花溪水电站左岸坝后边坡稳定分析及加固处理
2008-01-18 14:01:07 来源：
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电力18讯： 1 前 言
花溪水电站位于福建省平和县国强乡境内，为九龙江流域花山溪上游电站。大坝为砌石双曲拱坝，最大坝高44．1m，坝顶高程161．5m，水库库容358．4万m3，引水隧洞长2．14km，装机容量2×1250kW。
大坝于1997年3月开始施工，1999年8月、9月砌至146m、153m高程时热带风暴来临，坝顶溢洪，左岸坝后山坡受洪水冲刷山体崩塌，沿裂面和断层带形成陡坎和冲刷深坑，岩体松动，边坡不稳。虽范围较小，但边坡的失稳将直接关系到左坝肩的受力平衡进而危及坝体安全，因此须对边坡的稳定性作出确切评价并进行加固处理。
2 地质概况
大坝左岸坝后边坡呈N30°W倾SW展布，地形陡峭，高程160m以上坡度45°、160m以下坡度75°。受洪水冲刷后，沿裂面成坡，呈折线形，于高程160m～136m形成陡坎，坡度85°，136m处沿缓倾裂隙面成为平台，136m以下坡度70°。
边坡类型为岩质边坡，岩石为晚侏罗世次花岗斑岩，弱风化。地质构造较发育，以小断层和大裂隙为主（见图1）。
小断裂有：f1，产状N30°WSW∠40°～55°，沿坝肩顺坡向展布，倾向下游，宽窄不一，10cm～50cm，张开，带内充填岩屑和泥质；
f3、f4、f5、f6等，产状N25°～48°W SW∠79°～87°，近顺河向切割，断层带一般宽20cm～50cm，带内岩石为碎裂岩、糜棱岩，大部分受水流冲刷成深槽；f7，产状N47°ESE∠70°～80°，顺坡向展布，宽15cm～50cm，带内为碎裂岩。
裂隙为构造裂隙和卸荷裂隙。构造裂隙以N10°～30°W SW∠50°～82°为主，倾向河中，如Jz11、Jz12、Jz13、Jz14等，宽1cm～2cm，分布于山坡下半部分；卸荷裂隙以低倾角为主，倾向河中，如Jn1、Jn2、Jn3、Jn6、Jz8、Jz9，倾角为10°～30°不等，张开，宽2cm～7cm，部分夹泥和岩屑。
3 边坡稳定性分析
左岸坝后边坡为岩质边坡，次花岗斑岩呈弱风化状，原山坡坡度较陡，下半段坡度为75°，上半段45°。由于岩石地质构造较发育，断层与卸荷裂隙的相互切割和不利组合，形成边坡岩体呈块体状叠放，稳定性差。经洪水冲刷，边坡下部f4、f5和f6外侧、高程136m以上不稳定岩体全部被冲除，山坡更陡，80°～90°，高差24m，进一步削弱了该山坡的稳定性。在上部岩体中，f2、f3切割Jz8、Jz9上盘的岩体形成不稳定岩块，已向外侧滑移10cm～20cm，内侧f1与Jn1、Jn3、Jn6的组合和f7切割，构成f7与坝基坑之间f1、Jz8、Jz9上盘岩体的不稳定（见图1和图2）。
在上述地质分析的基础上，采用极限平衡的“传递系数法”，简化地质模型，对不稳定岩体进行力学分析计算，计算中考虑地震力、f7对岩体的侧阻力、滑动面的产状及特性的影响，边坡外侧临空、裂隙连通，地下水排泄条件较好，不考虑地下水对岩体的扬压力，其计算结果稳定安全系数K为0．98，山坡不稳定，岩体将会沿f1和Jz8或Jz9下滑失稳破环。
4 处理措施
