官地水電站左岸纜機(jī)平臺(tái)邊坡開挖及支護(hù)措施研究

王達(dá)會(huì)，彭文明，張連明

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

官地水電站是雅礱江卡拉至江口河段水電規(guī)劃五級(jí)開發(fā)方式的第三個(gè)梯級(jí)電站。工程樞紐區(qū)位于四川省涼山彝族自治州西昌市與鹽源縣交界處的打羅村境內(nèi)。電站主要任務(wù)是發(fā)電，水庫正常蓄水位高程1 330 m，水庫回水長58 km，總庫容為7.6億m3，裝機(jī)容量2 400 MW。大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 334 m，壩頂長516 m，最大壩高168 m。

左岸纜機(jī)平臺(tái)邊坡(高程1 523～1 334 m)與下部壩肩槽邊坡(高程1 334～1 220 m)共同形成左岸壩肩邊坡，邊坡總高度達(dá)300多m，為官地水電站最大的開挖邊坡。

2 工程地質(zhì)條件

官地工程樞紐區(qū)屬高山峽谷地形，河谷呈基本對稱的“V”型，臨江坡高大于700 m。谷坡較陡峻，左岸1 334 m高程以上地形坡度為40°～50°，局部段達(dá)50°～55°，邊坡巖體巖性為角礫集塊熔巖，表層巖體多為強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷，巖體完整性較差，多為碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙發(fā)育。邊坡1 490 m高程以上以覆蓋層邊坡為主，邊坡表層為崩坡積塊碎石土夾孤石，下層土為塊碎礫石土。開挖過程中，在基覆界線部位揭露傾向下游坡外、厚10～20 cm、遇水軟化的含礫粘土層，邊坡下游側(cè)開口線外分布覆蓋層滑坡體，高程范圍約為1 650～1 440 m，滑坡體組成物質(zhì)由上至下分別為崩坡積堆積的大孤石、含孤石塊碎石土及坡殘積碎礫石土等。邊坡部分地段陡崖分布，下游開挖線附近高程1 380～1 460 m范圍內(nèi)發(fā)育兩處陡崖，陡崖卸荷強(qiáng)烈，卸荷裂隙寬度較大，部分地段卸荷裂隙寬度可達(dá)數(shù)十厘米，巖體松散，部分基巖已被切割成獨(dú)立的巖塊。

圖1 邊坡弧形開挖調(diào)整優(yōu)化平面圖

3 邊坡開挖設(shè)計(jì)

綜合分析左岸開挖邊坡地質(zhì)條件、巖體及結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性等，對邊坡高程1 490 m以上覆蓋層開挖坡比采用1∶1，下部的巖質(zhì)邊坡開挖坡比采用1∶0.5。根據(jù)壩肩邊坡整體開挖方式，左岸纜機(jī)平臺(tái)邊坡由傾向山里和下游側(cè)兩個(gè)開挖面組成，開挖平面總體呈“7”字型。由于高程1 406 m纜機(jī)機(jī)房平臺(tái)尺寸較大，平面尺寸為28 m×40 m(垂直河向×順河向)，按照常規(guī)開挖設(shè)計(jì)，邊坡開挖開口線高程約為1 550 m，且嚴(yán)重影響邊坡高程1 490 m以上的覆蓋層滑坡體和塊石堆的穩(wěn)定。為減小開挖高度，避免影響邊坡開口線上方的塊石堆，對“7”字型開挖邊坡拐角處采用67°弧形開挖方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)(圖1)，邊坡開挖高度減少約30 m，減少開挖量約1.5萬m3。

4 邊坡覆蓋層滑坡體穩(wěn)定性分析

根據(jù)揭露的地質(zhì)條件，邊坡高程1 490 m以上及下游側(cè)分布有較大的覆蓋層滑坡體。滑坡體基覆分界線處滑帶厚度為10～20 cm，充填遇水軟化的含礫粘土層，呈可塑～硬塑狀態(tài)，對滑坡體邊坡穩(wěn)定極為不利。采用巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法[1]、[2](使用陳祖煜 EMU 軟件)對滑坡體典型地質(zhì)剖面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算參數(shù)見表1。計(jì)算工況為天然、暴雨和地震工況。該邊坡屬于泄洪消能區(qū)，邊坡級(jí)別為2級(jí)，抗震設(shè)防為丙級(jí)，地震峰值加速度采用0.172 g。

