新龍水電站庫區傾倒變形體穩定性分析及加固方案研究

劉麗娟，賀立強

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

新龍水電站庫區傾倒變形體穩定性分析及加固方案研究

劉麗娟，賀立強

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

新龍水電站右岸近壩庫段大范圍發育有傾倒變形體，總體積約1 600萬m3。該變形體在水庫蓄水后，受地下水位升高、浸泡影響，變形體巖體的抗剪強度指標降低，極易導致變形體邊坡失穩，直接威脅樞紐建筑物的安全。根據邊坡穩定性的分析成果，研究了錨索強支護、削坡減載、堆填壓腳三種加固方案。通過技術經濟比較，推薦了以堆填壓腳的治理方案。

穩定分析；加固方案；堆填壓腳

0 前 言

傾倒變形是巖質斜坡一種主要的變形破壞形式，常見于反傾層狀結構巖體中。大量的研究表明，巖體的傾倒變形一般發生在陡立或陡傾坡內的層狀巖體組成的中～陡岸坡中，尤其是在斜坡前緣地帶較易發生。陡傾的層狀巖體在自重彎矩作用下，于前緣開始向臨空方向作懸臂梁彎曲，并逐漸向坡內發展；彎曲（傾倒）變形體中上部相繼出現拉裂縫，形成平行于巖層走向或坡向的反坡臺坎和槽溝。

傾倒變形體是水電、交通等工程建設中經常遇到的工程問題之一，對其失穩機制、穩定性評價方法和加固措施的研究也是邊坡工程領域的研究熱點。

1 工程概況

新龍水電站位于四川省甘孜州新龍縣境內的雅礱江上游河段干流上，是雅礱江上游梯級電站開發甘孜～新龍段4級開發中第4級，裝機容量240 MW，為二等大（2）型工程。樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪（放空）建筑物、引水發電系統等組成。

受早期地殼抬升及巖體卸荷作用，在右岸近壩庫段存在傾倒變形體，范圍約為順河長約1.4 km，橫河寬約170 m，根據傾倒變形強弱，可分為強傾倒變形和弱傾倒變形體。其中強變形巖體水平深度約30～50 m，初估方量約630萬m3；弱變形體則約1 050萬m3；兩者合計約1 680萬m3。

水庫蓄水后，受地下水位升高、浸泡影響，變形體巖體的抗剪強度指標降低，極易導致變形體邊坡失穩，對樞紐建筑物安全構成威脅。

2 傾倒變形體地質條件

2.1 傾倒變形體地質特征

新龍壩前傾倒變形體位于雅礱江右岸，傾倒變形體前緣位于河水面與公路之間，高程約3 060～3 070 m，緊鄰泄洪（放空）洞口；后緣高程約3 360～3 370 m；地形上具有上緩下陡的特征，前后緣高差約300～310 m。

該變形體可分為強傾倒變形和弱傾倒變形。地表明顯可見巖層傾倒變形現象，傾角變緩直至近水平。從傾倒角度等特征看，強變形傾倒嚴重，強變形區又靠近斜坡表部，其松弛更為嚴重。

傾倒變形體現狀整體基本穩定，部分區域由于坡度較陡，后緣楔形縫普遍貫通，穩定性較差，局部存在小規模失穩可能。

2.2 傾倒變形體分區

根據傾倒變形體發育特點、及岸坡現狀穩定性，可分為A1、A2及B三個區，詳見圖1。

圖1 傾倒變形體分區示意

A1區分布于變形體下游段，順河長度約330 m，總體呈三角形狀分布，其強變形分布于整個坡體表面，弱變形分布較少，地形相對稍緩，該區同時屬于泄洪洞進口邊坡開挖區；A2區分布于變形體中段，順河長度約470 m，其強變形分布于公路以上一定高度，未分布在整個坡體表面，弱變形巖體普遍分布；B區分布于變形體上游段，順河長度約620 m，其強變形基本分布于整個坡體表面，厚度薄。

3 傾倒變形體穩定性分析

3.1 邊坡滑移失穩機制分析

變形體所在部位以砂、板巖為主，板巖板理極為發育，巖性較為軟弱，岸坡巖體陡立，且河谷走向多與巖層走向小角度相交，隨著雅礱江下切、地殼相應抬升，使得岸坡巖體向臨空面方向發生傾倒－彎曲－拉裂－折斷，折斷面逐漸形成潛在底滑面的過程。

3.2 邊坡穩定性計算結果

在穩定性計算時，潛在滑面根據變形體強、弱底界線考慮，宏觀上呈折線～弧形形態。選取A1、A2、B區各自代表性剖面X1、X2、X3剖面進行穩定性計算，典型平面滑移模式詳見圖2～4。

圖2 X1剖面

圖3 X2剖面

圖4 X3剖面

根據壩址區巖體的物理力學參數，地形及變形體深度等，對傾倒變形體底滑面內聚力、內摩擦角取值進行反復試算，再進行因素敏感性分析，提出了針對A1、A2兩個不同區域的強、弱變形體潛在底滑面綜合取值，具體見表1、2。

表1 天然狀態下變形體物理力學參數

表2 飽水狀態下變形體物理力學參數

根據《水電水利工程邊坡設計規范》（DL／T5353－2006）關于邊坡分級及設計安全系數的規定，結合本工程規模、特點，確定泄洪（放空）洞工程邊坡及庫區邊坡均為二級，相對應變形體邊坡安全系數取值及計算工況見表3，其中A1區為工程邊坡，A2區、B區為庫區邊坡。

表3 變形體邊坡安全系數要求及計算工況

新龍水電站壩址區地震基本烈度為Ⅶ度，地震設計加速度取基準期50年內超越概率10%，相應基巖水平峰值加速度為148 gal。計算方法采用基于下限解的傳遞系數法，計算結果見表4。

