三峽庫岸防護(hù)試驗(yàn)性工程設(shè)計(jì)及監(jiān)測分析

覃雯

（重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)集團(tuán)有限公司，重慶 401122）

1 試驗(yàn)性工程概況

1.1 工程的背景

三峽庫區(qū)巫山縣巫峽鎮(zhèn)龔家坊至獨(dú)龍斜坡位于重慶市巫山縣境內(nèi)巫峽段之長江干流左岸，距巫山縣城區(qū)5～9km。巫峽段不穩(wěn)定斜坡發(fā)育眾多，該區(qū)段主要災(zāi)害體有龔家坊崩塌體、茅草坡潛在不穩(wěn)定斜坡、獨(dú)龍潛在不穩(wěn)定斜坡。龔家坊斜坡于2008 年11 月23 日發(fā)生過巖體崩塌，約37 萬m3巖體墜入長江，產(chǎn)生超過10m高的涌浪[1]；2009 年5 月18 日，該斜坡上的危巖體再次發(fā)生了崩塌，崩塌巖體總量約1.5 萬m3，產(chǎn)生高約5m的涌浪。兩次崩塌所幸未造成人員傷亡。

與龔家坊段岸坡地質(zhì)條件相似的其他庫岸，是否還會產(chǎn)生類似的崩滑，引起了各級政府部門的高度重視。2012 年5 月重慶地勘局107 地質(zhì)隊(duì)對茅草坪4 段庫岸進(jìn)行庫岸防護(hù)試驗(yàn)工程設(shè)計(jì)。2013 年6 月20 日至2014 年9 月6 日重慶市208 建設(shè)工程公司在水庫低水位運(yùn)行階段對庫岸進(jìn)行治理。巫山縣龔家方-獨(dú)龍斜坡茅4 試驗(yàn)性護(hù)坡治理工程竣工后全貌如圖1 所示。

圖1 巫山縣龔家方-獨(dú)龍斜坡茅4 試驗(yàn)性護(hù)坡治理工程竣工后全貌

1.2 工程的目的

本試驗(yàn)工程的目的在于以下3 方面。

1.2.1 分析總結(jié)，提供借鑒

本試驗(yàn)工程采用了多種工程措施，包括格構(gòu)錨固、肋柱擋墻、錨孔注漿、混凝土擋土墻、微型樁、噴射玻璃纖維面板、噴射鋼纖維面板、現(xiàn)澆混凝土面板等工程，大膽嘗試了新的設(shè)計(jì)思路，通過觀察、監(jiān)測各類工程和方案在庫水正常運(yùn)行條件下的防護(hù)效果和對斜坡穩(wěn)定性的加固作用。

1.2.2 大膽嘗試，小心求證

本試驗(yàn)工程在現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況對部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性的調(diào)整和大膽嘗試，目的是為了找出在穩(wěn)定性加固、防護(hù)性能、經(jīng)濟(jì)造價(jià)、環(huán)境美化等多個(gè)方面最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

1.2.3 監(jiān)測分析，提供依據(jù)

對以侵蝕-剝蝕型破壞為主要變形的斜坡采用對削落帶防護(hù)的方案，來提高斜坡整體穩(wěn)定性，通過斜坡地表多個(gè)水文年監(jiān)測評估此種方案的治理效果。通過效果監(jiān)測來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)取值的范圍，以便為今后的工程治理提供參數(shù)依據(jù)。

2 斜坡基本特征及變形機(jī)理

2.1 斜坡基本特征

茅草坡4 段斜坡坡體兩側(cè)以季節(jié)性沖溝為界，后緣以巖體的彎折變形區(qū)邊界平臺為界，后緣高程440m，前緣高程根據(jù)地形確定為85m，潛在變形體的厚度根據(jù)沖溝切割深度確定，平均厚18m，潛在變形體長430m，平均寬約 200m，面積 10.14 萬 m2，體積約 182 萬 m3。

本工程區(qū)基巖為三疊系下統(tǒng)大冶組三段、四段泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。

根據(jù)庫岸劃分原則結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及勘探揭示的情況將庫岸分為以下4 段，其中2 段變形情況嚴(yán)重，基本特征如表1 所示。

表1 茅草坡4 段庫岸特征

2.2 災(zāi)害體變形機(jī)理

庫岸水位變動帶風(fēng)化破碎巖體在庫水沖蝕、淘蝕作用下發(fā)生規(guī)模較小的塌岸，塌岸范圍逐年加大，向后擴(kuò)展。庫岸穩(wěn)定性直接關(guān)系到斜坡的整體穩(wěn)定，是斜坡穩(wěn)定的關(guān)鍵區(qū)域，通過加固庫岸從而達(dá)到穩(wěn)固斜坡坡腳提升斜坡整體穩(wěn)定性，是試驗(yàn)性工程的基本設(shè)計(jì)原理。

