合溪水库工程基坑边坡开挖塌方隐患处理

江兴南

(浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心,浙江 杭州 310012)

1 工程概况

合溪水库工程位于浙江省长兴县合溪流域中下游,集雨面积为235 km2,总库容1.11亿m3,是一座以防洪、供水为主等综合利用的大(2)型水库。2008年列为新增中央投资计划项目。

拦河坝总长743 m,坝顶高程32.2 m,宽6 m,由黏土心墙砂砾石坝段和混凝土重力坝段组成。重力坝段布置于主河槽上,总长39.5 m,分溢流段和非溢流段。重力坝段基础座落于弱风化基岩上。黏土心墙砂砾石坝布置在溢洪道的两侧,总长703.5 m。

混凝土重力坝基坑右岸边坡为黏土夹碎块石,设计开挖坡比1∶1.5,坡顶高程约18.5 m,底高程-14.6 m,离坡顶约15m为长牛铁路支线,铁路路基右侧山体最高约30 m, 边坡 1∶1.5。

根据工程安排,2009年10月15日截流,要求重力坝浇筑至高程9 m,混凝土量约10万m3,底孔具备导流条件。坝基土石方开挖约23万m3,需3个月完成,开挖时间短,强度大,工作面范围小,无法投入大量机械设备,因此,开挖任务十分艰巨。

2 裂缝、大塌方隐患情况

2008年11月下旬,基坑开挖平均高程至-3.5 m(设计高程-14.6m),完成开挖量16.5万m3,剩余约6.5万m3。重力坝混凝土浇筑系统已进入调试,一切进展顺利。

2.1 裂缝隐患

2008年11月27日8:00,在开挖坡顶高程约18.0～18.5m,距铁路基边线4～10 m,发现宽约2～3 cm、长约100 m裂缝,随即在边坡-2.0 m马道下,高程为-2.97～-4.11m,桩号坝下0+018.5～坝下0+066 m,发现错台3～10 cm(见图1、2、3)。

图1 坡顶裂缝示意图

图2 错台示意图

图3 边坡裂缝位置示意图

2.2 裂缝监测

裂缝发现当日下午2:00,结合铁路部门要求布设监测设施,安排专人监测裂缝变化情况,要求每日1 h/次,并及时上报。

共设置6个观测点,上部裂缝3处(分为1#、2#、3#),下部裂缝3处(4#、5#、6#),测量方法:1#、2#、3#测量平距,4#、5#测量斜距、6#测量错台。

至12月1日8:00,1#点累计变化4 mm,2#点累计变化1 mm,3#点累计变化1mm,4#点累计变化4 mm(此点未包括初始20～30 mm),5#点累计变化25 mm,6#点累计变化41mm。

另在11月30日8:00发现高程12 m处也出现裂缝,长度约60m,缝宽2～3 cm,人工竖向开挖约50 cm,裂缝依然可见。经检查其它部位还有些小的裂缝。

观测数据揭示,列车运行对裂缝影响较大,有两次测得列车行驶前后裂缝变化约2 mm。

同时对6个观测点进行沉降观测,每日2测。自12月2日至12月7日,1#点累计沉降1 mm,2#点累计沉降1 mm,3#点累计沉降8 mm,4#点累计沉降2 mm,5#点累计沉降3mm,6#点累计沉降1 mm。

监测成果表明,裂缝在不断发展,存在塌方、滑坡的重大隐患。

2.3 危害性

(1)工程安全

如不及时处理大滑坡隐患,施工人员的生命受到严重威胁,极易发生群死群伤的重大事故。

(2)铁路安全

如发生滑坡,将对长牛铁路支线安全运行造成严重后果。

(3)工程度汛影响

工程度汛安全无法保证。

(4)总进度计划影响

工程按期蓄水目标无法实现,总工期至少推迟1 a。

(5)投资加大

塌方处理、边坡加固,铁路防护带来的投资加大,约增加投资3 000万元。

2.4 原因分析

(1)地质条件差

地质条件复杂,高程-3～-7 m为白色高岭土,边坡下部错台以及坡面渗出的白色水均在此部位。经分析,此部位无钻孔,致使设计开挖边坡未考虑该土层的影响。

(2)铁路路基开挖部分土方放置坡顶,估计每延米荷载约 30 t。

(3)山体地下水位抬高

连续多日降雨,铁路路基排水沟未形成,造成积水,使地下水位抬高,对边坡稳定极其不利。

(4)列车运行动荷载,也是造成边坡不稳定因素之一。

3 处理措施

3.1 成立应急领导小组

立即启动工程应急预案,成立长兴县合溪水库工程重力坝基坑边坡处理领导小组。首先布置安全事宜,要抓紧卸荷、加强观测,要求明确参建各方分工,责任到人,切实做好基坑边坡稳定安全的相关工作,确保卸荷安全和边坡稳定。

