二灘水電站右岸霧化區(qū)高邊坡塌滑治理淺析

吳文勇，楊銀輝，閔四海

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都，610051）

0 引言

二灘水電站位于雅礱江下游，大壩為壩高240 m的混凝土雙曲拱壩。電站首臺機組于1998年8月并網(wǎng)發(fā)電，電站總裝機容量為3 300 MW。電站泄洪方式采用岸邊泄洪隧洞和壩身泄洪孔相結(jié)合，其中，右岸布置了兩條泄洪洞，隧洞斷面尺寸13 m×13.5 m（寬×高，下同），壩身布置了7個表孔（孔口尺寸11 m×11.5 m）、6個中孔（孔口尺寸6 m×5 m），形成了泄流能力基本相近的三種泄洪設施。

圖1 右岸邊坡塌滑部位Fig.1 Collapse on right bank slope

二灘水電站泄量巨大、泄洪落差大，采用表、中孔挑流，空中對撞消能，壩后設置二道壩和有襯砌的水墊塘等一系列消能措施，獲得了較好的消能效果。但由此在壩下游產(chǎn)生了較為復雜的泄洪霧化現(xiàn)象，大壩下游邊坡形成嚴重的霧化降雨區(qū)，霧化及降雨影響區(qū)高程最高約1 215 m。2015年汛期，因泄洪霧化及強降雨影響，大壩下游左右岸工程邊坡開口線以上多處天然邊坡發(fā)生滑塌（見圖1），給電站的防洪度汛和安全生產(chǎn)造成較大的影響。

1 右岸邊坡特征及變形破壞成因分析

1.1 邊坡特征分析

二灘水電站右岸坡體陡峭，坡度可達50°～60°，且斜坡上小型沖溝發(fā)育（見圖2）。邊坡巖性以正長巖（εc）、玄武巖（P2β2、P2β1+23）及火山集塊角礫巖（P2β33）為主，依據(jù)巖體的風化情況分為Ⅳ、Ⅴ類巖體，其物理力學指標建議值見表1。此外，在邊坡開口線以上淺表部分布有覆蓋層，厚度一般約小于0.5 m，為殘坡積碎石土，碎石含量約60%～70%，充填有粉質(zhì)粘土及角礫，其物理力學指標建議值見表2。

圖2 右岸邊坡地形地貌Fig.2 Topography of right bank slope

正長巖、火山角礫集塊巖均具有較強的抗風化能力，但由于谷坡高陡、地應力較高，在長期應力釋放和重力等因素的綜合作用下，谷坡淺層形成一定深度的相對松弛巖帶。邊坡多基巖裸露，全強風化巖體多為碎裂結(jié)構(gòu)，沖溝內(nèi)巖體多為弱風化上部巖體，呈塊狀結(jié)構(gòu)，強風化層厚度一般1～3 m。另外，巖體的松弛為風化作用和地下水活動提供了條件，故形成一套以結(jié)構(gòu)面為基礎、以裂隙或夾層狀風化為特色的風化巖帶，其中正長巖最為典型。

1.2 邊坡變形破壞分析

結(jié)合本次地質(zhì)調(diào)查，將邊坡變形分區(qū)分為變形破壞區(qū)（A區(qū)）、潛在破壞區(qū)（B區(qū)）、工程邊坡區(qū)（C區(qū)）和現(xiàn)狀穩(wěn)定區(qū)（D區(qū)）。

1.2.1 A區(qū)變形破壞分析

A區(qū)主要集中于斜坡開口線以上的沖溝兩側(cè)（見圖3），分布高程為1 131～1 192 m，變形破壞區(qū)面積約1 948 m2。經(jīng)研究分析，A區(qū)的破壞機理主要有兩種：沿基覆界面滑動的覆蓋層滑移失穩(wěn)及強風化基巖內(nèi)的塌滑失穩(wěn)，巖土體主要為塊碎石，變形破壞區(qū)塌滑失穩(wěn)后，碎石土沿坡體上的溝道滑落。

