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遵义灌区水泊渡泵站后边坡处理设计优化研究

范文

摘要：在进行遵义灌区水泊渡泵站后边坡处理的过程中，结合既有的设计，立足多方面因素，如地形地貌、地层岩性以及地形地貌、地质构造、水文条件等进行综合分析，找寻当前设计过程中存在的问题，确保在进行泵站后边坡治理上，能够有突出的稳定性保障，提升治理效果。本文在研究过程中，结合遵义灌区水泊渡泵站后边坡的处理现状，在既有的处理基础上进行了设计的优化探讨。

Abstract： In the process of treating the back slope of Shuibodu Pumping Station in Zunyi Irrigation District， combined with the existing design， comprehensive analysis is conducted based on various factors such as topography， stratum lithology， topography， geological structure and hydrological conditions， to look for problems in the current design process， and ensure that there is outstanding stability guarantee and improved treatment effect when the slope of the pumping station is treated. In the research process， combined with the current situation of the treatment of the back slope of Shuibodu Pumping Station in Zunyi Irrigation District， the design optimization was carried out on the basis of the existing treatment.

关键词：遵义灌区;水泊渡泵站后边坡处理;优化设计;研究

Key words： Zunyi Irrigation District;back slope treatment of Shuibodu pumping station;optimization design;research

中图分类号：U416.1+4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）25-0176-04

0? 引言

遵义灌区一期工程所处的位置是在贵州省遵义市的南部区域。水库正常蓄水位848m，总库容5510m3，坝型为钢筋砼面板堆石坝，最大坝高68.8m。2016年12月实施以来边坡监测工程、泵站上水管管槽左侧锚索已实施完成;帷幕灌浆从7#—157#主帷幕灌浆已完成，该段帷幕实施完后经检查孔检查合格;通过对S1号泉水流量测量，该泉水流量从帷幕灌浆前的55L/S减小到0.15L/S;泵站后开挖最薄弱处打25个深排水孔，前面15个排水孔大部分都是打穿九级滩泥岩进入玉龙山灰后，前面2-3天有水流出，流量不大，后10个排水孔流水现象逐渐减少;通过帷幕检查孔、S1泉水流量观测及深排水孔实施情况综合判断帷幕灌浆已达到设计要求，帷幕还未实施部分有优化的必要。

1? 工程地质

1.1 区域地质概况

灌区属四面环水的台地，区内地层发育较全，出露寒武系至第四系。岩性主要为碳酸盐岩和碎屑岩两类，其中碳酸盐岩类约占75%，碎屑岩类约占25%。地质以宽阔向斜为其主体，断裂构造多顺应主构造线方向发育于向斜的轴部及翼部。该区无挽近期以来的活动性断裂及深大断裂，较大型的地下暗河均出露于较低河水面附近，说明该区地壳运动属上升相对稳定时期。地震基本烈度為Ⅵ度，属无震至弱震区，区域稳定性较好。

1.2 水泊渡泵站工程地质评价

1.2.1 地形地貌

泵站建于大坝下游500m处河流左岸，泵站处在河转湾处的凹岸，河流在该处呈圆弧展布，泵站对岸有一片略半圆形的田土，田土高程在793-805m之间，田土后为一山顶高程为922m的山头。泵站处河床高程790m左右，泵站后坡自然坡度为20°～37°，泵站后为一北西向展布的山脊，山脊高程875-988m，翻过该山脊便是水白渡水库库区。

1.2.2 地层岩性

夜郎组沙堡湾段为黄褐色、灰绿色、灰黄色泥岩夹页岩;玉龙山段上部为中至厚层灰岩，岩溶发育，下部为薄层、极薄层泥灰岩夹灰岩、泥岩。九级滩段以紫红色、灰绿色泥岩、钙质泥岩、砂质泥岩为主。

1.2.3 地质构造

泵站处无大的断层发育，但裂隙发育，主要发育下列两组裂隙，J1产状为185°-210°∠60°-80°，在这一组裂隙中有4条裂隙较大：L1、L2 、L3 、L4，延伸长120-140m不等，切割深5-8米，这4条裂隙对岩体的切割是影响泵站后开挖边坡稳定的重要因素。J2产状为40°-60°∠60°-75°，裂面多平直，仅少数充填方解石薄膜。