3 庫岸防護(hù)試驗(yàn)工程設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)加固方案

茅草坪4 段庫岸土體范圍分布小，厚度薄，但庫岸多段發(fā)育多組外傾結(jié)構(gòu)面，嚴(yán)重影響岸坡的穩(wěn)定性。由于，破碎巖體沿著這些外傾結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移崩塌，致使塌岸現(xiàn)象逐步向內(nèi)部延伸，向上部擴(kuò)張。因此必須采用內(nèi)部加固方案來阻止變形進(jìn)一步擴(kuò)展。防止巖體沿外傾結(jié)構(gòu)面變形的常用方法為錨桿和抗滑樁，由于施工地質(zhì)環(huán)境條件，水位變動的影響，考慮造價(jià)等經(jīng)濟(jì)因素，選用施工難度小，造價(jià)低，同時(shí)能滿足工程結(jié)構(gòu)需要錨固工程作為加固的主體工程，局部區(qū)域進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)。

錨桿長度根據(jù)巖體破碎層厚度、地形坡角和預(yù)測塌岸線確定。例如在下游極破碎段破碎巖體厚10～20m，在此段錨桿進(jìn)行了增長。

在極破碎段局部大張拉裂隙，張開寬一般為2～8.0cm。表層巖體形成多處空洞和鼓脹，根據(jù)上述變形特點(diǎn)在錨桿鉆孔中增設(shè)了注漿工程，對巖體內(nèi)部進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

3.2 坡面防護(hù)方案

由于茅草坡4 段庫岸巖體呈破碎或極破碎狀，因此必須聯(lián)接內(nèi)部加固工程，采用全封閉的方案對其進(jìn)行坡面防護(hù)。

本試驗(yàn)性工程針對每一段的特點(diǎn)分別采用了4 種不同的護(hù)坡形式。

（1）現(xiàn)澆混凝土面板+肋柱，主要針對上游迎水面段沖溝側(cè)的強(qiáng)烈水流沖刷和撞擊。

（2）格構(gòu)梁+框架內(nèi)填充砂礫石袋+噴射混凝土面板，主要針對坡面掏蝕形成的空洞和凹腔；主要應(yīng)用在上游段。

（3）多層素噴鋼纖維混凝土面板，不掛網(wǎng)，不設(shè)置肋柱，施工速度快，可適應(yīng)復(fù)雜多變的地形條件，主要應(yīng)用在下游極破碎段。

（4）噴射玻纖維混凝土面板+肋柱，施工難度和造價(jià)較方法1 和方法2 要少，但大于方法3。結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定和耐久性較方案3 強(qiáng)。主要應(yīng)用在下游段，巖體較破碎區(qū)域。

3.3 坡腳防掏蝕方案

在長江庫岸很多防護(hù)工程在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行期后都出現(xiàn)了，局部被掏蝕的現(xiàn)象，造成護(hù)坡結(jié)構(gòu)懸空失效，結(jié)構(gòu)破壞的情況，直接影響工程的耐久性和防護(hù)壽命。因此防治庫水掏蝕也是本庫岸防護(hù)工程的重點(diǎn)。

2013 年9 月—2014 年5 月庫水高水位運(yùn)行期間，茅草坡4 段斜坡在未實(shí)施防護(hù)工程的下游段和下游極破碎段新增了3 處塌岸，估算塌岸體積約為1000m3。坍塌的坡體和已防護(hù)的坡體之間形成了明顯的坡形起伏。

微型樁樁長5~7m，微型樁必須嵌入預(yù)測塌岸線以下的巖體中，防止消落帶巖體在浪蝕作用下逐層剝蝕。主要應(yīng)用在下游段和下游極破碎段。

混凝土擋墻截?cái)嗔私畯牡退恢鸩綇淖o(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)掏蝕的途徑。墻高2~3m。主要應(yīng)用在上游迎水面段和上游格構(gòu)錨固段。

4 庫岸防護(hù)試驗(yàn)工程監(jiān)測

4.1 監(jiān)測工作布置

重慶地勘局107 地質(zhì)隊(duì)承擔(dān)了該段斜坡監(jiān)測預(yù)警工作。實(shí)驗(yàn)性治理工程監(jiān)測內(nèi)容情況如表2 所示。