表4 各代表性剖面穩定性系數計算結果

從以上各區代表性剖面穩定性計算結果可以看出：A1區強變形體在蓄水前地震及暴雨工況下處于臨界穩定狀態，蓄水后天然工況及地震工況的強變形體安全系數均不滿足邊坡安全系數要求；A2區強變形體在蓄水前持續暴雨等工況下，穩定性系數不滿足邊坡安全系數要求，蓄水后強、弱變形體在暴雨工況下，穩定性系數均不滿足邊坡安全系數要求；B區變形體在各種工況下穩定性系數滿足邊坡安全系數要求。

4 加固方案研究

通過庫區傾倒變形體穩定性分析研究，需對A1區、A2區傾倒變形體進行加固處理。

傾倒變形體加固措施常采用削坡減載、錨索強支護等方法。A1區傾倒變形體大部分位于泄洪（放空）洞進口邊坡范圍內，在工程施工時可對A1區傾倒變形體直接清除或部分清除。A2區傾倒變形體范圍較大，需要選擇一個既經濟又合理的加固方案。

4.1 A2區加固方案研究

A2區初步擬定以下三種加固方案：錨索強支護、削坡減載、堆填壓腳。

（1）加固方案一：錨索強支護。不挖除變形體，在變形體坡面上設置錨索，P＝2 000kN，L＝55～80 m，間排距4 m×4 m，交錯布置。邊坡加固后穩定性系數見表5。

表5 “加固方案一”邊坡穩定性系數

計算結果顯示，蓄水后經“加固方案一”加固后的A2區代表性剖面X2剖面的強、弱變形體在各工況下安全系數滿足規范要求。

（2）加固方案二：削坡減載。將強變形體大部分削坡清除至3 192 m高程，在3 192 m以上高程按1∶1削方，每20 m設一平臺，平臺寬3 m。邊坡加固后穩定性系數見表6。

表6 “加固方案二”邊坡穩定性系數

計算結果顯示，蓄水后經“加固方案二”加固后的強、弱變形體在各工況下安全系數滿足規范要求。

（3）加固方案三：堆填壓腳。土石堆填壓筑至3 092.00 m高程，堆填坡比1∶1.5～1∶2。邊坡加固后穩定性系數見表7。

表7 “加固方案三”邊坡穩定性系數

傾倒變形體壓腳填筑施工參數可參照如下規定：鋪料厚度60～80 cm；振動碾重不小于18 t（宜采用振動平碾），頻率20～30 Hz；碾壓遍數為2遍靜壓＋4遍激振；碾壓行車速度2.0～3.0 km／s。

計算結果顯示，蓄水后經“加固方案三”加固后的強、弱變形體在各工況下安全系數滿足規范要求。

4.2 A2區加固方案比較

（1）布置及施工條件。加固方案一庫區邊坡采用“錨索強支護”加固措施，錨索支護量大，長度深，施工難度大，且施工時可能由于地形、地質條件等各方面的影響，不確定因素較多，如錨索灌漿超灌等；

加固方案二庫區邊坡采用“削坡減載”加固措施，對庫區傾倒變形體邊坡進行開挖，開挖方量約180萬m3，對邊坡擾動較大；

加固方案三庫區邊坡采用“堆填壓腳”加固措施，對邊坡擾動較小，同時較好地利用了本工程施工期間的2號渣場，對A2區進行“堆填壓腳”。

（2）環境影響。加固方案一、三不挖除邊坡，對變形體擾動小，加固方案二需對庫區傾倒變形體邊坡進行削坡減載，開挖范圍較大，對邊坡擾動較大。加固方案三對自然環境影響最小，且與自然景觀相協調。

（3）投資估算。加固方案一投資估算11 907.31萬元，加固方案二投資估算15 582.28萬元，加固方案三投資估算7 418.17萬元。加固方案三庫區變形體治理工程的直接投資最省。

綜上分析，三個加固方案都是可行的，但考慮布置條件、施工、環境影響以及投資等因素，推薦采用加固方案三，“堆填壓腳”方案。

5 結 論

如上所述，就整個變形體而言，靠上游段B區整體穩定性最好，下游段A1區穩定性次之，而中部段A2區穩定性最差，需要對其重點進行邊坡治理措施。考慮到下游段A1區變形體與泄洪洞開挖邊坡直接相關，在工程施工時可對傾倒變形體直接清除或部分清除，對B區邊坡應做好庫岸防沖刷、淘蝕防護工程。

對A2區變形體邊坡治理采用“堆填壓腳”的加固方案。但在實際工程施工中，根據相關經驗對局部邊坡可采用削坡、壓腳、錨固等方法綜合治理，確保在水庫運行期內岸坡穩定。防治工程應選擇安全可靠、經濟合理、施工簡便的成熟技術，便于維護和管理；防治工程應盡可能的美化生態環境，與自然景觀相協調；防治工程盡可能地考慮利用邊坡巖體自然強度，盡量避免或減輕擾動巖土體，導致局部應力的變化。

［1］ 中華人民共和國行業標準編寫組.DL／T5353－2006《水電水利工程邊坡設計規范》［S］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］ 施召云，張建.兩河口水電站大型傾倒變形體滑坡處理方案研究［J］.云南水力發電，2012（02）.

［3］ 謝莉，李渝生，曹建軍，劉根亮.瀾滄江某水電站右壩肩巖體傾倒變形的數值模擬［J］.中國地質.2009.

TV221.2

B

1003－9805（2015）02－0015－03

2014－06－03

劉麗娟（1979－），女，四川彭州人，碩士，高級工程師，從事水工設計工作。