計(jì)算結(jié)果表明:最大開挖剖面沿滑帶滑移地震工況安全系數(shù)較低，需采用6排1 000 kN錨索和7排1 500 kN錨索聯(lián)合支護(hù)，才能滿足規(guī)范穩(wěn)定要求(圖2);而邊坡下游側(cè)滑坡體覆蓋層更深、沿高程方向跨度更大，需采用13排1 000 kN錨索和7排1 500 kN錨索聯(lián)合支護(hù)，才能滿足規(guī)范要求(圖3)。計(jì)算成果見表2。

圖2 最大開挖剖面沿滑帶滑移通道計(jì)算示意圖

表1 滑坡體計(jì)算參數(shù)

5 邊坡支護(hù)處理措施研究

5.1 邊坡支護(hù)的整體思路

圖3 下游側(cè)滑坡體剖面沿滑帶滑移通道計(jì)算示意圖

設(shè)置錨桿、錨桿束以及掛網(wǎng)(φ8@20 cm)噴15 cm厚C20混凝土護(hù)面，進(jìn)行淺表支護(hù)，預(yù)應(yīng)力錨索及錨索梁深層支護(hù)設(shè)置φ 10 cm塑料盲溝排水管(L=5 m，間、排距為3 m)、對坡面周邊排水溝進(jìn)行防滲排水處理，在開口線周圍布置柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)以保證施工安全等。

淺層支護(hù)采用普通水泥砂漿錨桿(φ32、L=9 m 或 φ25、L=4 m)和錨桿束(3φ25、L=12 m)交錯(cuò)布置，間、排距2.5 m;深層支護(hù)巖質(zhì)邊坡 采 用2 200 kN預(yù)應(yīng)力錨索，覆蓋層邊坡采用1 500 kN和1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，間、排距均為5 m，錨索長度為30～75 m，共采用錨索527束。邊坡錨索區(qū)布置框格梁，框格梁截面尺寸巖質(zhì)邊坡為60 cm×60 cm(寬×高)，覆蓋層邊坡為80 cm×60 cm(寬 ×高)。

5.2 局部支護(hù)處理

(1)陡崖支護(hù)。

纜機(jī)平臺(tái)高程1 389 m開口線下游側(cè)為一陡崖，寬度約20 m，高度約30 m，巖體以弱風(fēng)化為主，強(qiáng)卸荷。陡崖下方為碎礫石土，厚度較小。據(jù)附近開挖出的邊坡物質(zhì)可知，該范圍碎石土覆蓋層厚度一般為2～5 m，紅褐色，松散～稍密狀，據(jù)揭示情況估計(jì)，塊碎石含量一般為50% ～60%左右。根據(jù)開挖資料可以確定基巖下部發(fā)育不利結(jié)構(gòu)面，一旦擾動(dòng)其下部覆蓋層，則可能破壞其平衡，進(jìn)而影響陡崖上方覆蓋層邊坡的穩(wěn)定。

結(jié)合現(xiàn)場情況，對該陡崖及其周邊范圍邊坡采取的局部加強(qiáng)支護(hù)措施如下:

①為避免擾動(dòng)陡崖下部發(fā)育的不利結(jié)構(gòu)面，該處開挖按不擾動(dòng)陡崖的原則往邊坡內(nèi)調(diào)整開口線。陡崖附近邊坡開挖完應(yīng)及時(shí)支護(hù)，待完成陡崖加強(qiáng)支護(hù)措施后才能對其下方邊坡進(jìn)行開挖。

表2 滑坡體穩(wěn)定計(jì)算成果表

②對陡崖進(jìn)行加固，在其下部布置3排2 200 kN預(yù)應(yīng)力錨索，每排3束，間、排距5 m，以穿過陡崖并滿足錨固長度為原則設(shè)定錨索長度。在陡崖上方孤石位置布置2束1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索，長70 m。

③對于陡崖上游側(cè)局部懸空的孤石，在其下部回填混凝土形成混凝土基礎(chǔ)，混凝土基礎(chǔ)與基巖之間布置φ25插筋，插筋采用梅花型布置，間、排距為1.5 m，長3 m，入巖2 m。