1.2.4 水文地质条件

强岩溶含水岩组：三叠系夜郎组第二段（T1y2）灰岩，分布在泵站后坡靠库区一侧。隔水岩组有：三叠系夜郎组第三段（九级滩段）（T1y3）泥岩，为泵站基础及后边坡岩层。

地下水类型有岩溶裂隙水、岩溶溶水、基岩裂隙水、第四系孔隙水。站址处地形较陡（坡度20°～37°），大气降雨大部分以地表径流形式汇入泵站下面河流，极小部分通过节理裂隙进入地下，在较短距离以季节性裂隙泉的形式补给河水。

综上所述说明玉龙山灰岩在该地段798m高程以上岩溶非常发育。在低于835.6高程以下泥岩覆盖区未发现大的泉水出露，结合WZK1和WZK4压水资料说明泥岩隔水性好。这就使泵站处于一个特殊的水文地质环境上，泵站下的地下水不是靠大气降水补给，而是由水库通过玉龙山（T1y2）灰岩理岩溶系统补给，但当地下水到达泵站及泵站后坡下方时，遇到了九级滩（T1y3）泥岩的阻隔而富积于泵站及泵站后坡下。经帷幕灌浆后，由于帷幕的阻隔，根据泵站后边坡地下水位观测孔位观测，帷幕前地下水位跟水库水位基本一致，帷幕后地下水位大幅度降低，见图1所示。

1.3 泵站后边坡稳定分析

1.3.1 自然边稳定性分析

泵站后坡自然坡度为20°～37°，大部分地段为30°～37°。泵站后坡地形较陡第四系覆盖层较浅，岩体主要顺层面剥蚀，无自然切脚现象，边坡总体处于相对稳定期，只有局部小规模的崩塌现象存在，方量不超过10m2，泵站后坡自然边坡总体稳定性较好。

1.3.2 开挖边稳定性初步分析

为确保施工安全及将来建筑物安全稳定运行，泵站与管槽基础及边坡在开挖过程中，在原设计的基础上，根据实际地质条件作了适当调整，根据泵站与管槽的开挖与岩层组合关系，大致可将泵站与管槽边坡开挖分为切向坡（1区）、顺向坡（2区）和逆向坡（3区）3个区（各区分布见图2—泵站边坡开挖分区图）性分析如下：

①1区（切向坡）：该区包括管槽左侧厂房后边坡、管槽右侧靠右端厂房后边坡、厂房右侧边坡、管槽水平段右侧边坡，具体分布见图2。

②2区（顺向坡区）：该区位于前段管槽下部右侧，进厂公路下方及进厂公路转弯处（见图2），开挖边坡高50-75m，节理裂隙较发育，在该区内发育了4条较大的连通裂隙（L2、L3、L4、L5），延伸长124m左右，切割深5-10m。4条裂隙走向基本平行，在这4条裂隙的切割下，强风化带内岩体破碎。

③3区（逆向坡）：由于该区是泵站的永久性边坡，且泥岩易风化，并且岩体节理裂隙发育，岩体较破碎，有掉塊现象发生，建议作适当挂网喷锚处理。

1.3.3 库水压力下边坡渗透破坏初步分析及防渗处理

泵站基础为九级滩泥岩，但厚不大，真厚度在35m以下，特别是泵站右侧边坡拐角处，开挖后泥岩厚度只有3m左右厚，玉龙山灰岩为强透水层，在泵站下游40m左右处，有一水库蓄水后出现的泉水出露，泉水出露泥岩与灰岩的界线处，高程为835.6m，当库水位降至836m时该泉点断流了，这充分说明了该泉水与水库连通性好。在作管桥桥基勘察时在低于正常水位30m左右处发现有溶洞发育，说明玉龙山灰岩在该地段岩溶非常发育。在低于835.6高程以下泥岩覆盖区未发现大的泉水出露，说明泥岩隔水性好。泵站安装高程比水库正常高水位低42m，如果不采取措施，泵站后坡长时间处在高水头压力下泥岩会产生渗透破坏，造成突水危及泵房安全。（针对该处的专项方案：帷幕灌浆及深排水孔处理已完成，经处理后经帷幕灌浆后，由于帷幕的阻隔，帷幕前地下水位跟水库水位基本一致，帷幕后地下水位大幅度降低，帷幕后地下水位低于九级滩段（T1y3）与玉龙山段（T1y2）界线，地下水对泥岩薄弱带已没有了顶托作用，该处的渗透破坏隐患基本解除。

