新龍水電站庫區(qū)傾倒變形體穩(wěn)定性分析及加固方案研究

劉麗娟，賀立強

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

新龍水電站庫區(qū)傾倒變形體穩(wěn)定性分析及加固方案研究

劉麗娟，賀立強

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

新龍水電站右岸近壩庫段大范圍發(fā)育有傾倒變形體，總體積約1 600萬m3。該變形體在水庫蓄水后，受地下水位升高、浸泡影響，變形體巖體的抗剪強度指標降低，極易導致變形體邊坡失穩(wěn)，直接威脅樞紐建筑物的安全。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性的分析成果，研究了錨索強支護、削坡減載、堆填壓腳三種加固方案。通過技術經(jīng)濟比較，推薦了以堆填壓腳的治理方案。

穩(wěn)定分析；加固方案；堆填壓腳

0 前 言

傾倒變形是巖質(zhì)斜坡一種主要的變形破壞形式，常見于反傾層狀結(jié)構(gòu)巖體中。大量的研究表明，巖體的傾倒變形一般發(fā)生在陡立或陡傾坡內(nèi)的層狀巖體組成的中～陡岸坡中，尤其是在斜坡前緣地帶較易發(fā)生。陡傾的層狀巖體在自重彎矩作用下，于前緣開始向臨空方向作懸臂梁彎曲，并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展；彎曲（傾倒）變形體中上部相繼出現(xiàn)拉裂縫，形成平行于巖層走向或坡向的反坡臺坎和槽溝。

傾倒變形體是水電、交通等工程建設中經(jīng)常遇到的工程問題之一，對其失穩(wěn)機制、穩(wěn)定性評價方法和加固措施的研究也是邊坡工程領域的研究熱點。

1 工程概況

新龍水電站位于四川省甘孜州新龍縣境內(nèi)的雅礱江上游河段干流上，是雅礱江上游梯級電站開發(fā)甘孜～新龍段4級開發(fā)中第4級，裝機容量240 MW，為二等大（2）型工程。樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪（放空）建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。

受早期地殼抬升及巖體卸荷作用，在右岸近壩庫段存在傾倒變形體，范圍約為順河長約1.4 km，橫河寬約170 m，根據(jù)傾倒變形強弱，可分為強傾倒變形和弱傾倒變形體。其中強變形巖體水平深度約30～50 m，初估方量約630萬m3；弱變形體則約1 050萬m3；兩者合計約1 680萬m3。

水庫蓄水后，受地下水位升高、浸泡影響，變形體巖體的抗剪強度指標降低，極易導致變形體邊坡失穩(wěn)，對樞紐建筑物安全構(gòu)成威脅。

2 傾倒變形體地質(zhì)條件

2.1 傾倒變形體地質(zhì)特征

新龍壩前傾倒變形體位于雅礱江右岸，傾倒變形體前緣位于河水面與公路之間，高程約3 060～3 070 m，緊鄰泄洪（放空）洞口；后緣高程約3 360～3 370 m；地形上具有上緩下陡的特征，前后緣高差約300～310 m。

該變形體可分為強傾倒變形和弱傾倒變形。地表明顯可見巖層傾倒變形現(xiàn)象，傾角變緩直至近水平。從傾倒角度等特征看，強變形傾倒嚴重，強變形區(qū)又靠近斜坡表部，其松弛更為嚴重。

傾倒變形體現(xiàn)狀整體基本穩(wěn)定，部分區(qū)域由于坡度較陡，后緣楔形縫普遍貫通，穩(wěn)定性較差，局部存在小規(guī)模失穩(wěn)可能。

2.2 傾倒變形體分區(qū)

根據(jù)傾倒變形體發(fā)育特點、及岸坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性，可分為A1、A2及B三個區(qū)，詳見圖1。

圖1 傾倒變形體分區(qū)示意

A1區(qū)分布于變形體下游段，順河長度約330 m，總體呈三角形狀分布，其強變形分布于整個坡體表面，弱變形分布較少，地形相對稍緩，該區(qū)同時屬于泄洪洞進口邊坡開挖區(qū)；A2區(qū)分布于變形體中段，順河長度約470 m，其強變形分布于公路以上一定高度，未分布在整個坡體表面，弱變形巖體普遍分布；B區(qū)分布于變形體上游段，順河長度約620 m，其強變形基本分布于整個坡體表面，厚度薄。

