某水電站土地復墾區(qū)塌岸預測分析

王廣巍

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

某水電站位于西藏自治區(qū)，總裝機容量360 MW；2020年8月首臺機組順利完成72 h試運行，正式并網(wǎng)發(fā)電。水電站正常運行后，考慮生態(tài)、環(huán)保及地方經(jīng)濟發(fā)展要求，施工臨時用地需進行土地復墾。復墾區(qū)位于庫首段臨江左岸平臺，面積約47.2萬m2；水庫蓄水后隨著庫水位周期性漲落，在庫水沖刷、淘蝕、磨蝕等作用下，復墾區(qū)臨江側(cè)覆蓋層岸坡發(fā)生漸進式、牽引式、不規(guī)則塌岸變形破壞現(xiàn)象；同時岸坡已建排水渠多處發(fā)生拉裂、鼓包、下錯等變形破壞現(xiàn)象［1］。為了保證設計治理方案合理可行，工程質(zhì)量安全可靠，必須對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡進行塌岸預測。2020年9月，成都院設計人員與業(yè)主、地方政府有關部門對復墾區(qū)詳細進行了地質(zhì)調(diào)查、測繪，并收集水電站已有的勘察成果，并在此基礎上選取了6個剖面，采用“兩段法”對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡塌岸寬度、塌岸后緣高度進行了預測，結(jié)合岸坡塌岸變形現(xiàn)狀設計治理難度、費用，提出了岸坡治理措施建議［2］。

1 工程地質(zhì)條件

復墾區(qū)位于該水電站庫首段臨江左岸平臺，河谷深切但開闊，為“U”型寬谷，現(xiàn)代河床偏右岸，流向由S8°E轉(zhuǎn)為N75°E；枯水期水位約3 203 m，水面寬約60～120 m，現(xiàn)庫水位高程約3 243.5 m。復墾區(qū)平臺地表坡度約2°～4°，高程約3 257～3 280 m，順河長度約1 500 m，橫河寬約140～200 m，臨江側(cè)岸坡坡度約24°～35°，平臺與現(xiàn)水位高差約16～36 m。

復墾區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水、第四系松散堆積層孔隙水。基巖裂隙水，接受大氣降水補給，賦存、運移于裂隙巖體中，向河谷排泄；據(jù)前期鉆孔壓水試驗成果，河床基巖透水率1.64＜q≤6.12 Lu，屬于弱透水性巖體。松散堆積層孔隙水，主要賦存于第四系沖積含漂砂卵礫石層，接受大氣降水、地表水補給，向下游或河谷排泄，復墾區(qū)未見泉點出露，未見承壓水；據(jù)鉆孔資料，壩區(qū)兩岸Ⅱ級階地含漂砂卵礫石層滲透系數(shù)K=10-2～10-4cm/s，具中等透水性。

該水電站地處特提斯造山系（帶）東段，雅魯藏布江縫合帶內(nèi)，緊鄰岡底斯-騰沖微陸塊南部，區(qū)域構(gòu)造背景復雜。復墾區(qū)地震危險性主要來自于壩址所在的加查7.0級潛在震源區(qū)以及瓊結(jié)7.5級潛在震源區(qū)的影響，場地5 km范圍以內(nèi)無活動斷層分布。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），工程區(qū)50年超越概率10%的地震動峰值加速度0.15 g，地震動加速度反應譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅶ度。綜合分析，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好［3］。

2 主要工程地質(zhì)問題

復墾區(qū)位于庫首段臨江左岸平臺，表部為人工堆積層，厚度約14～21 m，由漂卵石、塊碎石、磚塊、混凝土塊等組成，結(jié)構(gòu)松散；臨江側(cè)岸坡主要為沖積含漂砂卵礫石厚度一般為50～90 m，臨江側(cè)水平厚度約5～10 m，結(jié)構(gòu)松散，向岸坡內(nèi)結(jié)構(gòu)稍密。

該水電站正常蓄水位3 246 m，水電站蓄水后，庫周岸坡的天然平衡條件被破壞，隨著庫水位周期性漲落，在庫水沖刷、淘蝕、磨蝕等作用下，復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡發(fā)生嚴重塌岸變形現(xiàn)象。岸坡變形破壞主要表現(xiàn)為：①臨江側(cè)岸坡普遍發(fā)生漸進式、牽引式、不規(guī)則塌岸變形現(xiàn)象，岸坡臨江頂部出現(xiàn)多條順江裂縫，長度一般1～2 m，張開一般0.5～1.0 cm，彎曲延伸，現(xiàn)場測繪時塌岸仍在繼續(xù)，可聽見塊碎石滾落入水聲音；②臨江側(cè)岸坡已建排水渠多處發(fā)生拉裂、鼓包、下錯等變形破壞現(xiàn)象，拉裂縫長一般0.5～1.5 m，張開一般0.5～1.0 cm，最大張開可達2.0 cm。③臨江側(cè)混凝土護坡局部發(fā)生垮塌破壞［4］。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、測繪，并對水電站已有的勘察成果分析研究，復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡變形破壞主要受兩方面因素控制。①復墾區(qū)平臺表部為人工堆積層，由漂卵石、塊碎石、磚塊、混凝土塊等組成，結(jié)構(gòu)松散；臨江側(cè)岸坡主要為沖積含漂砂卵礫石（Qal3），臨江側(cè)水平厚度約5～10 m，結(jié)構(gòu)松散；臨江側(cè)岸坡坡度約24°～35°，斜坡遇水或在水的作用下穩(wěn)定性差，易變形失穩(wěn)，這是岸坡塌岸變形的內(nèi)在地質(zhì)原因。②庫水作用是岸坡產(chǎn)生塌岸變形的主要外在原因，一方面水的浸泡作用使岸坡土層軟化，力學強度降低；另一方面庫水沖刷、淘蝕、磨蝕，消落靜、動水壓力等作用，導致岸坡產(chǎn)生受庫水影響的塌岸變形。