2? 工程布置

边坡稳定处理工作内容是：

①帷幕灌浆：本阶段帷幕灌浆与原左坝肩帷幕灌浆是相互独立的，本次帷幕设计于泵房后坡上，帷幕在玉龙山灰岩内起灌高程为正常高水位（848.00m），在九级滩泥岩段起灌高程进入泥岩5-10m，帷幕下限790m程，帷幕线长382m。

②泵站上水管左测边坡加固处理：在上水管左测加4棵长20m的锚索，筐格梁断面横断面为800×800cm，再在筐格梁4个结点上分别打1棵锚索。

③打深排水孔：在泵站右侧开挖边坡拐角处的三级边坡上分别布置18个排水管，排水管材料为PVC管，管径为100mm，孔间距和排间距分别为3m，呈梅花型布置;在施工过程中孔深需伸入灰岩0.5m深，排水孔与水平面交角为5°。

④变形观测系统：在边坡近区布置4个三角网点;边坡表面按4个断面，共布置位移标点7个，分布在边坡马道及滑坡体上。

3? 设计优化

3.1 帷幕灌浆

帷幕设计于泵房后坡上，在玉龙山灰岩内起灌高程为正常高水位（848.00m），在九级滩泥岩段起灌高程进入泥岩5-10m，帷幕下限790m程，帷幕线长382m。主线上共计192个孔，孔距2m，防渗标准为透水性≤3Lu。设计帷幕灌浆有效进尺12096.4m，无效进尺3883.3m，共计帷幕总孔深15979.7m。

3.1.1 原帷幕灌浆的目的

3.1.1.1 帷幕灌浆的主要目的为减小泵站后边坡水压力对泵站后泥岩的渗透破坏

泵站基础为九级滩泥岩，但厚不大，真厚度在35m以下，特别是泵站右侧边坡拐角处，开挖后最薄处泥岩厚度只有3m左右厚，通过量化计算分析泵站右侧拐角处存在渗透破坏的可能，对泵站的安全有极大。

①开挖状态下，假定没有地下水对坡体产生顶托力（水库未蓄水），边坡不稳定：

②不进行帷幕灌浆和排水孔设计，蓄水至835.6m。在泥岩与灰岩的界线处出露一组泉水，按此边界建立分析模型，其水头在坡脚变化较大。稳定性系数变为0.95，容易失稳，不满足规范要求。

③仅进行帷幕灌浆设计，不进行排水孔设计，仅有帷幕对水位降低作用有限。在泥岩和灰岩接触的层面上水头较大，稳定性系数降至0.72，最大的孔隙水压力约327kPa（相当于33.0m的水头），不利于边坡稳定。

④进行帷幕灌浆和排水孔设计，当设置排水孔时，上堵下排的效果突出，水位线降低较多，有利于边坡稳定。

⑤进行帷幕灌浆和排水孔设计，并增加锚杆的情况下，其稳定性系数变为1.21，满足规范要求。

综合述分析计算可以看出，开挖边坡在水库蓄水前基本稳定。将边坡处理的全部方案（开挖+帷幕灌浆+打深排水孔+锚杆锚固）全考虑进，当水库蓄水至正常高水位（848.00m）时安全系数为1.21;经过上述分析计算说明设计方案安全合理，泵站后边坡处理方案达到了设计目的。

3.1.1.2 帷幕灌浆的次要目的为减小水库渗漏量。

在泵站下游40m左右处，有一水库蓄水后出现的泉水出露，泉水出露泥岩与灰岩的界线处，高程为835.6m，通过测量S1号泉水的流量在55L/ S，通过帷幕灌浆后，S1号泉水的流量已降低到0.2L/ S以下，大大提高水库的供水效益，帷幕灌浆达到了目的。

