞内设置4条排水支洞，支排水洞伸入崩坡积体底界面内，并在支排水洞顶部设置排水孔等排水设施。

　　以上3个方案均可使旦波崩坡积体的稳定性满足规范要求。方案3需进行大面积开挖，对整个崩坡积体的扰动影响大，弃渣量大，对环境影响大，因此不宜采用。方案1锚索抗滑桩抗滑能力大、支挡效果好，且对滑体稳定性扰动小、施工安全，同时设桩灵活，并能够及时增加滑体抗滑力[2].方案2与方案1投资相当，需布置860根2 000~3 000kN预应力锚索，考虑锚索的锚固力损失可能较大，且大量崩坡积体锚索钻孔施工难度大、进度慢，从长久安全运行及施工方便的角度考虑，该方案1较优。经过综合分析比较，推荐采用锚索抗滑桩+框格梁锚索对崩坡积体进行加固。抗滑桩的桩位在断面上应设在滑坡体较薄、锚固段地基强度较高的地段[3],因此拟在高程2 102.00m处设置1排锚索抗滑桩。

　　计算表明，为使崩坡积体满足稳定要求，抗滑桩需提供的抗滑力为Ⅰ-Ⅰ′剖面2 300kN/m,Ⅱ-Ⅱ′剖面2 700kN/m,Ⅲ-Ⅲ′剖面8 500kN/m.Ⅲ- Ⅲ′剖面剩余下滑力较大、覆盖层厚度大，常规抗滑桩不能满足受力要求，为控制抗滑桩尺寸规模，减小下滑力，采用布置9排共135根2 000kN预应力锚索联合加固，此时抗滑桩提供6 000kN/m的抗滑力即可使滑体满足稳定要求。因此，在2 102.00m高程布设1排预应力锚索抗滑桩，Ⅲ-Ⅲ′剖面抗滑桩断面尺寸4m×6m,轴间距7.0m,桩长48~65m,桩顶设4束3 000kN级的预应力锚索；Ⅰ-Ⅰ′、Ⅱ-Ⅱ′剖面抗滑桩断面尺寸3m×5m,轴间距11.0m,桩长34~51m,桩顶设2束2 500kN级的预应力锚索。每根桩的入岩深度≥桩总长的1/3.同时Ⅲ-Ⅲ′剖面区域布置9排2 000kN锚索，间距4m×4m,锚索长度65~70m.对崩坡积体进行加固后，各剖面稳定性均满足要求，其稳定性计算结果见表4.
　　
　　5 结论

　　本文通过运用摩根斯坦法和毕肖普法对旦波崩坡积体的稳定性及治理措施进行研究，得出如下结论：（1）旦波崩 坡积 体 最 不 利 滑 面 位 于 其 中 下 部，高 程2 050.00~2 300.00m,天然、暴雨、蓄水、蓄水+暴雨及蓄水+地震工况不满足稳定性要求，需采取有效的治理措施，以保证其安全稳定；（2）提出了锚索抗滑桩加固方案，特别是对于下滑力较大且覆盖层较厚的情况，除在桩顶布置锚索外，在桩上部边坡再增设锚索，即锚索抗滑桩+锚索联合加固，并计算出安全系数为1.15时需增加9排2 000kN预应力锚索，间距4m×4m;（3）同时也得出崩坡积体稳定分析及治理的设计思路，即：分析地形地质特点，确定失稳模式-全面搜索最不利滑面，确定潜在滑体-综合地质地形特点，选择经济合理治理措施-计算分析进行验证。

　　参考文献：

　　[1]水利部水利水电规划设计总院.DL/T 5353-2006水电水利工程边坡设计规范 [S].北京：电力出版社，2007.
　　[2]郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理 [M].2版.北京：人民交通出版社，2010:440.
　　[3]李海光.新型支挡结构设计与工程实例 [M].2版.北京：人民交通出版社，2004:287.