阎红梅  赵洪岭  宋爱华(水工设计处)

〔摘要〕根据小浪底南岸引水口进口区域的地形、地质条件，进水口由三面临空的单薄山体开挖而成，平面上为“U”字形。通过对进水口边坡滑动破坏模式、进水口山体滑动破坏模式等的稳定分析，对进水口边坡进行了加固处理。

〔关键词〕小浪底  建筑物  边坡稳定  加固处理

1  进水口边坡概述

小浪底南岸引水口工程为了解决洛阳市城市工业用水和居民生活用水，以及周围地区的农村灌溉用水而兴建的水利工程。进水口是整个引水工程的重要组成部分。进水口由三面临空的单薄山体开挖而成，在平面上为“U”字形，开挖的底高程为230m，进水塔右侧边坡最低，坡顶高程252.75m自下而上坡比分别为1:0（垂直坡）、1:0.4，中间无马道。进水塔左侧边坡坡顶高程264.75m自下而上坡比分别为1:0（垂直坡）、1:0.4、1:0.75，在高程252.75m处分别设有马道，马道宽3m。进水塔后边坡最高，坡顶高程280.6m，最大高差为50.6m，边坡底宽度为15.1m，自下而上坡比分别为1:0（垂直坡）、1:0.4、1:0.75、1:1.3。由于进水塔基础、桥墩基础及边坡稳定的需要，在高程252.75m，264.75m，278.00m处，分别设有马道及平台，马道及平台宽分别为3.0m、11.4m和8.2m。在高程264.75m和278.00m，分别为塔架交通桥桥墩和桥台的基础。

2 工程地质

    进水口边坡岩体地层自上而下分别由Q3（粉质壤土）、P23-6（粉细砂岩夹薄泥质粉砂岩）、P23-5（粉砂质粘土岩夹粉细砂岩）、P23-4（粉细砂岩夹页岩）、P23-3（砂质粘土岩）、P23-2（粉细砂岩）等岩组组成，岩层呈单斜构造，走向NE35°～45°倾向SE倾角5°～7°。进水口塔后边坡走向为东西，倾向N。

泥化夹层主要位于P23-4 、P23-2岩层中。位于P23-4岩层中的泥化夹层有三层，位于P23-2岩层中的泥化夹层有四层，其中在塔后坡面出露P23-2岩层有三层，高程分别约为232.5m，231.4m和230.2m，另外一层位于P23-2岩层底部，该层泥化率和连续率均较高，对山体稳定起控制作用。

稳定分析采用强度指标如下表2-1。

表2-1                       岩体强度指标采用值

 其它参数：岩石湿容重25kN/m³，饱和容重27kN/m³。

3 稳定分析

3.1 设计标准

    进口岩石边坡系永久边坡，为1级建筑物。坝址区地震基本烈度为7度，运用期按7度设防，水平向地震系数为0.1g。

3.2 安全系数标准

岩质边坡抗滑稳定最小安全系数如下表3.2-1。

     表3.2-1                           安全系数标准

3.3 外部荷载

    塔后边坡在平台264.75m和278.00m分别布置有桥墩和桥台，沿隧洞轴线方向线荷载分别为17t/m和14t/m。在坡底平台布置有进水塔，塔身自重沿隧洞轴线方向线荷载为65t/m。设计地震烈度为7度，地震水平加速度为0.1g。

3.4 计算工况

    正常运用工况：275.0m正常蓄水位。

    非正常运用工况：施工期和275～250m水位骤降。

    特殊运用工况：275m水位+7度地震

3.5 滑动破坏模式

    ⑴ 进水口边坡滑动破坏模式

    根据边坡岩体节理的产状和泥化夹层分布情况，边坡可能的滑动破坏模式主要有以下两种：第一种为切岩层和泥化夹层的组合滑动，辅滑面由节理面和岩层面组合面（呈弧线形）组成，主滑面沿泥化夹层滑动，滑出点在泥化夹层和坡面交会处；第二种为切岩层滑动，滑面由沿节理面和岩层面组合面（呈弧线性）组成，滑出点在坡面或坡脚处。滑动模式见图3.5-1。

图3.5-1  进水口边坡滑动模式示意图

    ⑵ 进水口山体滑动破坏模式

    鉴于进水口山体三面临空，岩层中有多层泥化夹层分布，山体存在区域稳定问题。根据岩体节理的产状和泥化夹层分布情况，山体可能的滑动模式主要有两种：第一种为部分山体切岩层和泥化夹层的组合滑动，辅滑面由节理面和岩层面组合面（呈弧线形）组成，主滑面沿泥化夹层滑动，滑出点在泥化夹层山体临空出露处；第二种为沿泥化夹层的滑动，整个山体全部沿泥化夹层呈单滑面滑动，滑出点在泥化夹层交会处山体滑动方向为泥化夹层真倾角方向。由于山体地形复杂，计算时将三维问题简化为平面问题，选取断面时采用最大断面，可控制整个山体。滑动模式见图3.5-2。

