某水電站壩址兩岸崩坡積體工程問題分析及處理措施

王飛龍

(江西省水利水電建設有限公司，江西 南昌 330025)

1 工程及地質概況

某水電站壩址樞紐由攔河壩、1#、2#表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔泄洪洞、發電引水系統、電站廠房、生態基流引水洞及其廠房等主要建筑物組成，工程總庫容22.51億m3，最大壩高164.3 m。根據地形地層及構造特征，庫區處于中山區“V”形峽谷段，兩岸大部分基巖裸露，巖石以灰巖、砂巖、砂礫巖等硬質巖為主，呈中、厚層狀，巖層走向與河谷斜交，自然坡度40°～70°，局部80°～90°。根據地表調查，壩址兩岸坡腳及大沖溝底分布有規模不等的崩坡積及沖洪積物，施工中因施工及外部條件干擾可能導致邊坡失穩而影響大壩、相鄰溢洪道及泄洪隧洞結構安全，也可能因壩址兩岸產生滑坡而導致建筑物破壞，進行影響工程質量。為防止施工中安全隱患及工程事故發生，本文將通過地質勘查和物理力學試驗進一步了解崩坡積及沖洪積物物理力學特性及對壩址兩岸建筑物影響情況，并提出相應的工程措施。

2 壩址崩坡積物物理力學性質

根據地質勘查，壩址兩岸坡腳及大沖溝底分布有規模不等的崩坡積體，范圍較大的有二塊(BPT1、BPT2)，崩坡積體BPT1分布于右岸坡下游與3#沖溝交匯部位，據鉆孔揭露，最大厚度42.8 m左右；崩坡積體BPT2分布于壩軸線附近坡腳處，厚度7 m～23 m。呈扇狀分布，估算總方量約130萬m3。在壩軸線兩岸坡腳及左岸隧洞出口等均有崩坡積物塊碎石層分布，崩坡積體BPT1、BPT2分布位置見圖1、圖2，由勘探成果繪制典型地質剖面見圖3。

圖1 右岸崩坡積體分布位置立體圖

圖2 右岸崩坡積體分布位置

對崩坡積體物工程特性進行了初步查明，共完成鉆孔8個，探槽10個，各類土工試驗10組，大型壓縮試驗6組。據鉆孔揭露，右岸崩坡積體最大厚度42.8 m，估算總方量約130萬m3。表部探槽取樣，試驗成果見表1、表2，大型壓縮試驗e-p曲線見圖4。

表1 壩址區崩坡積物顆粒大小分析試驗成果匯總表

表2 壩址區崩坡積物物理力學性試驗成果匯總表

圖4 壩址崩坡積物大型壓縮試驗e-P關系曲線

BPT1、BPT2崩坡積體主要由含土塊碎石組成，局部含孤石，以棱角或次棱角狀為主，碎塊石巖性以灰巖、白云質灰巖為主，肉眼可見局部有架空結構。由試驗成果表1和表2可知[1-2]，直徑≥5 mm顆粒含量在51%～90%之間，不均勻系數Cu=9.7～708.3，曲率系數Cc=2.8～58，顆粒級配不良，干密度為2.01 g/cm3～2.14 g/cm3，飽和狀態下抗剪強度為：φ=37°～38°，咬合力c=25 kPa～30 kPa，滲透系數k=1.1×10-3cm/s～6.8×10-3cm/s，屬中等透水土層。

由試驗成果表3可知，崩坡積含土塊碎石在1200 kPa壓力下的壓縮系數平均值0.024 MPa-1，壓縮模量平均值55.66 MPa，表明該土層具較高的強度和低壓縮性[3]，據鉆孔波速測試成果表3，崩坡積體地表以下11 m～15 m范圍內縱波波速為556 m/s～878 m/s，剪切波速140 m/s～342 m/s；15 m以下為1150 m/s～1300 m/s，剪切波速340 m/s～504 m/s。

表3 右岸崩坡積物鉆孔波速測試成果匯總表

據鉆孔重力觸探成果表4，其4 m以下擊數多在12～30擊之間，變化較大，其結構多為松散～中密狀態，個別呈密實狀態，表現出其結構極為不均一性。

表4 崩坡積體鉆孔圓錐超重型動力觸探試驗成果匯總表

目前勘探試驗成果分析表明，該崩坡積體有作為壩體基礎利用的可能，但考慮到崩坡積物分布不均勻，局部具架空結構層，且試驗取樣主要在淺表層。由試驗成果結合經驗類比[4]，提出壩址區崩坡積層物理力學地質建議值見表5。

表5 壩址區崩坡積層物理力學地質建議值表

3 崩坡積處理措施

壩體右岸后段坡腳處分布二處崩坡積體BPT1、BPT2，合計總方量約130萬m3。崩坡積體主要由含土塊碎石組成，局部含孤石，肉眼可見局部有架空結構，根據崩坡積體的地形、地質條件及物理力學試驗分析，擬定以下幾個處理方案進行方案比選[5]，具體方案比選見表6。

表6 崩坡積體處理具體方案比選

經過3種方案綜合分析比較，推薦采用方案三(錨索抗滑樁+框格梁錨索)對壩址兩岸崩坡積體BPT1、BPT2進行加固處理，對小崩坡積體進行清除處理，抗滑樁設置時樁位在斷面選擇上應設在滑坡體較薄、錨固段地基強度較高的地段，本工程在高程1765.00 m處設置1排錨索抗滑樁。具體措施是：

(1)清除掉架空、掉塊孤石后沿崩坡積體，沿壩址兩岸大壩外輪廓線周邊設置截水溝，沿坡體表面每隔80 m布設橫排水溝，并與周邊截水溝連接起來，邊坡坡面設Φ91 mm排水孔，間距為2.5 m×3 m，孔深不小于10 m，局部孔根據崩坡積體實際厚度加深。

(2)邊坡采用預應力錨索框格梁支護，框格梁縱、橫向間距均為6.0 m，橫梁和縱梁橫截面尺寸均為50 cm×60 cm。設計錨索為6束Φ15.2 mm鋼絞線，按照每孔錨索可承受T=900 kN的設計拉力，超張拉15%鎖定。

(3)在下游壩址1765.00 m位置布置1排抗滑樁，抗滑樁斷面均為3 m×4 m，同時預列5束2000 kN樁頂預應力錨索135根。

4 結論

本文根據崩坡積體物理力學試驗及現場試驗，分析崩坡積體的物質和結構組成，以及其物理力學性能，根據分析結果進行崩坡積體處理方案比選，選擇出適于本工程的崩坡積體處理措施，工程已于2019年12月完工，監測表明，目前壩體下游兩岸邊坡整體穩定，崩坡積體的成功處理，對后續類似工程的崩坡積體特性研究和處理方法有一定的參考意義。