溪洛渡水電站5號公路外側覆蓋層邊坡變形與工程處理

安亞梅，肖 強，鄭 維

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 工程概況

溪洛渡水電站位于金沙江峽谷地段，谷坡陡峻，臨江坡高430～300m。兩岸山體陡峻雄厚，兩岸谷坡主要由二疊系上統峨眉山玄武巖(P2β)組成，谷肩高程680～860m以上為第四紀堆積緩坡平臺，地形寬闊平緩，緩傾下游。兩岸谷肩堆積體上布置有場內施工道路。左岸谷肩堆積體上有5號公路，前緣布置4m寬施工便道。

2 古滑坡體的穩定條件

2.1 分布范圍

左岸谷肩上部平臺堆積著一套自中更新世以來

先后形成的古滑坡體、冰水堆積、洪積和崩坡積(見圖1)。左岸象鼻子溝和楊家溝兩條較大的沖溝橫切其間。青杠堡區上起象鼻子溝下游分支附近，下至楊家溝，順河長950m，橫河寬900m，厚11.6～170.15m，平面面積為81萬m2，體積約6 480萬m3，其中近90%為滑坡體，前緣滑體上部有少量洪積物分布，后緣坡腳為崩坡積層。5號公路外側邊坡位于青杠堡區的古滑坡體堆積體前緣，以洪積堆積為主的次級古滑坡體上。

2.2 地質結構

古滑坡體(delQ23)：滑體厚8.51～163.4m，體積5 700萬m3，主要由飛仙關組地層組成，前、后緣分別為宣威組和銅街子組地層，切割地層厚約423m。滑動塊體基本保持了原始地層順序，中后部解體較弱，具明顯的轉動特征，滑體擠壓錯動明顯。在中部獅子堡和黃桷堡一帶出現由剪張裂隙發育而成的次級滑面，形成青杠堡(825m)-獅子堡、黃桷堡(712～752m)-楊家老房子(675m)三級縱向解體平臺，解體縫大致呈S50°E方向展布。滑體前緣宣威組鐵錳質粉細砂巖塊碎石部分堆積于玄武巖第13層基巖平臺上，破碎強烈，部分已拋至金沙江。

圖1 左岸谷肩上部第四系堆積體示意

主滑面大部分沿宣威組底部鋁土質粘土巖、粉細砂巖發育而成。前緣部分沿玄武巖頂部剪出，出口高程629.12～693.96m，與下伏巖層面近于一致，緩傾山內(2°)和下游(2°～4°)。

2.3 成因機制

堆積區底部的古滑坡體，其底滑面均沿宣威組下部鋁土質頁巖和粉細砂巖發育，該巖層性狀軟弱，于金沙江寬谷期末至峽谷期之間，隨著河谷下切，由上游向下游逐漸出露地表。在上覆巨厚的三疊系砂頁巖、石灰巖層重力作用下，在飽水狀態和剪應力集中條件下極易產生塑流變形與剪切滑移。后緣拉裂陡傾坡外，主要沿N30°～50°W/SW∠65°～80°的陡裂隙發育。中部弧形滑面是經剪斷宣威組中、上段和飛仙關組部分巖體發育而成。因此,區內滑坡是在重力蠕變過程中,經前緣滑移、后緣拉裂、中部剪斷下滑形成的。各滑坡主滑方向均斜交金沙江，向下游呈S6°～14°W方向下滑。

青杠堡滑坡后壁形態及滑坡地貌保留較完整，據主滑帶物質熱釋光測齡結果，距今27.4±1.37萬年，形成于中更新世末期(Q23)。

2.4 穩定性評價

(1)整體穩定性。區內各堆積體現狀整體是穩定的，主要依據有：堆積體坡面平緩，總體坡度10°～20°；現殘存的底滑面長550～900m，以2°～6°緩傾山內，下滑分力亦緩傾山內；滑體內地下水位較低，滑帶物質結合緊密，性狀較好，下伏宣威組地層新鮮完整；滑坡形成后，經歷了后期洪坡積等改造，上覆大量第四系堆積，長期以來未出現整體復活跡象，后緣地表無變形及錯落臺坎等。

