拉西瓦水電站右岸高邊坡地質特征及工程治理

楊天俊,白興平,楊 蕓

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

黃河拉西瓦水電站位于青海省貴德縣與貴南縣交界的黃河龍羊峽出口段，是黃河龍羊峽—青銅峽河段流域規劃的第二個梯級電站，也是黃河上游規模最大的電站，大壩壩型為雙曲拱壩，壩高250 m，水庫正常蓄水位2 452.00 m，電站裝機4 200 MW，多年平均年發電量102.33億kWh。電站樞紐建筑物由雙曲拱壩、引水發電系統、壩身表孔和深孔、壩后水墊塘等組成。

拉西瓦兩岸岸坡地形基本對稱，橫斷面總體呈“V”字型。2 400 m高程處谷寬245～255 m，正常蓄水位2 452.00 m處谷寬350～365 m，壩頂高程2 460.00 m處谷寬365～385 m。河谷岸坡地形復雜。右岸天然邊坡頂部高程為2 955.00～2 975.00 m，壩基開挖高程為2 210.00 m，邊坡高達745～765 m，岸坡平均走向約NE70°，邊坡坡度在2 380.00 m以下谷坡陡立，平均坡度60°～65°，在此高程以上兩岸岸坡平均坡度40°～45°。基本呈上緩、下陡形態(見圖1)。按照高度對邊坡的分類，其高度遠大于300 m，屬于特高邊坡類。

1 右岸高邊坡變形破壞特征

右岸高邊坡的變形破壞具有以下規律性特征。

(1) 壩址區兩岸岸坡巖體變形破壞不僅具有明顯的垂直分帶特征，而且受斷裂、裂隙等結構面的空間組合，以及后期淺表生改造作用等影響顯著。

岸坡地形剖面成3個陡緩相間的臺階狀，2 400.00 m高程以下為陡立岸坡，以發育規模較小的危石、危巖為主；2 400.00 m高程以上為寬谷帶，原有的第四系覆蓋層總體保存完好，但受溝谷發育的影響，溝谷兩側崩滑堆積、崩坡積物較發育，大型滑坡和變形松動體(SD)大多分布在該高程以上。

變形破壞的垂直分帶還顯示不同高程的變形破壞的形成與當時特定的氣候條件相聯系，隨著河谷的下切演化，氣候條件的變遷，以及兩岸水文地質條件的改變，岸坡的環境條件也隨之發生了較大的變化。

(2) 壩址區岸坡巖體的變形破壞還受斷裂結構面切割的影響，尤其是兩岸壩肩部位緩傾結構面較發育，緩傾結構面是岸坡中變形破裂的主要控制結構面，由于傾向右岸，因而在岸坡變形破壞發育程度與規模上造成兩岸的明顯差別，即規模較大的變形破壞體主要分布在左岸。緩傾斷裂在出露高程上表現出一定的成層性，變形破壞的分布總體上也具有一定的成層特征。

(3) 壩址花崗巖體中除連續性較好、延伸長的緩傾角斷裂(Hf類)以外，其它方向的斷層、裂隙也十分發育，有的在某些部位可呈帶狀密集產出，經淺表生改造后在特定的組合和一定的坡形及環境條件下發生變形破裂。斷裂的空間組合造成變形破裂機制具有多樣性破壞機制特征。

根據現場調研，主要有以下4種主要類型。

1) 滑移-拉裂(SF)

滑移-拉裂變形在壩址區較發育，其主要受緩傾坡外與陡傾結構面組合塊體的變形巖體中。廠房進水口后邊坡頂面可見一組緩傾坡外的密集裂隙，坡體已沿裂面發生了滑移拉裂式的滑動(見圖2(a))。

2) 滑移-壓致拉裂(SCF)

坡體由陡緩兩組傾斜斷裂組合，變形發生在陡緩交界處，表現為壓裂或壓碎，后緣出現拉裂縫，在發展過程中可出現多級臺階狀壓裂或壓碎帶。一旦貫通則發生破壞。是岸坡中規模較大的變形破裂機制類型(見圖2(b))。

3) 傾倒(彎曲)拉裂(TF)

坡體中近陡坡坡面發育一組直立或陡傾內外的斷裂面，則有發生傾倒拉裂變形破裂的可能。傾倒巖體一旦失穩，造成翻倒崩塌。另外陡坡中可見到這類翻倒后殘留的空腔(見圖2(c))。

4) 滑移彎曲(ZB)

