大藤峡水利枢纽工程下游引航道内边坡稳定性分析

吕 赫，杨瑞刚，史海燕

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

0 引言

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江干流黔江河段的大藤峡出口弩滩附近，是红水河梯级规划中最末一个梯级，工程任务为防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用。水库正常蓄水位61.00 m，相应库容28.13亿m3，装机容量1 600 MW。枢纽由黔江主坝、黔江副坝、南木江副坝和船闸组成。通航建筑物布置于黔江左岸，由上游引航道、船闸和下游引航道组成。船闸紧靠主坝，下游引航道内边坡位于船闸下游，桩号为航下0+359 m～航下2+074 m。施工期间，由于施工区及上游流域遭遇持续强降雨，长时间的大流量，导致边坡部分受损。为确保施工期通航安全，对下游引航道内边坡稳定性进行分析，以保证航道正常运行。

1 地质概况

1.1 地形地貌

下游引航道内边坡位于黔江左岸一级阶地，地形整体较平坦，地面高程一般37.9～45.6 m。沿线有多条溶蚀冲沟，其中3条规模较大，宽20.0～30.0 m，切割深10.0～15.0 m，冲沟两侧边坡为20°～40°，常年有流水。下游引航道区域可见多处大小不一的岩溶洼地。

1.2 地层岩性

下游引航道出露的地层主要为第四系覆盖层和泥盆系下统郁江阶中段地层。第四系覆盖层以回填土和晚更新统（Q3）为主，厚度为20.0～57.0 m。回填土厚度为1.0～15.0 m，主要为地势低洼部位回填碾压后的粘土，黄褐色或棕红色，可塑～硬塑状态，以硬塑为主。晚更新统（Q3）主要由冲洪积物（Q3pal）和残积物（Q3el）组成，自上而下分为三大层。

第一大层，冲洪积细粒土层（Q3pal）。层厚10.0～34.0 m，分布在高程8.0 m 以上，土层连续，主要为次生红粘土层，局部夹含砂粘土、含砾粘土、粘土质砂、粉土质砂和粘土质砾。在桩号航下1+884 m～航下2+074 m，夹有厚2.4～5.0 m 的灰黑色粉土。粘土多为饱和，可塑，天然含水率较高，粘粒含量大，具有失水干裂、遇水微膨胀等特性。

第二大层，冲洪积巨粒土层（Q3pal）。层厚4.0～46.0 m，土层连续，分布在高程5.0～35.0 m，主要为卵石混合土、混合土卵石、局部有粘土、含砂砾粘土夹层或团块，卵石成分混杂，含量变化较大，一般在10%～60%；混合土以粘土、含砂粘土为主，饱和，可塑～软塑状。粘土包裹卵石，粘土控制土层的抗剪强度。

第三大层，溶余残土层（Q3el）。层厚2.0～25.0 m，土层基本连续，分布在高程22.0 m～基岩面。主要为含碎石角砾的粘土，部分为网纹状粘土，层内见有蓝藻，是海相沉积物的重要标志。碎石角砾原岩白云岩，溶蚀风化强烈。粘土饱和，可塑～软塑状态。

基岩为泥盆系下统郁江阶中段（D1y2）的灰黑色白云岩夹泥岩，溶蚀风化强烈，基岩面起伏陡起陡降，变化较大。

1.3 地质构造

下游引航道所在区域灰岩产状，走向N10°～20°E，倾向SE，倾角20°～25°，产状较稳定。据开挖揭露，下游引航道主要发育3 组节理。

1）N60°～80°W，NE 或SW∠75°～80°，节理多平直光滑或平直粗糙，充填钙质或方解石，切层，间距多为50～100 cm，局部为20～30 cm。

2）N10°～30°E，NW 或SE∠70°～85°，节理面多平直粗糙或起伏粗糙，充填少量钙质或无充填，断续不切层，间距多为50～100 cm。

3）N30°～40°W，NE 或SW∠80°～85°，节理面多平直粗糙，少量为平直光滑，切层（少量不切层），充填岩屑或钙质。

1.4 水文地质条件

地下水类型主要有孔隙潜水和岩溶水两种，孔隙潜水赋存第四系覆盖层中，岩溶水分布于岩溶管道和岩溶裂隙中。下游引航道距离黔江较近，地下水与江水联系密切。下游引航道开挖至底高程后，在航道底部局部有地下水出露。