圖3 A區(qū)分布位置Fig.3 Distribution of area A

在降雨及泄洪霧化的影響下，斜坡覆蓋層與基巖的交界面軟化，強度降低，加之斜坡溝道內(nèi)降雨及泄洪霧化的匯水，掏蝕沖刷坡面溝道兩側(cè)的覆蓋層，導致覆蓋層極易沿著軟弱面（基覆界面）產(chǎn)生失穩(wěn)。而同樣在降雨及泄洪霧化的作用下，產(chǎn)生溝道匯水，變形破壞區(qū)坡腳易受沖刷、掏蝕，形成極易塌滑的臨空面。此外，在降雨及泄洪霧化對強風化基巖內(nèi)結(jié)構(gòu)面的軟化作用下，強風化基巖內(nèi)部極易沿不利結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生塌滑失穩(wěn)。

表1 巖體物理力學指標建議值表Table 1 Recommended values of physical and mechanical indexes of rock mass

表2 土體物理力學指標建議值表Table 2 Recommended values of physical and mechanical indexes of soil

1.2.2 B區(qū)變形破壞分析

B區(qū)包括B1、B2兩個亞區(qū)（見圖4），B1區(qū)位于大壩開口線外A區(qū)以上，分布高程約1 131～1 215 m，淺表部主要為強風化基巖，風化深度4～6 m，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在降雨或泄洪霧化而形成的地表徑流作用下，沖溝內(nèi)的水流不斷掏蝕沖溝兩側(cè)的邊坡，極易導致該區(qū)域的覆蓋層及強風化基巖產(chǎn)生局部失穩(wěn)。而B2區(qū)的巖性主要為玄武巖，強風化，淺表部巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，在降雨或泄洪霧化等因素作用下，結(jié)構(gòu)面強度降低，受外應力的作用，極易產(chǎn)生崩塌災害。

圖4 B區(qū)分布位置Fig.4 Distribution of area B

1.2.3 C區(qū)及D區(qū)變形破壞分析

C區(qū)為開口線內(nèi)的工程邊坡區(qū)，受上部失穩(wěn)巖體的影響，存在局部砸毀。D區(qū)為潛在破壞區(qū)以外至霧化影響邊界及治理邊界的部位（見圖5），當前狀況穩(wěn)定，為現(xiàn)狀穩(wěn)定區(qū)，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)霧化及降雨影響邊坡塌滑破壞高程最高約1 215 m。

2 治理方案選擇

2.1 防治原則

因右岸邊坡變形破壞為淺表層的塌滑，治理將結(jié)合原工程邊坡的支護方案，貫徹安全、合理、經(jīng)濟的設計原則，在保證安全和正常使用的前提下，尋求方便施工、對邊坡環(huán)境擾動影響小、最經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式；同時要求確保大部分治理工程在2016年汛前完成，保障2016年安全度汛。

圖5 C區(qū)、D區(qū)及分布位置Fig.5 Distribution of area C and D

2.2 治理方案選擇

受泄洪霧化影響，邊坡處理在汛期來臨前完成，施工時間非常有限。因此，對處理方案的技術合理性、施工的可行性和經(jīng)濟性及施工時間等方面綜合考慮，設計最佳的結(jié)構(gòu)形式與布置方案。

2.2.1 坡面清理

清除塌滑邊坡淺表部松動碎石土及植被，清理前期失穩(wěn)堆積于開口線內(nèi)坡面上的松散碎石土。

2.2.2 噴混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)

A區(qū)及B1區(qū)邊坡高陡，覆蓋層約0.5 m，內(nèi)部巖體有一定的卸荷松弛，裂隙程度不等地充填次生夾泥，但巖體相對完整，未見明顯失穩(wěn)現(xiàn)象。此外，邊坡各級馬道可供施工腳手架支撐平臺，故該區(qū)域采用噴射混凝土、系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)支護方案，支護參數(shù)：噴C20混凝土，厚10 cm；表面鋪掛鋼筋網(wǎng)?6.5，網(wǎng)格間距15 cm×15 cm；?25錨桿，L=4.5 m，?28錨桿，L=6.0 m，間排距2.5 m×2.5 m，交替布置；同時在坡面設排水孔，孔徑?50，L=4 m，仰角5°，間排距4.0 m×4.0 m。