3.1.2 先导孔透水率分析

在设计时，在一序孔中布置1/3孔数作为先导孔进行压水试验，岩体透水率有以下几个特点：①注水验段主要集中分布在820-848m之间，说明岩溶主要发育在820m高程以上;②在795m高程以下透水率均小于3.0Lu，在800m高程以上大部分试段透水率大于5.0Lu，说明帷幕下限为790m高程是合适的;③在九级滩泥岩（T1y3）里透水率在2.2-3.4Lu之间，帷幕上限以进入九级滩泥岩10m是可靠的;④帷幕段岩体透水率中段大，两端小，在未到原设计帷幕端点处3.0Lu线已闭合，原帷幕端点有优化空间。

3.1.3 帷幕灌浆优化设计

为合理节约工程投资，在认真分析帷幕灌浆先导孔资料及部分帷幕孔资料后，发现在原帷幕灌浆方案灌浆范围内两端部分岩体透水率也小于了3Lu（帷幕设计标准），帷幕两端有优化的可能;在原帷幕加强孔段，前排帷幕灌浆时有多个孔在820m高程以上遇见了不同规模的溶洞，在回填混凝土并复灌后，通过检查孔检查，帷幕灌浆全部合格，并且渗漏泉水（S1号泉）流量明显减小，也基本达到设计目的，原帷幕加强孔有优化的可能，具体优化如下：

①對帷幕前段的优化：通13#、25#、37#、47#先导孔压水资料分析发现，岩体透水率向帷幕起始端有逐步减小的趋势，根据先导孔压水资料画出3μ线，3μ线在7#号孔处闭合，因此将帷幕起始点由1#孔改至7#孔，帷幕底界不变。

②对帷幕后段的优化：通过认真分析，在145#孔处帷幕线已进入了九级滩（T1y3）泥岩，将帷幕线方向由原来的沿等高线方向，调整为沿岩层倾向方向将缩短帷幕线长度并减少无效进尺，因此施工时将帷幕方向调整为岩层倾向方向。通133#、145#、150#、157#先导孔压水资料分析发现，岩体透水率向帷幕终止端有逐步减小的趋势，根据先导孔压水资料画出3μ线，3μ线在157#号孔处闭合，因此将帷幕起始点由192#孔改至157#孔，帷幕底界不变。

③对帷幕加强孔的优化：加强孔段为77#-127#孔。建议运行期，运行管理单位按相关规程规范对S1号泉渗漏作定期观测，如有异常应及时通知设计单位及有关部门。

3.2 深排水孔设计优化

原设计在泵站右侧开挖边坡拐角处的三级边坡上分别布置18个排水孔，水管材料为PVC管，管径为100mm，排孔间距和排间距分别为3m;施工孔深需伸入灰岩0.5m深，排水孔与水平面交角为5°。

4? 工程量变化细项说明

4.1 帷幕灌浆部分

本项目原设计帷幕主线共计192个孔，孔距2m。设计优化后，实施帷幕主线7#～157#孔段，实际有效进尺8213.4m，无效进尺1412.8m，总进尺9626.2m。

4.2 排水孔部分

排水孔原设计为921m，设计优化后，实际完成排水孔326m。80PVC排水管设计为910m，实际完成排水管安装326m。排水孔进尺减少595m，无效进尺排水管减少584m。

4.3 专题阶段与施工实施工程量变化对照

根据上述章节，专题阶段与施工实施工程量，在项与量上有不同程度的变化，具体变化情况详见表1。

5? 结论

①已实施完帷幕灌浆7#—157#已达到设计要求与设目的。

②在泵站右侧开挖边坡拐角处已实施的25个深排水孔，已达到设计要求。

③在帷幕94#—132#孔段多个孔遇见了规模大小不一的溶洞，该段根据相关规程规范采取了回填混凝土、待凝等手段，工程量较设计阶段有所增加。

④建议运行期按相关规程规范对边坡稳定及渗漏作定期观测，如有异常应及时通知设计单位及有关部门。

参考文献：

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[2]代元锋.遵义灌区水白渡水库泵站后边坡开挖稳定性分析[J].中国新技术新产品，2010（17）：103-104.

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