這種類型經常發生在中—陡傾外的層狀體斜坡中，斜坡上部分順坡向的一組斷裂較發育，并有滑移錯動現象，表部已有滑落跡象；下部相對發育的是一套陡傾外的裂隙，近表部有拉張松動跡象。上、下兩部分變形跡象聯系起來，表現為滑移彎曲機制(見圖2(d))。

2 右岸高邊坡不穩定體類型及分布特征

右岸坡基巖裸露，岸坡淺表部巖體卸荷作用強烈，卸荷裂隙非常發育，表層巖體在重力及其它風化營力作用下產生變形破壞，形成了許多表層不穩定松動塊體；拉裂縫與構造結構面的相互組合切割、圍限形成了不穩定結構體，少數結構體已發生了蠕滑變形或滑動破壞。通過野外調查分析和綜合研究，高邊坡不穩定體可歸納為以下幾種類型：

(1) 表層松動體

發育于岸坡不同部位、不同高程，特別在右岸壩頂高程以上和壩前大面積發育。主要受與邊坡近平行的卸荷裂隙控制，巖體結構呈陡立板狀，黃河岸邊和沖溝兩側局部地段可見點頭彎腰現象，少數地段還有聳直的孤立塊體。分布特點一般以山梁、山脊或地形陡緩相接部位為主。局部地段規模較大，最大方量數百立方米。

(2) 松散堆積體

崩坡積物在壩址兩岸各高程均有分布，其分布特點與表層松動體正好相反，一般在地勢較低部位和較大沖溝內，組成物質一般以塊石和碎石為主，厚度一般幾米至十余米，方量均較小。

(3) 坡面危石

存在于壩區不同高程部位，分布廣泛，沒有規律，尤以壩頂高程以上和峽谷兩岸陡坡、陡崖部位更為普遍。大多是由小型松動體經過長期風化、剝落、解體演化而成，單個體積不大，一般0.5～2 m3，個別大于30 m3。

(4) 結構體

結構體是指巖體中由結構面和臨空面組成的分離巖體或準分離巖體，規模一般較大。

3 右岸高邊坡穩定性分區

高邊坡巖體穩定性分區，主要考慮了以下因素：① 邊坡巖體結構特征；② 邊坡上發育的控制性結構面與邊坡的組合關系；③ 邊坡巖體的風化程度；④ 邊坡表層不穩定體的發育程度；⑤ 地下水對邊坡巖體的影響；⑥ 對工程建筑物的影響程度等。

按此穩定性分區原則可將拉西瓦右岸高邊坡分為：

(1) 不穩定結構體區：該區以由結構面組合形成的結構塊體為主，邊坡巖體穩定取決于結構面組合關系及特征。

(2) 不穩定松動巖體區：該區主要由松動巖體組成，對工程影響較大。

(3) 不穩定堆積體區：該區由崩坡積或滑堆積形成的堆積體組成，當堆積在陡坡、陡壁頂部、溝口有建筑物的沖溝內時，對局部建筑物及建筑物涉及的邊坡影響較大。

(4) 危石區：岸坡表部存在大量的危石，廣泛存在于工程區岸坡，分布無規律，對施工和永久場內安全影響較大。

(5) 穩定區：邊坡巖體完整，表層巖體微風化，局部發育少量的松動巖體、小型不穩定體及危石，對工程影響較小。

按上述穩定性分區中不穩定巖體的分布特征將右岸壩頂高程以上不穩定體劃分為BW2、BW4、BW6三區，每個區進一步劃分為A、B、C、D等不同的亞區(表1、圖3)。

表1 右岸高邊坡不穩定體分區說明

右岸高邊坡典型地質剖面如圖4。

4 右岸高邊坡治理

4.1 治理原則與方案設計

治理原則：① 結合臨建設施與樞紐布置，分期治理；② 針對不良地質體發育特征，結合直線工期，制定適宜的治理措施；③ 實施清、削、錨、蓋、擋等的綜合治理措施。

據此，對拉西瓦右岸高邊坡采用兩期治理方案，其中右岸一期治理范圍為影響右岸纜機平臺開挖的區域，主要包括青草溝上下游。二期治理范圍是影響樞紐建筑物、出線平臺開挖及影響施工安全的區域，右岸主要包括雞冠梁、石門溝、青石梁及出線平臺邊坡等，后補充范圍到整個右岸泄洪消能區以上高邊坡。