2.2.3 坡面修復

為防止降雨或泄洪霧化的水進入坡體造成不利影響，對原開口線內(nèi)工程邊坡砸毀區(qū)域（C區(qū)）進行坡面修復，結(jié)合原支護參數(shù)，清除砸毀區(qū)域的松散巖土體后，插入坡體?28鋼筋，深0.5 m；掛鋼筋網(wǎng)?6.5，網(wǎng)格間距15 cm×15 cm，噴C20混凝土，厚10 cm。后續(xù)施工過程中，因部分坡面修復范圍內(nèi)有電站建設期設置的錨桿，將插筋間排距調(diào)整為1 m×1 m，局部地形起伏較大的區(qū)域適當加密，間排距不小于0.5 m×0.5 m，其他支護參數(shù)不變。

2.2.4 主動防護網(wǎng)

根據(jù)對B2區(qū)突出山脊現(xiàn)場地質(zhì)條件的復核，B2區(qū)山脊部分坡體以巖體塊裂結(jié)構(gòu)為主，多為全風化巖石，危巖體發(fā)育，穩(wěn)定性主要取決于自身強度，復核后未見整體變形跡象，相對穩(wěn)定。如若失穩(wěn)，將影響下部公路通行，且對水墊塘構(gòu)成危險?？紤]到工期緊，邊坡陡直，對該區(qū)域施工采用規(guī)格4.0 m×4.0 m、型號FSS-JG-300的主動防護網(wǎng)，主動網(wǎng)適用范圍廣、工期短、擾動小，能較好適應邊坡各種坡面形勢，防護效率較高。

2.2.5 被動防護網(wǎng)

根據(jù)坡面清理揭露的地質(zhì)條件，部分坡段覆蓋層薄，清理后基巖裸露、巖體完整性較好，地表多灌木，植被較好，但坡體局部發(fā)育，存在少量松散巖體，清理難度大，且對水墊塘及下部邊坡的安全運行存在安全隱患。因此對B1區(qū)支護范圍后緣及D區(qū)、水墊塘上方支護范圍外側(cè)部分坡段，分別增設1號、2號被動防護網(wǎng)各一道，被動防護網(wǎng)采用能攔截500 kJ落石的FSS-PD-500型被動防護網(wǎng)，1號被動防護網(wǎng)高度7.0 m，2號被動防護網(wǎng)高度3.0 m。

2.2.6 坡面排水

為有效防止降雨及泄洪霧化作用下，斜坡上的沖溝形成較大的地表徑流，對邊坡沖溝造成大沖刷，利用排水、截流方法使水不進入邊坡巖體內(nèi)，以防塌滑體抗滑力下降。在邊坡處理范圍后緣設置一道截水溝，截水溝出口接入上部公路排水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)采用M10漿砌石襯砌，襯砌厚度30 cm，砂漿抹面2 cm。

3 泄洪霧化對比分析

工程施工前，根據(jù)《二灘水電站高雙曲拱壩泄洪霧化原型觀測報告》，參考距離本次工程區(qū)較近的右岸1 100.38 m馬道觀測數(shù)據(jù)，右岸1 100.38 m馬道最大雨強在2～6號表孔和3～5號中孔聯(lián)合泄洪時出現(xiàn)，可達到500 mm/h。工程區(qū)分布在這個高程以上，雨強在工程區(qū)會有一定程度減小。霧化對工程邊坡外的天然邊坡淺表層的穩(wěn)定有較大程度的影響，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，霧化及降雨影響邊坡塌滑破壞高程最高約1 215 m。

而施工后，泄洪霧化區(qū)域無明顯變化，霧化及降雨影響高度仍可達1 215 m。

4 結(jié)語

二灘水電站右岸下游邊坡變形區(qū)經(jīng)處理后，邊坡基本穩(wěn)定，并經(jīng)2016年、2017年汛期暴雨及泄洪霧化檢驗，未發(fā)生坍塌、滑坡或其他異常現(xiàn)象，處理效果良好。從處理結(jié)果看，處理方案充分結(jié)合地質(zhì)條件，將施工干擾減到了最小程度，同時又確保在短時間內(nèi)完成，滿足大壩防洪度汛要求，對類似運行期電站霧化邊坡塌滑變形處理具有一定的借鑒參考作用。