(2) 青杠堡滑坡穩定性計算。對青杠堡滑坡整體、獅子堡-黃桷堡縱向解體滑坡和前緣洪積物變形體等，在天然及地震力作用兩種狀態下的穩定性作了初步計算與評價。采用極限平衡條分法，考慮地下水，計算剖面見圖2，建議指標及計算結果見表1、2。結果表明：青杠堡滑坡整體在現狀和疊加水平地震力時均將穩定；前緣洪積物變形體現狀處于臨界狀態，疊加地震力后可能失穩。

圖2 青杠堡滑坡主滑方向穩定性計算剖面

代表部位計算建議值天然容重凝聚力內摩擦角γω/kN·m-3C/MPaΦ/(°)青杠堡古滑坡整體23.50.03～0.0522～24前緣洪積物21.40.02～0.0418～20

表2 青杠堡滑坡穩定性計算結果

(3)局部穩定性。青杠堡區前緣伍家溝至老田壩一帶洪積物分布區(即現在的5號公路外側坡一帶)，有牽引式變形跡象，面積約4.5萬m2，平均厚小于10m，總方量約35萬m3。變形體以下伏第14層玄武巖陡坎為后緣邊界，主要發育于淺層洪積層內，未涉及底部古滑坡殘體。淺層變形主要表現為雨季地表出現小規模的弧形拉裂縫、錯臺和小凹地，前緣有部分樹木傾倒和少量土石下滑等。其原因主要與降雨、引水灌溉引起的大量地表水入滲有關。

3 工程開挖的變形破壞情況

3.1 變形特征

5號公路位于洪積物的后緣，在洪積物的前緣坡體部位開挖施工通道，中部斜坡部位有順坡排水溝渠和綠化苗圃。

2005年9月發現5號公路K2+270～K2+300m段外側路基發生沉陷變形。變形帶沿江方向長約300m(對應的5號公路樁號為K2+050～K2+350m)，最大寬度約100m，基本上遍布整個覆蓋層坡面。拉裂縫最大寬度約100cm，下沉高度約20cm，初步估計變形體的體積達30萬m3。距5號公路最近的裂縫位于外側路堤部位，由于該條裂縫變形較大，造成將近半幅公路路面懸空。5號公路外側土體拉裂時，曾用塊碎石對拉裂縫進行了回填。

2006年1月土體削坡完畢，擋墻壓坡腳已開挖，邊坡變形加劇，拉裂縫遍及5號公路外側至一級馬道，2月16日變形量達150mm/d(見表3)，并有地下水滲出，個別從土錨桿孔滲出(土錨桿高出坡面20cm)。

表3 簡易觀測變形量

沖溝兩側地形大致具有以下特征：上部為高程700m的平臺，下部為高程670m左右的緩坡臺地，中間為30°～50°的斜坡。

(1)上部平臺。上部平臺主要為洪積碎石土，底部為宣威組滑坡堆積，覆蓋層厚度約20～25m，下伏基巖為14層玄武巖。

裂縫基本遍布5號公路以外的平臺上，近似平行展布，密集部位間距僅30～50cm。變形體邊界部位的裂縫具有明顯的張開及下錯位移，變形體內部的裂縫規模(張開寬度和下錯高度)則相對較小，一般為3～5cm。

坡體的變形導致了5號公路外側路堤發生沉陷(見表1)，造成半幅路線懸空，直接影響到5號公路的正常使用，對左岸谷肩堆積體、纜機平臺、壩肩、泄洪洞等工程施工造成一定程度影響。