综上所述，该岩质边坡岩石呈块体状，失稳破坏的主要因素为结构面的不利组合，滑动面为沿f1和Jz8或Jz9的组合面。对不稳定岩体的加固处理若采用削坡减载，一则工程量大，二则会震动地基，三则会影响坝肩边坡的稳定。针对本工程的具体情况，坡脚为大坝溢洪冲刷区，坝后山体的稳定关系到坝基、坝肩的安全，边坡处理方法尽量减少对边坡的扰动并充分利用岩体的自身强度及改善结构面的特性，又须简便易行。经技术经济比较后决定采取以预应力锚固为主衬，填、灌为辅的综合处理方案。
4．1 预应力锚固
不稳定岩体滑动面为f1和Jz8或f1和Jz9，锚固处理对象即针对此二组滑面的上盘岩体。以稳定分析的计算为基础，其抗滑稳定安全系数按1．5选取，计算确定沿f1和Jz9滑面需由预应力锚杆提供的抗滑力为467．5kN／m，沿f1和Jz8滑面的抗滑力根据类比也依此数据采用。因场地施工条件、施工设备等因素的影响，锚固方法受到很大的制约。因情制宜，采取普通预应力钢筋，分别对Jz8和Jz9用浅短锚杆进行锚固。在锚杆数量计算中考虑了辅助措施处理后结构面特性的改善因素，针对两处滑面各布置预应力锚杆30根，分12列，梅花形布置，奇数列3排、偶数列2排（见图3）。锚杆材料选用φ25普通热轧螺纹钢筋，安设深度3．5m～5．5m，锚杆孔方向与水平面成38°伏角，孔径 65mm。胶结式内锚头，水泥砂浆抗压强度等级＞c35，内锚固段胶结长度理论计算值为0．92m，实际采用2．0m。外锚头置于混凝土垫墩上，垫墩采用钢筋混凝土结构，梯形断面。锚杆设计张拉力为152．17kPa，设计超张拉力为175kPa。
4．2 辅助措施
除锚固措施外，还采取一些辅助措施对边坡进行保护。
1）衬，对受冲刷范围内的岸坡，结合实际地形，采用混凝土挡墙衬护抗冲刷，设置排水孔疏排地下水。
2）填，对Jz8和Jz9外露张口回填c25混凝土，起抗阻滑作用。
3）灌，对张开的断层和裂隙进行固结灌浆，把碎裂的岩石胶结成一整体。
5 结
花溪水电站位于福建省平和县国强乡境内，为九龙江流域花山溪上游电站。大坝为砌石双曲拱坝，最大坝高44．1m，坝顶高程161．5m，水库库容358．4万m3，引水隧洞长2．14km，装机容量2×1250kW。
大坝于1997年3月开始施工，1999年8月、9月砌至146m、153m高程时热带风暴来临，坝顶溢洪，左岸坝后山坡受洪水冲刷山体崩塌，沿裂面和断层带形成陡坎和冲刷深坑，岩体松动，边坡不稳。虽范围较小，但边坡的失稳将直接关系到左坝肩的受力平衡进而危及坝体安全，因此须对边坡的稳定性作出确切评价并进行加固处理。
2 地质概况
大坝左岸坝后边坡呈N30°W倾SW展布，地形陡峭，高程160m以上坡度45°、160m以下坡度75°。受洪水冲刷后，沿裂面成坡，呈折线形，于高程160m～136m形成陡坎，坡度85°，136m处沿缓倾裂隙面成为平台，136m以下坡度70°。
边坡类型为岩质边坡，岩石为晚侏罗世次花岗斑岩，弱风化。地质构造较发育，以小断层和大裂隙为主（见图1）。
小断裂有：f1，产状N30°WSW∠40°～55°，沿坝肩顺坡向展布，倾向下游，宽窄不一，10cm～50cm，张开，带内充填岩屑和泥质；
f3、f4、f5、f6等，产状N25°～48°W SW∠79°～87°，近顺河向切割，断层带一般宽20cm～50cm，带内岩石为碎裂岩、糜棱岩，大部分受水流冲刷成深槽；f7，产状N47°ESE∠70°～80°，顺坡向展布，宽15cm～50cm，带内为碎裂岩。
