溪洛渡水电站高路堤边坡稳定性分析与处治

周 围 沈习文

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院交通分院，四川 成都 610072)

0 引言

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上，坝址位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的溪洛渡峡谷，距两县城分别为20 km和7 km，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大综合效益的工程。水库回水至白鹤滩电站尾水，金沙江主库全长199 km，西苏角河、溜筒河、牛栏江、西溪河等支库全长35 km。

根据地勘资料，徐家坪崩坡积堆积体以块碎石为特点，覆盖层较为深厚，表层结构较松散，在正常条件下发生整体失稳的可能性较小，但在水位骤降、暴雨等条件下可能产生局部失稳，库区蓄水后可能产生一定规模塌岸。本文就该高路堤边坡进行稳定性分析与评价，在此基础上提出加固处理措施。

1 工程概况

溪洛渡水电站S307泸盐路南田至坪头段复建公路徐家坪K3+255.00～K4+195.00段塌岸区位于金沙江支流油坊沟右侧徐家坪阶地上方斜坡，徐家坪明线段覆盖层按其结构层次自上而下、由新到老可划分为2层。

第①层为崩积碎石，厚约1 m～2 m，结构松散，现状处于极限平衡状态，局部失稳，表层局部发育次级滑塌。该层形成年代较新，从数百年前至数年前。

第②层为崩坡积块碎石土层，厚20 m～50 m，结构稍密～密实。崩坡积体的物质组成较单一，其后缘的基岩成分决定了其物质组成，块碎石层分为泥灰岩、玄武岩，块碎石含量一般在30%～40%以上，个别块碎石含量超过50%～60%，粒径一般为3 cm～20 cm，级配较差。崩坡积块碎石土层基本稳定。崩坡积块碎石土层由新老崩坡积堆积而成，路线从斜坡坡脚附近通过。

斜坡后缘陡壁基岩裸露，基岩岩性为泥灰岩，表层风化卸荷较强烈，基岩强卸荷深度30 m～50 m，基岩弱风化深度约2 m～10 m。节理裂隙较发育，张开5 cm～10 cm，岩体被3组～4组节理裂隙切割形成软弱结构面，结构面类型为岩屑或岩屑夹泥。

工程区金沙江段属亚热带气候区，地势高差悬殊，气候垂直变化显著。河谷干热、高山阴冷潮湿，属典型亚热带气候区。据工程区附近的永善气象站、雷波气象站和中兴场气象站资料，多年平均气温为12.0℃ ～19.7℃，极端最高气温34℃ ～41℃，出现在6月～8月，极端最低气温0.3℃，出现在12月～1月，无霜冻现象。多年平均降水量586.3 mm～851.2 mm，主要集中在雨季4月～10月，占全年的 90.37%～96.55%。多年平均年蒸发量2 139.0 mm，多年平均相对湿度67%，平均风速3.0 m/s。

根据GB 18306－2001中国地震动水平参数和反应特征周期区划图，工程区水平地震动加速度为0.15g，地震动反应特征周期为0.4 s，相当于地震基本烈度为7度。

当水库蓄水及水库水位快速下降时，塌岸区堆积体受地下水影响其力学参数有所降低，同时当水位降低时，崩坡积堆积体内地下水无法迅速排出，形成动水压力，因此产生库区塌岸。根据地质勘察，徐家坪塌岸区表层崩坡积体目前整体处于极限平衡状态，局部浅表有小规模溜滑，水库蓄水后可能产生局部塌岸、滑塌及变形，为电站水库蓄水塌岸区，但不会出现整体快速滑塌。经计算分析，徐家坪塌岸区长约940 m，宽约50 m～60 m。水库库区塌岸对路线安全运行构成了较为严重的威胁。

2 设计方案选择

库区蓄水后，崩坡积体将产生塌岸及变形，将给路基稳定造成不利影响。若采用桩板墙等挡防措施对路基进行加固处治，处治难度及处理费用均较大，且处治效果不理想。若采用隧道绕避该塌岸区，隧道工程投资较大，且隧道进出口均为深厚覆盖层，施工难度及后期运营难度较大。

考虑到崩坡积体下方徐家坪阶地较为平缓、开阔，有条件对塌岸区进行堆渣反压处理，故本段路基拟采用对崩坡积体中上部进行卸载，同时利用卸载土石方对崩坡积坡脚进行堆渣反压+地面防护+矮脚挡墙的综合处治方案。

3 高路堤边坡稳定性分析

根据徐家坪崩坡积堆积体边坡特点，选取块碎石土边坡K3+730.00这一具有代表性的沿主滑方向的剖面，采用土质边坡稳定分析程序GEOSLOPE进行徐家坪高路堤边坡稳定分析计算，以便详细分析评价各边坡和滑坡的情况，见图1。

3.1 堆积体物理力学参数取值

崩坡积堆积体的物理力学参数采用电站库区勘察成果及崩坡积堆积体室内试验结果，见表1，表2。

图1 K3+730徐家坪路堤边坡示意图

3.2 工况分析

溪洛渡水电站S307泸盐路南田至坪头段复建公路为库区复建公路，路线均位于水库正常蓄水位以上。根据JTG D30－2004公路路基设计规范的要求，水库地区路堤的稳定性分析核算了四种工况，即正常蓄水工况、暴雨工况、库水位骤降工况、地震工况。

表1 崩坡积堆积体物理力学参数建议取值(天然状态)

表2 崩坡积堆积体物理力学参数建议取值(饱水状态)

3.3 高路堤边坡稳定性计算分析及评价

本文利用土质边坡稳定分析程序GEOSLOPE进行稳定性计算分析，GEOSLOPE软件根据极限平衡原理进行计算分析，采用折线法自动搜索最危险的滑面，计算方法为Janbu法，其稳定性系数见表3。