④在陡崖上方采用排水溝的形式將坡面雨水排向下游，對陡崖周邊裂縫采用噴混凝土進(jìn)行封閉，以防止邊坡雨水下滲。

(2)塊石堆邊坡支護(hù)。

纜機(jī)平臺(tái)邊坡下游側(cè)開口線外的山坡主要為孤石及塊碎石土(高程1 425～1 495 m范圍)，坡體結(jié)構(gòu)松散，孤塊石較多，容易產(chǎn)生滾石。該山坡位于壩肩下游側(cè)低高程開挖邊坡的上方，亦在消力池的上方。為保證大壩及消力池澆筑和運(yùn)行期安全，對塊石堆邊坡采取的加強(qiáng)支護(hù)措施為:對塊石堆邊坡采用主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行坡面防護(hù)。布設(shè)主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)之前，對坡面進(jìn)行清坡處理，清除坡面表層的松散孤塊石，對凸出較多且基座埋深較淺的孤石應(yīng)采用靜態(tài)爆破方式進(jìn)行削頭或解爆等進(jìn)行處理，解爆時(shí)應(yīng)控制裝藥量，盡量減少對孤石基座和邊坡整體的擾動(dòng)。

5.3 觀測成果淺析

(1)主要監(jiān)測點(diǎn)的布置。

①變形監(jiān)測:23個(gè)外觀測點(diǎn)(包括后滑坡體5個(gè)變形觀測點(diǎn))，四點(diǎn)式位移計(jì)10套。

②滲流監(jiān)測:17支滲壓計(jì)。

③應(yīng)力監(jiān)測:錨索測力計(jì)43臺(tái)，兩點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)27套，測斜孔17個(gè)(包括后滑坡體3個(gè)測斜孔);另外，在該部位錨固洞(纜機(jī)固定端)內(nèi)設(shè)計(jì)布置了鋼筋計(jì)14支。

(2)施工期觀測成果淺析。

①變形分析

針對邊坡淺層變形監(jiān)測，外部變形在觀測初期(前半年)，X、Y、H三向位移不斷增加，最大值分別為33 mm、23 mm、70 mm，但半年后變形趨于收斂，走勢近直線。目前各測點(diǎn)位移量隨時(shí)間增加較小，變形區(qū)域已收斂，基本穩(wěn)定。多點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)部位坡體位移變形深度主要集中在4 m至孔口段淺表層坡體，再往深層區(qū)域變化較小(圖4)。測斜孔觀測結(jié)果顯示，觀測部位巖體深部無明顯滑移界面，整體穩(wěn)定。

圖4 典型多點(diǎn)位移計(jì)變形時(shí)程線圖

②應(yīng)力分析。

錨桿應(yīng)力計(jì)測點(diǎn)部位坡體應(yīng)力除局部一套應(yīng)力還在繼續(xù)增長外，其余的錨桿作為一種內(nèi)部加強(qiáng)方式與巖體共同作用，受很小的拉、壓應(yīng)力，且均在正常范圍內(nèi)變化。錨索測力計(jì)測點(diǎn)部位坡體支護(hù)應(yīng)力目前的受力是穩(wěn)定的。鋼筋計(jì)測點(diǎn)部位坡體最大拉(壓)應(yīng)力均未超過其一般正常范圍，目前應(yīng)力呈收斂之趨勢，錨固端應(yīng)力穩(wěn)定。

③滲流滲壓分析。

從滲壓計(jì)的整體觀測成果看，監(jiān)測部位地下水位較低，基本沒有測到地下水位。

6 結(jié)語

筆者根據(jù)官地水電站左岸纜機(jī)平臺(tái)邊坡地質(zhì)條件，采用極限平衡邊坡穩(wěn)定分析方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，掌握了邊坡穩(wěn)定情況。采用錨桿、錨桿束淺層支護(hù)和錨索深層支護(hù)對邊坡進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)處理后，邊坡整體穩(wěn)定。通過對邊坡局部部位的陡崖和石堆采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)處理措施，避免了施工干擾造成的安全隱患。

根據(jù)邊坡的特殊情況，采取弧形開挖設(shè)計(jì)，有效地避免了對邊坡上方堆石滑坡體的影響并減少開挖量，對解決類似工程問題可提供參考。

[1]潘家錚.建筑物的抗滑穩(wěn)定和滑坡分析[M].北京:水利出版社，1980.

[2]鄭穎人，陳祖煜，等.邊坡與滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2009.