裂隙为构造裂隙和卸荷裂隙。构造裂隙以N10°～30°W SW∠50°～82°为主，倾向河中，如Jz11、Jz12、Jz13、Jz14等，宽1cm～2cm，分布于山坡下半部分；卸荷裂隙以低倾角为主，倾向河中，如Jn1、Jn2、Jn3、Jn6、Jz8、Jz9，倾角为10°～30°不等，张开，宽2cm～7cm，部分夹泥和岩屑。
3 边坡稳定性分析
左岸坝后边坡为岩质边坡，次花岗斑岩呈弱风化状，原山坡坡度较陡，下半段坡度为75°，上半段45°。由于岩石地质构造较发育，断层与卸荷裂隙的相互切割和不利组合，形成边坡岩体呈块体状叠放，稳定性差。经洪水冲刷，边坡下部f4、f5和f6外侧、高程136m以上不稳定岩体全部被冲除，山坡更陡，80°～90°，高差24m，进一步削弱了该山坡的稳定性。在上部岩体中，f2、f3切割Jz8、Jz9上盘的岩体形成不稳定岩块，已向外侧滑移10cm～20cm，内侧f1与Jn1、Jn3、Jn6的组合和f7切割，构成f7与坝基坑之间f1、Jz8、Jz9上盘岩体的不稳定（见图1和图2）。
在上述地质分析的基础上，采用极限平衡的“传递系数法”，简化地质模型，对不稳定岩体进行力学分析计算，计算中考虑地震力、f7对岩体的侧阻力、滑动面的产状及特性的影响，边坡外侧临空、裂隙连通，地下水排泄条件较好，不考虑地下水对岩体的扬压力，其计算结果稳定安全系数K为0．98，山坡不稳定，岩体将会沿f1和Jz8或Jz9下滑失稳破环。
4 处理措施
综上所述，该岩质边坡岩石呈块体状，失稳破坏的主要因素为结构面的不利组合，滑动面为沿f1和Jz8或Jz9的组合面。对不稳定岩体的加固处理若采用削坡减载，一则工程量大，二则会震动地基，三则会影响坝肩边坡的稳定。针对本工程的具体情况，坡脚为大坝溢洪冲刷区，坝后山体的稳定关系到坝基、坝肩的安全，边坡处理方法尽量减少对边坡的扰动并充分利用岩体的自身强度及改善结构面的特性，又须简便易行。经技术经济比较后决定采取以预应力锚固为主衬，填、灌为辅的综合处理方案。
4．1 预应力锚固
不稳定岩体滑动面为f1和Jz8或f1和Jz9，锚固处理对象即针对此二组滑面的上盘岩体。以稳定分析的计算为基础，其抗滑稳定安全系数按1．5选取，计算确定沿f1和Jz9滑面需由预应力锚杆提供的抗滑力为467．5kN／m，沿f1和Jz8滑面的抗滑力根据类比也依此数据采用。因场地施工条件、施工设备等因素的影响，锚固方法受到很大的制约。因情制宜，采取普通预应力钢筋，分别对Jz8和Jz9用浅短锚杆进行锚固。在锚杆数量计算中考虑了辅助措施处理后结构面特性的改善因素，针对两处滑面各布置预应力锚杆30根，分12列，梅花形布置，奇数列3排、偶数列2排（见图3）。锚杆材料选用φ25普通热轧螺纹钢筋，安设深度3．5m～5．5m，锚杆孔方向与水平面成38°伏角，孔径 65mm。胶结式内锚头，水泥砂浆抗压强度等级＞c35，内锚固段胶结长度理论计算值为0．92m，实际采用2．0m。外锚头置于混凝土垫墩上，垫墩采用钢筋混凝土结构，梯形断面。锚杆设计张拉力为152．17kPa，设计超张拉力为175kPa。
4．2 辅助措施
除锚固措施外，还采取一些辅助措施对边坡进行保护。
1）衬，对受冲刷范围内的岸坡，结合实际地形，采用混凝土挡墙衬护抗冲刷，设置排水孔疏排地下水。
2）填，对Jz8和Jz9外露张口回填c25混凝土，起抗阻滑作用。
3）灌，对张开的断层和裂隙进行固结灌浆，把碎裂的岩石胶结成一整体。
5 结
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