3 塌岸預測

復墾區(qū)受庫水沖刷、淘蝕、磨蝕，消落靜、動水壓力等作用，臨江側(cè)岸坡普遍發(fā)生漸進式、牽引式、不規(guī)則塌岸變形現(xiàn)象。水庫正常蓄水位3 246 m，根據(jù)臨江側(cè)岸坡地層巖性、及其水上、水下穩(wěn)定坡角，并結(jié)合地形，采用“兩段法”對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡進行塌岸預測。調(diào)查統(tǒng)計各類土體水上穩(wěn)定坡角、水下穩(wěn)定坡角，并與其他水電工程庫區(qū)類似土層類比，復墾區(qū)覆蓋層穩(wěn)定坡角建議值見表1。塌岸預測沿江共計選取6條剖面，編號分別為1-1至6-6，間距約250～300 m，經(jīng)預測復墾區(qū)臨江岸坡塌岸寬度一般為25.0～64.0 m，塌岸后緣高程一般為3 258～3 274 m，統(tǒng)計見表2。典型地質(zhì)剖面示意見圖1，復墾區(qū)地質(zhì)平面示意見圖2。

圖1 復墾區(qū)6-6地質(zhì)剖面示意（單位：m）

圖2 復墾區(qū)地質(zhì)平面示意

表1 復墾區(qū)覆蓋層穩(wěn)定坡角建議值

表2 復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡塌岸變形統(tǒng)計

該水電站2020年8月首臺機組順利完成72 h試運行，正式并網(wǎng)發(fā)電。截至目前電站已經(jīng)正常運行了1年多，經(jīng)現(xiàn)場巡視，復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡垮塌寬度、塌岸后緣高程與塌岸變形預測成果基本一致。

4 治理措施

水庫蓄水后，在庫水沖刷、淘蝕、磨蝕，消落靜、動水壓力等作用下，復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡普遍發(fā)生漸進式、牽引式、不規(guī)則塌岸變形現(xiàn)象。經(jīng)預測臨江側(cè)岸坡塌岸寬度一般為25.0～64.0 m，塌岸后緣高程一般為3 258～3 274 m。結(jié)合岸坡塌岸變形現(xiàn)狀，設計治理難度、費用，提出了四條岸坡設計治理措施建議。

（1）2020年8月水電站首臺機組順利完成72 h試運行，正式并網(wǎng)發(fā)電。現(xiàn)庫水位高程約3 243.5 m，與天然河床高差約33.0～39.0 m，復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡支護處理施工難度大，且工程費用較高；其次復墾區(qū)沒有企業(yè)、廠礦、居民生活建筑物等設施，建議不再對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡進行支護處理。

（2）經(jīng)預測復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡塌岸寬度一般為25.0～64.0 m，塌岸后緣高程一般為3 258～3 274 m。建議復墾區(qū)臨江側(cè)留有一定安全距離，并設置防護欄桿、安全警示標志，并定期對上述設施進行檢查、維修。

（3）復墾區(qū)表部設置充足排水渠，將農(nóng)田灌溉用水合理利用、排放，防止地表水過度下滲。

（4）在水庫運行期間，對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡加強巡視，必要時設置監(jiān)測儀器，發(fā)現(xiàn)岸坡變形異常，及時采取相應處理措施，并向有關部門報告。

5 結(jié) 論

（1）沿江與岸坡垂直選取了6條剖面，采用“兩段法”對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡塌岸寬度、塌岸后緣高度進行了預測，經(jīng)預測復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡塌岸寬度一般為25.0～64.0 m，塌岸后緣高程一般為3 258～3 274 m。

（2）復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡支護處理施工難度大，且工程費用較高；其次復墾區(qū)沒有企業(yè)、廠礦、居民生活建筑物等設施，建議不再對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡進行支護處理。建議復墾區(qū)臨江側(cè)留有一定安全距離，并設置防護欄桿、安全警示標志；表部設置充足排水渠，將農(nóng)田灌溉用水合理利用、排放，防止地表水過度下滲；在水庫運行期間，對復墾區(qū)臨江側(cè)岸坡加強巡視，必要時設置監(jiān)測儀器，發(fā)現(xiàn)岸坡變形異常及時采取相應處理措施。