图3.5-2  进水口山体滑动模式示意图

3.6 稳定分析

    ⑴ 计算理论及方法

    本计算采用EMU边坡稳定分析能量法进行，该程序根据塑性力学上限定理计算边坡安全系数，此法将滑动体分成若干具有倾斜边界的条块，并对该土条系列赋一机动可能的位移场。安全系数通过外力功和内能耗散相等的原理获得。

    ⑵ 计算成果

    进水口塔后边坡切岩层和泥化夹层组合滑动稳定计算成果见3.6-1，塔后边坡切岩层滑动稳定计算成果见3.6-2，山体稳定计算成果见3.6-3。

 表 3.6-1         塔后边坡切岩层和泥化夹层组合滑动稳定计算成果表

  注： 骤降工况考虑山体三面临空排水作用，浸润线顶高程为270.0m。

       k_min为计算最小安全系数，[K]为设计要求的安全系数。

  表 3.6-2              塔后边坡切岩层滑动稳定计算成果表

  注： 骤降工况考虑山体三面临空排水作用，浸润线顶高程为270.0m。

    表3.6-3        山 体 稳 定 计 算 成 果 表

   注：骤降后浸润线顶高程均为275.0m。

    ⑶ 成果分析

    ① 进水口边坡稳定分析

    通过计算表明，每一种滑动模式，在相同参数下，均以骤降工况边坡安全系数最小。在同工况下，边坡切岩层和泥化夹层组合滑动均比切岩层滑动安全系数小，说明前者比后者滑动更危险。各工况下边坡稳定无论有无拉裂缝均满足稳定要求。

    ② 山体稳定分析

    从计算结果可看出，各工况下，切岩层和泥化夹层组合滑动模式计算的安全系数均比沿泥化夹层组合滑动模式小，说明发生前一种滑动的可能性较大。但两种滑动模式下，山体均满足稳定要求。

4 进水口开挖边坡加固处理措施

4.1 系统砂浆锚杆

    由于边坡岩层软硬相间，节理裂隙发育，加施工爆破影响，造成浅层岩块松动、碎裂，因此施工中及时设置系统砂浆锚杆支护。锚杆直径φ25, L=4.0m、5.0m ， 特殊部位用φ32, L=7.0m、 10m，间、排距2.0m。施工中没有发生掉块、塌落现象。

4.2 混凝土护面板

由于进水口边坡岩体以粘土岩为主，为防止开挖后边坡岩体遇水风化、运用期蓄水后软化引起的强度降低，开挖后，立即用喷混凝土覆盖作临时保护，最后采用混凝土护面板作为永久性保护。进口引渠段（桩号0-054.7～0-025.2）底板采用C20混凝土，护面厚度0.5m，引渠两侧采用C20混凝土，护面厚度0.2m；扭曲段（桩号0-025.2～0-007.2）底板与边墙均采用C20混凝土，护面厚度0.5m；塔体部位（桩号0-007.2～0+025.8）塔体右侧253高程大平台，采用C20混凝土护面，护面厚度0.2m。塔体左侧253～265m边坡及265高程大平台均采用C20混凝土，护面厚度0.2m；塔后坡253～278.25m采用C20混凝土，护面厚度0.2m。

由于护面范围较大，为防止温度裂缝产生，混凝土护面设置伸缩缝，缝宽最小0.015m，缝中塞沥青木板。伸缩缝设置原则为：控制最大块浇筑面积为100m2。

0.2m厚的护面皆采用单层Ф12@150钢筋网，钢筋保护层0.05m，在分缝处钢筋断开。扭曲段钢筋采用双层Ф12@150钢筋网。

4.3 排水系统

    为利于库水位骤降时边坡岩体渗水外排，降低岩体内渗透水压力，在高程253.0～270.0 m岩坡面设φ100mm 排水孔， 深度6.0m,上倾10°，间排距2.0m。孔内设外裹土工布的微孔PVC管。

5 结论

     分析各岩组抗剪强度并不高，无论是在施工期还是在运用期，对于一些特殊的荷载（如地震力）作用、不利的地质条件（如软岩的膨胀变形）等，经稳定计算表明，无产生切层滑动破坏失稳的可能性。又由于边坡开挖为U字形的开口，两侧较厚的岩体作用，即使边坡后缘及两侧有切割面存在，认为不可能在自重作用下发生切层破坏引起边坡失稳。水库蓄水后边坡岩石在长期泡水的情况下，坡体内有膨胀应力的产生， 根据试验结果，其量值较小，不致于引起边坡应力调整使边坡产生破坏。

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