3 傾倒變形體穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡滑移失穩(wěn)機制分析

變形體所在部位以砂、板巖為主，板巖板理極為發(fā)育，巖性較為軟弱，岸坡巖體陡立，且河谷走向多與巖層走向小角度相交，隨著雅礱江下切、地殼相應抬升，使得岸坡巖體向臨空面方向發(fā)生傾倒－彎曲－拉裂－折斷，折斷面逐漸形成潛在底滑面的過程。

3.2 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

在穩(wěn)定性計算時，潛在滑面根據(jù)變形體強、弱底界線考慮，宏觀上呈折線～弧形形態(tài)。選取A1、A2、B區(qū)各自代表性剖面X1、X2、X3剖面進行穩(wěn)定性計算，典型平面滑移模式詳見圖2～4。

圖2 X1剖面

圖3 X2剖面

圖4 X3剖面

根據(jù)壩址區(qū)巖體的物理力學參數(shù)，地形及變形體深度等，對傾倒變形體底滑面內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角取值進行反復試算，再進行因素敏感性分析，提出了針對A1、A2兩個不同區(qū)域的強、弱變形體潛在底滑面綜合取值，具體見表1、2。

表1 天然狀態(tài)下變形體物理力學參數(shù)

表2 飽水狀態(tài)下變形體物理力學參數(shù)

根據(jù)《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》（DL／T5353－2006）關于邊坡分級及設計安全系數(shù)的規(guī)定，結(jié)合本工程規(guī)模、特點，確定泄洪（放空）洞工程邊坡及庫區(qū)邊坡均為二級，相對應變形體邊坡安全系數(shù)取值及計算工況見表3，其中A1區(qū)為工程邊坡，A2區(qū)、B區(qū)為庫區(qū)邊坡。

表3 變形體邊坡安全系數(shù)要求及計算工況

新龍水電站壩址區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，地震設計加速度取基準期50年內(nèi)超越概率10%，相應基巖水平峰值加速度為148 gal。計算方法采用基于下限解的傳遞系數(shù)法，計算結(jié)果見表4。

表4 各代表性剖面穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果

從以上各區(qū)代表性剖面穩(wěn)定性計算結(jié)果可以看出：A1區(qū)強變形體在蓄水前地震及暴雨工況下處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，蓄水后天然工況及地震工況的強變形體安全系數(shù)均不滿足邊坡安全系數(shù)要求；A2區(qū)強變形體在蓄水前持續(xù)暴雨等工況下，穩(wěn)定性系數(shù)不滿足邊坡安全系數(shù)要求，蓄水后強、弱變形體在暴雨工況下，穩(wěn)定性系數(shù)均不滿足邊坡安全系數(shù)要求；B區(qū)變形體在各種工況下穩(wěn)定性系數(shù)滿足邊坡安全系數(shù)要求。

4 加固方案研究

通過庫區(qū)傾倒變形體穩(wěn)定性分析研究，需對A1區(qū)、A2區(qū)傾倒變形體進行加固處理。

傾倒變形體加固措施常采用削坡減載、錨索強支護等方法。A1區(qū)傾倒變形體大部分位于泄洪（放空）洞進口邊坡范圍內(nèi)，在工程施工時可對A1區(qū)傾倒變形體直接清除或部分清除。A2區(qū)傾倒變形體范圍較大，需要選擇一個既經(jīng)濟又合理的加固方案。

4.1 A2區(qū)加固方案研究

A2區(qū)初步擬定以下三種加固方案：錨索強支護、削坡減載、堆填壓腳。

（1）加固方案一：錨索強支護。不挖除變形體，在變形體坡面上設置錨索，P＝2 000kN，L＝55～80 m，間排距4 m×4 m，交錯布置。邊坡加固后穩(wěn)定性系數(shù)見表5。

表5 “加固方案一”邊坡穩(wěn)定性系數(shù)

計算結(jié)果顯示，蓄水后經(jīng)“加固方案一”加固后的A2區(qū)代表性剖面X2剖面的強、弱變形體在各工況下安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

（2）加固方案二：削坡減載。將強變形體大部分削坡清除至3 192 m高程，在3 192 m以上高程按1∶1削方，每20 m設一平臺，平臺寬3 m。邊坡加固后穩(wěn)定性系數(shù)見表6。