一期治理方法主要有清坡、主動防護網、鋼筋籠擋墻等。二期治理方法主要有清坡、削坡、錨桿、主動防護網、被動防護網、鋼筋籠擋墻等。同時考慮邊坡排水與植被保護等。

清坡是指主要通過人工撬挖的方式清除邊坡上的不穩定巖體。削坡是指挖除邊坡上的卸荷、松動、風化的不穩定巖體，開挖底坡以地質資料中的卸荷拉裂面為界。錨固是指對不易、不必清除但其穩定性又較差的巖體采用錨桿加固。主動防護網是指采用柔性支護的方式，將格狀金屬網絡輔以錨桿系統對結構較差的表層巖體進行防護。被動防護網是指在較為寬緩的坡段設置剛柔并用的支擋系統以阻擋上部滾石。鋼筋籠擋墻作用類似被動防護網，但其規模更大，能承受更大方量和體積的塊石與落石。在具體治理中，可視具體情況對巖體實施多種方案并舉的綜合治理措施。

4.2 右岸高邊坡治理

右岸高邊坡自上游向下游可分為以下3個區域：

(1) 青草溝上游高邊坡

本區大型山梁與深切支溝發育，主要有：

① 雞冠梁(松動體)，影響上游圍堰、進水口及右岸通往進水口交通安全；② 石門溝(兩側及溝頂松散堆積體、松動巖體、危石)，影響進水口安全；③ 青石梁(松動巖體、危石)，影響進水口及右壩肩安全；④ 青草溝(溝中松散堆積體與危巖體、危石)，影響大壩安全。

(2) 出線平臺以上高邊坡

出線平臺以上高邊坡主要發育松動體、危巖體、危石，影響右岸壩肩、出線平臺、消能區安全。

(3) 出線平臺下游～下游圍堰高邊坡

主要發育危巖體、危石，影響消能區、尾水洞出口、下游圍堰安全。

5 右岸高邊坡治理效果分析

分析治理處高邊坡效果主要有兩種分法：一是通過多頻次的宏觀地質巡視；二是通過在邊坡范圍內布設的監測設備長期觀測。通過多年的邊坡巡視表明，邊坡穩定性良好(見圖5)。

右岸壩頂以上邊坡區主要是位于2 500.00 m高程以上、尤其是青石梁邊坡部位，施工中布置了地表大地測量、多點位移計、錨桿測力計等，由項目業主單位進行長期監測。

多年的監測成果反應邊坡變形規律如下：

(1) 地表大地監測點測量各測點的變形雖有波動，但總體呈逐漸增大、后期趨于穩定的狀態。就各方向的位移變化而言，2 516.67 m高程及以上的X方向累積變形量較小、最小為0.2 mm，Y方向累積變形量為0.3～33.3 mm；該高程以下X方向累積變形量較大、為12.7～32.4 mm，最大值在2 560.07 m高程處；Y方向累積變形量-26.2～-2.3 mm；對于H方向的累積變形量，除2 516.67 m高程出現為負值外，其余的為9.6～101.6 mm，最大值出現在2 585.94 m高程處。

(2) 多點位移計監測成果反映該邊坡部位各測點向坡外的最大累計變形量僅為1.99 mm，出現在高程2 524.60 m處測點；向坡內的最大累計變形量為5.77 mm，出現在高程2 513.00 m處測點；各測點在監測期間累計變形量總體呈現波動變化、并趨于穩定的特點，整體變形量小，監測部位邊坡穩定性好。

(3) 錨索測力計檢測表明各測點在高程2 520.10 m處測點的錨固力損失值最大，為132.10 kN、損失率達11.54%；高程2 525.10 m處錨固力損失值最小，為18.76 kN、損失率1.64%。總體而言，該邊坡錨固力損失值總體不大。

6 結 論

(1) 拉西瓦工程右岸高邊坡在壩頂以上約450 m，地形陡峻，經過綜合勘測研究和高邊坡工程治理，高邊坡整體是穩定的。

(2) 由于高陡邊坡中有一定深度的卸荷帶，加之后期風化、凍脹等作用，從而引起邊坡中不穩定體類型多樣，主要有表層松動體、松散堆積體、坡面危石、結構塊體等，是施工期和運行期對安全有較大影響的主要地質體。

(3) 由于邊坡高陡，對淺表層潛在不穩定體，治理措施上不可能采用完全挖除卸荷松動巖體的方法，采用表層清坡，局部淺層削坡，掛網噴混凝土，局部錨固、擋護的治理方案是切合地質實際、易行、而又較為有效的方案。

(4) 右岸高邊坡經采用表層清坡，局部淺層削坡，掛網噴混凝土，局部錨固、擋護的施工治理后，邊坡穩定大大提高，治理后的邊坡可滿足設計要求。從變形監測成果看，變形量在儀器控制精度范圍內，未發現明顯變形。