3.2 基坑人员、设备撤离

发现裂缝当天,宣布基坑停止开挖,人员、设备从基坑撤离。封闭坡顶临时便道,立警示牌,安排专人劝阻过往行人及车辆绕行。

3.3 与上海铁路局联系、协商,要求列车暂停运行

3.4 召开专题会议

召开长兴县合溪水库工程基坑边坡处理方案讨论会,邀请了水利和铁路系统的专家,经讨论确定了边坡处理初步方案:原则上采取卸荷、做好铁路路基排水、适当压脚等措施,并加强监测。

3.5 卸荷、压脚

卸荷:根据会议精神,立即组织施工单位进行高程14 m以上削坡,经3昼夜奋战,至11月30日,顺利完成第1阶段卸荷目标,共投入挖机5台,镐头机1台,10 T和25T自卸汽车21辆,开挖土方约1.5万m3。

压脚:对桩号0+018～0+085 m段基坑回填砂砾石至高程-3 m,回填砂砾石约2 300 m3。

12月1日至17日,从高程14～-3.0 m按坡度1:2削坡。共开挖土方约1.1万m3,外运土方约1.7万m3,完成第2阶段卸荷目标。

12月23日,指挥部组织召开右岸边坡处理与混凝土重力坝施工协调会议,决定对右岸边坡进一步卸荷,将坡顶开挖至高程18 m左右,离铁路约8 m开始削至高程7 m,至2009年1月6日,第3阶段卸荷目标基本完成。削坡卸荷方案如图4所示。

图4 削坡卸荷方案图

3.6 排水与监测

排水:抓紧实施铁路路基两侧排水沟的施工,对已产生裂缝的排水沟进行修补,坡面较大的裂缝用黏土封闭,已削好的坡面用塑料布覆盖,防止雨水渗入滑坡体。

在高程18.0 m距开挖坡顶边线约8 m处、高程约14.0 m的平台处以及高程约3.6 m的平台处各打1排排水井,用泵抽水以降低地下水位,井底高程为-2.0 m,间距6 m。施工时根据实际情况布置先后顺序,并确定是否加密和增加横向排水孔。排水孔呈梅花形布置,为了便于地下水位线观测,布孔时选择至少3个断面的排水孔在一条直线上。

监测:在原布置的监测点的基础上,委托上海岩土工程勘察设计研究院浙江分院在坡面打深孔监测。共布置4个孔。从监测数据分析,经第三阶段卸荷及采取相关措施后,裂缝位移速率逐渐减缓,滑动体趋于稳定。

4 混凝土重力坝施工

为放缓右岸开挖边坡,将混凝土重力坝轴线向左岸移4 m,基坑分段采用重型挖土机开挖,缩短右岸边坡临空面外露时间,开挖结束立即浇筑混凝土。2009年1月3日混凝土重力坝开始浇筑,至4月混凝土重力坝浇至6 m高程,边坡塌方隐患消除,确保了2009年工程度汛安全与截流目标顺利实现。

5 经验与建议

(1)对土质高边坡,特别遇地质条件复杂,勘测工作要到位,要摸清地质情况;设计应根据地质条件精心设计。

(2)施工单位必须按设计和施工规范要求,编制开挖方案及专项安全施工保证措施。

(3)严禁在边坡顶部堆土加荷,并做好排水。

(4)设立专职安全员,例行日常检查,真正做到 “有事报情况,无事报平安”。

(5)发现隐患后,应及时分析原因,迅速果断采取处理措施,避免隐患进一步扩大造成严重后果。

(6)对本工程而言,采取削坡卸载、做好排水、适当压脚、基坑分段并快速开挖、及时浇筑混凝土和墙后及时回填等工程措施极其有效,既节省了投资,又保证了工程按期建成受益,是多快好省的处理方案。