表6 “加固方案二”邊坡穩(wěn)定性系數(shù)

計算結(jié)果顯示，蓄水后經(jīng)“加固方案二”加固后的強、弱變形體在各工況下安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

（3）加固方案三：堆填壓腳。土石堆填壓筑至3 092.00 m高程，堆填坡比1∶1.5～1∶2。邊坡加固后穩(wěn)定性系數(shù)見表7。

表7 “加固方案三”邊坡穩(wěn)定性系數(shù)

傾倒變形體壓腳填筑施工參數(shù)可參照如下規(guī)定：鋪料厚度60～80 cm；振動碾重不小于18 t（宜采用振動平碾），頻率20～30 Hz；碾壓遍數(shù)為2遍靜壓＋4遍激振；碾壓行車速度2.0～3.0 km／s。

計算結(jié)果顯示，蓄水后經(jīng)“加固方案三”加固后的強、弱變形體在各工況下安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

4.2 A2區(qū)加固方案比較

（1）布置及施工條件。加固方案一庫區(qū)邊坡采用“錨索強支護”加固措施，錨索支護量大，長度深，施工難度大，且施工時可能由于地形、地質(zhì)條件等各方面的影響，不確定因素較多，如錨索灌漿超灌等；

加固方案二庫區(qū)邊坡采用“削坡減載”加固措施，對庫區(qū)傾倒變形體邊坡進行開挖，開挖方量約180萬m3，對邊坡擾動較大；

加固方案三庫區(qū)邊坡采用“堆填壓腳”加固措施，對邊坡擾動較小，同時較好地利用了本工程施工期間的2號渣場，對A2區(qū)進行“堆填壓腳”。

（2）環(huán)境影響。加固方案一、三不挖除邊坡，對變形體擾動小，加固方案二需對庫區(qū)傾倒變形體邊坡進行削坡減載，開挖范圍較大，對邊坡擾動較大。加固方案三對自然環(huán)境影響最小，且與自然景觀相協(xié)調(diào)。

（3）投資估算。加固方案一投資估算11 907.31萬元，加固方案二投資估算15 582.28萬元，加固方案三投資估算7 418.17萬元。加固方案三庫區(qū)變形體治理工程的直接投資最省。

綜上分析，三個加固方案都是可行的，但考慮布置條件、施工、環(huán)境影響以及投資等因素，推薦采用加固方案三，“堆填壓腳”方案。

5 結(jié) 論

如上所述，就整個變形體而言，靠上游段B區(qū)整體穩(wěn)定性最好，下游段A1區(qū)穩(wěn)定性次之，而中部段A2區(qū)穩(wěn)定性最差，需要對其重點進行邊坡治理措施。考慮到下游段A1區(qū)變形體與泄洪洞開挖邊坡直接相關，在工程施工時可對傾倒變形體直接清除或部分清除，對B區(qū)邊坡應做好庫岸防沖刷、淘蝕防護工程。

對A2區(qū)變形體邊坡治理采用“堆填壓腳”的加固方案。但在實際工程施工中，根據(jù)相關經(jīng)驗對局部邊坡可采用削坡、壓腳、錨固等方法綜合治理，確保在水庫運行期內(nèi)岸坡穩(wěn)定。防治工程應選擇安全可靠、經(jīng)濟合理、施工簡便的成熟技術，便于維護和管理；防治工程應盡可能的美化生態(tài)環(huán)境，與自然景觀相協(xié)調(diào)；防治工程盡可能地考慮利用邊坡巖體自然強度，盡量避免或減輕擾動巖土體，導致局部應力的變化。

［1］ 中華人民共和國行業(yè)標準編寫組.DL／T5353－2006《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》［S］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］ 施召云，張建.兩河口水電站大型傾倒變形體滑坡處理方案研究［J］.云南水力發(fā)電，2012（02）.

［3］ 謝莉，李渝生，曹建軍，劉根亮.瀾滄江某水電站右壩肩巖體傾倒變形的數(shù)值模擬［J］.中國地質(zhì).2009.

TV221.2

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1003－9805（2015）02－0015－03

2014－06－03

劉麗娟（1979－），女，四川彭州人，碩士，高級工程師，從事水工設計工作。