(2)中間斜坡。斜坡土體為洪積碎石土，下伏基巖面起伏大，為14層玄武巖前緣，部分為13層玄武巖。

坡面上張裂縫主要分布于沖溝兩側以及坡體的上部，其它部位較少，但規模較小，張開寬度和下錯高度一般為3～5cm，局部分布有反坡臺階，高度約10cm；沖溝內的排水渠墻體已發生拉開，約30～50cm。

(3)下部緩坡。緩坡土體為洪積碎石土，厚度約20m，下伏基巖為13層玄武巖。

為進行13層陡壁削坡在覆蓋層坡腳部位開挖出一條施工通道，從而對覆蓋層邊坡造成了切腳。根據開挖面揭示的地質情況，可分為三段：象鼻子溝至沖溝上游約50m地形較緩，開挖土體邊坡高度較小，無地下水滲出，未見變形跡象；中部沖溝附近，緩坡上修建的排水渠多處見拉裂變形；沖溝以下至楊家溝段，前緣開挖邊坡土體粘性強、地下水較豐富，普遍滲水，局部呈股狀，土體含水量大，局部土體呈流塑狀，邊坡普遍滑塌。

3.2 變形機制分析

土體邊坡變形原因主要為：

(1)5號公路K2+270處為沖溝，外側土體部分為回填土，增加了邊坡頂部的重量，破壞了原有邊坡的天然平衡。

(2)13層玄武巖頂部施工便道開挖，導致覆蓋層坡體前緣較大范圍的緩坡平臺被挖除，形成高度5～10m(局部高度超過10m)、坡角近40°的覆蓋層邊坡。作為整個覆蓋層邊坡的坡腳部位，也是為整個邊坡穩定提供抗力的抗力體被(部分)挖除，為邊坡變形提供了臨空條件。

(3)苗圃的灌溉對下游側坡體變形產生不利的影響，土體中粘粒含量高，含水量飽和，土體的力學參數降低，13層玄武巖頂部施工便道開挖后，覆蓋層開挖邊坡底部出現明顯的浸水條帶，部分段有地下水成片外滲，致使邊坡的穩定性變差。

綜上，該邊坡變形機制為：因施工開挖坡腳引起的淺層土體蠕滑—拉裂式變形，地下水造成坡體軟化進一步加劇了變形的發展。

4 工程處理措施

根據土體結構及變形特征，2006年10月對變形邊坡提出了如下綜合處理措施：

(1) 削坡減載：對坡體進行適當削坡，開挖坡比1∶1.5～1∶2.5，根據現場地形和土體特征分段分部位進行；

(2)坡面防護：覆蓋層開挖邊坡均采用鋼筋混凝土網格梁護坡，網格間培土植草。1-1剖面至4-4剖面之間坡面上設置土錨桿(土錨桿直徑為Φ48鋼管，長6.0m，間、排距為1.2m)；

(3)擋墻壓坡腳：坡腳作重力式擋墻，并用石碴回填或鋼筋石籠壓坡；

(4)鋼管樁處理5號公路路基：鑒于5號公路的重要性，在5號公路沖溝附近約90m長的路基外側約2～3m采用鋼管樁對路堤邊坡進行加固處理。

(5)為保證整個覆蓋層邊坡的穩定，將1-1剖面至4-4剖面的土錨桿施工范圍增大，即新增設土錨桿的范圍：1-1剖面向上游延伸20m，高程范圍：邊坡開口線至13層平臺； 4-4剖面向下游延伸50m，高程范圍：邊坡開口線向下15m(見圖3～5)。

圖3 1-1剖面示意

圖4 3-3剖面示意

圖5 4-4剖面示意

通過削坡減載、坡面防護、前緣坡腳擋墻壓腳、變形嚴重部位鋼管樁加固和坡體排水等處理后，5號公路路基和外測邊坡逐漸趨于穩定。到目前為止，邊坡再未出現變形破壞跡象， 5號公路運行正常，確保了溪洛渡工程的順利進行。