表3表明，K3+730徐家坪库区高路堤边坡在正常蓄水工况下(K=1.595＞1.25)为稳定状态，在库水骤降工况下(K=1.296 ＞1.15)为稳定状态，在正常蓄水并同时考虑暴雨工况下(K=1.281 ＞1.05)为稳定状态，在地震工况下(K=1.176 ＞1.02)为稳定状态。

表3 库区路堤边坡稳定性系数表

根据稳定性计算结果和高路堤边坡结构特征分析，高路堤边坡在各种工况下均处于整体稳定状态，边坡设计及加固方案经济合理有效。

4 高路堤边坡设计方案及加固处理措施

4.1 高路堤边坡设计方案

该段利用油坊沟大桥右岸桥头明线段挖方弃渣对徐家坪塌岸区坡脚进行堆渣反压。路线以填方路基形式通过塌岸区，路基左侧路肩外设8 m宽填方平台，然后以1∶2填方坡率分台阶填筑路堤，每级路堤高10 m，共设置9级路堤边坡，每级台阶宽2 m，填方坡脚采用3 m高护脚收坡脚。高路堤边坡坡面采用大块石码砌加强抗冲刷防护，大块石护坡厚200 cm，详见图2。

4.2 施工技术要求

1)路线以填方路基形式通过徐家坪塌岸区，路基左侧路肩外设8 m宽填方平台，路堤按1∶2坡率分级填筑，级高10 m，级间马道平台宽2 m，填方坡脚设置C15片石混凝土护脚固脚。填方路堤边坡采用大块石码砌护坡抵抗库水淘蚀，码砌厚度为2 m。2)C15片石混凝土护脚高3 m，埋置深度不宜小于1.5 m，墙体采用C15片石混凝土浇筑，每10 m～20 m设置一处伸缩缝，用沥青麻絮沿内、外、顶三方填塞，深入10 cm～20 cm。3)为减小路堤自身不均匀沉降对路面的影响，于路面底面以下150 cm范围内设置5层土工格栅，土工格栅层间距30 cm，在外侧弯折，并用撕裂膜绑扎在上一层上，纵向满铺，弯折段长2 m。4)水库蓄水后2年～3年为路堤沉降稳定期，沉降期根据沉降观测情况进行路基路面修正设计，以满足运行要求，待路基沉降基本稳定后需按设计重新铺筑路面。5)溪洛渡水库正常蓄水位600 m，死水位540 m。K3+520.00～K4+195.00段路堤水库蓄水后2年～3年为沉降稳定期，高填方路堤需进行沉降变形监测，根据沉降趋势，确定沉降观测时间及路基路面修复。观测项目:路堤顶沉降量及水平位移，仪具名称:沉降板，观测要求:路堤填筑完毕后至蓄水前，最初半年内半月观测一次，半年后一月一次;水库蓄水(或放水)期间，水位变化较快，每天观测一次，水位稳定期，半月一次，至沉降稳定。

图2 徐家坪高路堤边坡K3+570.00剖面设计图

4.3 路堤填料技术要求

徐家坪特殊路基602.00 m以下受水库蓄水影响路段填筑应采用单轴饱和抗压强度大于45 MPa，软化系数大于0.65的石料。路基开挖及本段路基内侧崩积体石灰岩应优先用于602 m以下路堤填筑，远运利用碎石土宜用于602 m以上路堤填筑。

4.4 路堤填筑技术要求

1)根据不同工况下的路基稳定性分析成果，为了提高反压后的路堤稳定性，徐家坪塌岸区高填方特殊路基施工对填筑工艺要求较高，宜选择有土石坝施工经验的施工单位进场施工。

2)路堤填方应分层铺筑，均匀压实，并应严格控制分层厚度，分层厚度根据压实机械类型确定，一般20 cm～30 cm，每层碾压5遍～7遍。若采用振动平碾碾压填石料，建议振动碾重不小于20 t，行车速度2 km/h ～3 km/h，频率20 Hz～30 Hz。

3)徐家坪塌岸区高填方特殊路基压实采用重型击实标准，考虑到本段路基的特殊性，路基压实度调整如下:一般路堤，路面底面以下0 cm～150 cm应不小于96%，路面底面150 cm以下应不小于94%。

5 结论与建议

1)徐家坪高路堤边坡经观测，施工期沉降已基本稳定，路基满足运行要求。这表明徐家坪高路堤边坡设计方案及加固处理措施合理有效，具有较好的社会及经济效益。

2)徐家坪高路堤边坡以1∶2坡率分台阶填筑路堤后，保证填料压实度达到规范要求，路堤稳定性在四种工况下均能满足规范要求，高路堤边坡处于稳定状态，高路堤边坡设计支护方案经济合理有效。

3)高路堤边坡的稳定性主要取决于路堤的排水能力及分层碾压密实性，同时应采用压缩变形小、水稳性好的渗水材料作填料，填筑后路堤力学参数应达到设计要求。大块石码砌护坡可有效防护库岸冲刷淘蚀，提高路堤边坡的稳定性。

[1] 窦彦磊.山区库岸路基稳定及防护技术试验研究[D].重庆:重庆交通大学硕士学位论文，2010.

[2] 陈 红.贵州六盘水机场道中高填方边坡稳定性研究[D].成都:成都理工大学硕士学位论文，2008.

[3] 任红珠.人工特高筑填路堤变形及稳定性研究[D].西安:长安大学硕士学位论文，2007.

[4] JTG D30－2004，公路路基设计规范[S].

[5] 张倬元，王士天，王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社，1994.