1.5 岩溶

1.5.1 主要形态

下游引航道区域岩溶发育，主要有溶沟、溶槽、岩溶洼地、土洞和溶洞。黔江岸边溶沟、溶槽发育，宽20.0～30.0 m，切割深10.0～15.0 m，呈不规则“V”型，主要展布方向呈N10°E向，延伸性差。黔江左岸一级阶地上，可见多个岩溶洼地，直径30.0～50.0 m，呈串珠状展布，根据前期钻孔揭露，覆盖层中存在土洞，钻孔中直径1.8～2.1 m，表现为掉钻，无充填。据地质测绘和前期钻孔揭露，基岩溶洞发育，遇洞率高，溶洞多为半充填或无充填，充填物以粘土和卵砾石为主。从开挖情况看，基岩表面溶蚀强烈，岩面起伏，陡起陡降，变化较大，表面岩石多被溶蚀成蜂窝状，岩体破碎，土石混杂，性状差异不定。

1.5.2 土洞塌陷

下游引航道共出现5 处塌陷（见表1），其中4处位于大包线内，仅TX11 位于大包线范围以外。下游引航道沿线地表存在串珠状的岩溶洼地，分析部分洼地可能为老的塌陷坑。

表1 下游引航道塌陷一览表

从地层地质条件分析，下游引航道地段为有利形成土洞（塌陷）的区域：下伏基岩为可溶性的碳酸盐岩岩层，且具有开口面向覆盖层的溶洞、溶隙或断裂裂隙；岩溶地层上部分布有一定厚度的覆盖层土；此地区地下水丰富，活动频繁。

开挖期及运行期，水位由于地下水动力条件和排泄运移条件的变化，可能产生岩溶塌陷的气爆、吸蚀和潜蚀作用，原有塌坑可能复活或产生新的塌坑，但规模不会太大，强度也不高。

2 边坡稳定分析

2.1 工程地质条件

施工期和运行期边坡的抗滑稳定为最主要的工程地质问题。从前期勘察资料和施工期开挖情况看，第二大层冲积巨粒土（Q3pal）对边坡稳定影响最大。这是因为这一层土由粘性土和卵砾石组成，粘土包裹卵石，使土层的抗剪强度不高；卵砾石使土的密度增大并且成为主要含水层，缺少中间颗粒，土层易于产生渗透破坏，进而引起边坡的变形和失稳。

在口门区发现有2.0～5.0 m 的灰黑色粉土，分布高程30.0～35.0 m，对这一段的边坡稳定有不利影响。

总体讲，土层分布、厚度、物理力学性质变化均较大，边坡稳定条件较为复杂，设计和施工过程中结合各段边坡的地质情况，采取了相应的工程措施。

下游引航道表部粘土层，在失水干燥后，尤其在高温和阳光照射下，会发生干裂，一般深度在3.0～5.0 m 范围内，地表裂缝宽度多在5～10 mm，树枝状延伸。一旦形成干裂缝，裂缝处土的抗剪强度几乎全部丧失，对边坡稳定有一定的不利影响。干裂缝形成后遇到强降雨，雨水灌入裂缝，形成裂缝水压力，对边坡的稳定亦产生不利影响。因此，在施工和运行期均应采取必要的防护措施，防止边坡土体产生干裂缝，影响边坡稳定。

下游引航道溶余残积土中含有部分黄白相间网纹状粘土，根据取样试验，其最大无荷载膨胀率达到2.45%，自由膨胀率达到50%，按广西地方标准属中膨胀土。天然状态下该土层埋藏在地表以下10.0～20.0 m，其膨胀性基本无体现。但下游引航道开挖后，该土层在边坡直接出露，变为无荷载状态，施工期排水又使其含水率降低。下游引航道通水运行时，土层浸泡在水下，会发生饱和膨胀，有可能对边坡稳定产生不利影响。

2.2 边坡支护情况

下游引航道具体支护形式：1）25.2 m 高程以上（均为土质边坡）为无纺布+30 cm 厚雷诺护垫+10 cm 厚腐殖土并绿化；2）25.2 m 高程以下（土质边坡）为20 cm 厚混凝土板；3）25.2 m 高程以下（岩质边坡）为20 cm 厚混凝土板+φ25 mm 锚杆。

2.3 边坡稳定分析

计算工况：运行期，计算水位降落期，计算水位：①最高通航水位41.24 m 降至8 台机发电水位29.50 m；②8 台机发电水位29.50 m 降至汛期最低水位22.40 m。施工期，坡内水位32.00 m，坡外水位15.35 m。计算结果见表2。

表2 边坡抗滑稳定计算

正常运用条件边坡抗滑稳定安全系数为1.15～1.20，非常运用条件边坡抗滑稳定安全系数为1.15～1.10，根据表2 可以看出，边坡抗滑稳定均能满足规范要求。

3 结 语

下游引航道内边坡桩号航下0+359 m～航下2+074 m，通过现场勘查，提出边坡表部粘土层会失水干裂，溶余残积粘土遇水膨胀对边坡稳定不利等问题，但坡面已经采取了防护措施，通过计算和分析，认为边坡整体是稳定的。该边坡的稳定评价，也可为同类型的边坡稳定性分析提供参考和经验借鉴。