表2 監(jiān)測工程數(shù)量

工程完工后，工程效果監(jiān)測時(shí)間為3 年，監(jiān)測頻率：第1 年每半月1 次；若無明顯變化，第2～3 年基準(zhǔn)頻率調(diào)整為每月1 次；庫區(qū)蓄降水、雨季每年加測10輪次。發(fā)現(xiàn)明顯變化，需加密監(jiān)測頻率。人工巡查，若發(fā)現(xiàn)工程變形或開裂等現(xiàn)象及時(shí)上報(bào)。

4.2 錨桿應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)的在斜坡上的位置布置情況（圖2），將應(yīng)力分為上部點(diǎn)，中部點(diǎn)，底部微型樁點(diǎn)三類：通過分析發(fā)現(xiàn)上部點(diǎn)和中部點(diǎn)受長江水位的變動的影響比較明顯，與長江水位的漲消有一致性。即隨著長江水位的下降錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)相應(yīng)減少，長江水位的上漲錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)相應(yīng)增加。這一變化主要表現(xiàn)在2015 年7 月低水位期逐步蓄水至2016 年2 月高水位期之間；但在2015 年2 月—2015 年6 月水位下降期間這一現(xiàn)象不明顯。

圖2 茅4 工程治理效果錨桿應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)布置

應(yīng)力變化與水位升降規(guī)律成正比的點(diǎn)位：YL01（一期工程，斜坡中部），YL02（一期工程，斜坡上部），YL05（二期工程，斜坡上部），YL06（二期工程，斜坡中部），YL07（二期工程，斜坡中上部），YL08（二期工程，斜坡中部），其余點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。

應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)的應(yīng)力變化在40MPa～113MPa 的變化，其中應(yīng)力量最大的點(diǎn)為YL03（113MPa），錨桿鋼筋為1φ28，此應(yīng)力值在錨桿應(yīng)力范圍之內(nèi)。

位于微型樁上的應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)有：YL11，YL12 在監(jiān)測周期內(nèi)未顯示出明顯的應(yīng)力變化；YL09 在2015 年9月有一次明顯的應(yīng)力下降，其他時(shí)段未顯示出明顯應(yīng)力變化；其余點(diǎn)數(shù)椐異常。

斜坡體錨桿的應(yīng)力變化和長江水位的升級有一定關(guān)系，大部分點(diǎn)的應(yīng)力值隨著水位上升有加大的趨勢。這可能與水壓力，浮力和動水壓力影響有關(guān)。微型樁應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)變化不明顯，可能與長期在水下受水位變動影響小有關(guān)。

降雨量變化與錨桿應(yīng)力計(jì)變化無明顯關(guān)聯(lián)。說明錨桿應(yīng)力受降雨量的影響較小。

4.3 監(jiān)測結(jié)論

M4 庫岸于2014 年試驗(yàn)性治理施工完畢，到2021年10 月已完成7 個(gè)水文年的運(yùn)行。結(jié)合相關(guān)資料和位移曲線圖綜合分析來看，在無特殊工況條件下，斜坡體各變形監(jiān)測點(diǎn)無明顯變形趨勢。宏觀地質(zhì)巡查該庫岸，護(hù)坡面上未發(fā)現(xiàn)異常情況。

5 結(jié)語

根據(jù)斜坡變形特征表明茅草坡4 段的防治重點(diǎn)是，通過對茅草坪4 段庫岸消落帶防治，達(dá)到增強(qiáng)此段斜坡整體穩(wěn)定性的效果。

茅草坪4 段庫岸防護(hù)工程主要圍繞解決三個(gè)問題展開，即庫岸內(nèi)部結(jié)構(gòu)加固問題，坡面防護(hù)問題和坡腳防掏蝕問題。茅草坪4 段庫岸土體范圍分布小，厚度薄，但庫岸多段發(fā)育多組外傾結(jié)構(gòu)面，嚴(yán)重影響岸坡的穩(wěn)定性，這也成為茅草坡4 段庫岸內(nèi)部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)上有別于其他段的重要特征。

錨桿應(yīng)力計(jì)上部點(diǎn)和中部點(diǎn)受長江水位的變動的影響比較明顯，與長江水位的漲消有一致性。即隨著長江水位的下降錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)相應(yīng)減少，長江水位的上漲錨桿應(yīng)力計(jì)讀數(shù)相應(yīng)增加。位于微型樁上的應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)有：在監(jiān)測周期內(nèi)未顯示出明顯的應(yīng)力變化。降雨量變化與錨桿應(yīng)力計(jì)變化無明顯關(guān)聯(lián)。