牙根二級水電站1#松動拉裂體治理方案研究

商開衛， 馬 耀

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072)

1 工程概述

牙根二級水電站位于四川省甘孜藏族自治州雅江縣境內，為雅礱江兩河口～卡拉河段梯級開發的第三級。水庫正常蓄水位高程2560m，大壩為混凝土重力壩，最大壩高130m，設計水頭77 m，引用流量1465m3/s，總裝機容量為990MW，多年平均年發電量為45．09億kW·h。

牙根二級水電站壩前右岸存在的1#松動拉裂體距大壩軸線約870m(松動拉裂體與壩軸線的位置關系見圖1)，沿河流方向延伸約710m，方量約800萬m3，分布在高程2460～2710m之間，其地表后緣高程自上游至下游呈弧形變化。該松動拉裂體呈現出顯著的強卸荷特征，巖體內各方向結構面均松弛張開，不僅順河向中、緩傾角結構面普遍松動拉裂，而且橫河向結構面也明顯松動拉裂;巖體內可見新生呈鋸齒狀或不規則狀拉裂撕裂現象。

圖1 1#松動拉裂體與壩軸線相對位置關系圖

由于1#松動拉裂體距離壩軸線較近，體型巨大且安全裕度不大，若該松動拉裂體發生失穩破壞，將會對大壩的正常運行產生重大影響，因此，必須采取系統的邊坡加固措施來保證該拉裂體的穩定。

近年來，混凝土置換洞在很多大型邊坡治理工程中被多次采用，如錦屏I級、大崗山等水電站的壩肩邊坡均采用這種結構進行處理并取得了良好的治理效果。由于1#松動拉裂體為強卸荷巖體、埋藏較深且體型巨大，單純采用削坡減載或錨索支護的邊坡處理措施既不經濟，也給現場的施工增加了難度。通過借鑒混凝土置換洞在上述工程中取得的成功經驗，筆者借助三維剛體極限平衡方法，詳細對比了混凝土置換洞、削坡減載、錨索支護三種不同治理措施對該松動拉裂體的治理效果，最終研究出一套以混凝土置換洞為主，以削坡減載和錨索支護為輔的綜合治理措施。該方案既減少了工程投資，又降低了邊坡治理的施工難度。

2 天然邊坡的穩定性分析

圖2 1#松動拉裂體在邊坡上的位置示意圖

筆者采用三維邊坡穩定分析可視化軟件Slope3D［1］，并采用 Spencer方法分析了 1#松動拉裂體天然邊坡的穩定性。1#松動拉裂體的空間位置和滑裂面的空間展布圖形見圖2、3。其計算參數和計算結果見表1、2。

圖3 1#松動拉裂體滑裂面構成示意圖

表1 計算參數表

表2 1#松動拉裂體安全系數表

表2的計算成果表明:蓄水后，1#松動拉裂體的安全系數均低于規范所允許的最小安全系數，因此，為了保證電站的安全運行，需對松動拉裂體采取必要的治理措施。

3 治理措施的擬定

為驗證混凝土置換洞、削坡減載、錨索支護三種加固方式對1#松動拉裂體的加固效果，以便為加固處理方案的比選提供依據，擬定了以下四種方案:

方案一:混凝土置換洞+預應力錨索加固措施方案二:混凝土置換洞+削坡減載加固措施方案三:預應力錨索+削坡減載加固措施

方案四:混凝土置換洞+預應力錨索+削坡減載加固措施。

該方案的典型剖面見圖4，混凝土置換洞加固立視圖見圖5。

基于以上四種方案，松動拉裂體在各種計算工況下的邊坡安全系數見表3。

圖4 典型剖面圖

圖5 混凝土置換洞立視圖

表3 1#松動拉裂體安全系數表

計算結果表明:采用方案三，松動拉裂體在蓄水狀況下的持久工況、地震工況安全系數均低于規范所允許的最小安全系數，說明僅采用錨索加固和削坡減載的處理方式不能保證松動拉裂體在電站正常運行期的安全需要。

此外，通過比較方案一、方案二、方案三與方案四的加固效果可以得出:采取削坡減載的方案，松動拉裂體的安全系數提高約0．17;采取錨索支護的方案，其安全系數提高約0．03;采取混凝土置換洞的方案，其安全系數提高0．78。說明采用混凝土置換洞的加固效果最好，采用削坡減載和錨索支護的加固措施對該松動拉裂體的加固效果則相對較差。

4 最終治理措施的確定

對比四種初擬治理措施的加固效果，采用方案四的加固效果最好，但其安全系數裕度較大。為降低工程投資，在保證邊坡安全系數滿足規范要求的前提下，在方案四的基礎上確定了該松動拉裂體最終的治理方案，方案的制定堅持以下原則:

(1)深層加固采用混凝土置換洞的加固方案，以保證拉裂體的整體穩定。

(2)淺表層加固采用削坡減載和錨索支護的加固方案，以保證拉裂體的局部穩定。

(3)對混凝土置換洞的位置和長度進行優化調整。

(4)盡量減少對松動拉裂體的石方開挖，以清除表面覆蓋層為主。

(5)對錨索的長度以及噸位進行了調整，使錨索在施工可行的條件下全部穿過滑帶，以充分發揮錨索的加固作用。

最終確定的治理方案的典型剖面見圖6，混凝土置換洞加固立視圖見圖7。采用該方案松動拉裂體的安全系數見表4。

圖6 最終治理方案典型剖面圖

表4 1#松動拉裂體穩定性系數表

圖7 最終治理方案混凝土置換洞立視圖

計算結果表明:相對于治理前天然邊坡的穩定性，采取該治理方案后，拉裂體的穩定性系數有明顯地提高，在天然狀況下，正常工況和地震工況提高約0．38，暴雨工況提高約0．34;在蓄水狀況下，拉裂體的穩定性系數提高約0．27。相比于初擬的方案四，采用該治理方案，松動體的安全系數裕度明顯降低，但在各計算工況下，其安全系數均能滿足施工期和運行期的穩定性要求。

相比于方案四，該治理方案的土石方開挖量顯著減少，其中土石方明挖量減少48%(石方明挖量減少90%);由于對混凝土置換洞的位置和長度進行了調整，取消了高高程的混凝土置換洞，從而使得洞室的石方開挖量減少26%。

5 結語

1#松動拉裂體“高陡低緩”的走勢賦予了混凝土置換洞在該拉裂體治理過程中的顯著優勢。以混凝土置換洞、削坡加載和錨索支護的聯合治理措施可以有效地提高拉裂體深層和淺表層的抗滑穩定性。同時，在滿足規范允許的范圍內，對加固方案進行了必要的優化，可以顯著降低工程的投資。另外，采用該綜合治理方案，可以大量減少削坡工程量，降低人工開挖邊坡可能帶來的附加穩定性問題，為施工布置提供了有利條件。

［1］ 姜清輝，王笑海，豐定祥，馮樹仁．三維邊坡穩定性極限平衡分析系統軟件SLOPE3D的設計及應用［J］．巖石力學與工程學報，2003，22(7):1021-1025．

［2］ 水電水利工程邊坡設計規范，DL/T5353-2006［S］．