瀑布溝電站庫區鷂子巖2號邊坡塌岸預測與治理設計

黃 春， 柯善軍， 劉利勇

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

瀑布溝電站庫區鷂子巖2號邊坡塌岸預測與治理設計

黃 春， 柯善軍， 劉利勇

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

水電站水庫蓄水運行后，塌岸、滑坡、浸沒等庫岸再造一方面威脅居民房屋安全、交通等公共設施，另一方面造成耕地損失，嚴重制約當地的發展。本文通過對鷂子巖2號邊坡塌岸預測，針對岸坡高陡的地貌特征和地層巖性復雜的地質特征，因地制宜地提出塌岸治理設計方案。

庫區； 塌岸預測； 治理設計

1 概 述

鷂子巖2號邊坡塌岸區位于瀑布溝水庫庫區流沙河左岸東溝大橋右岸漢源縣富林鎮鳴鹿村，省道S306公路在高程約875 m處通過，距漢源縣城約11 km，交通方便。

瀑布溝電站水庫于2009年10月開始蓄水，目前經歷了5次完整的蓄水消落過程。在此期間，臺地前緣受周期性水位抬升、消落及浪蝕作用，岸坡被淘刷、磨蝕、搬運，鷂子巖2號邊坡前緣斷續出現了不同程度的庫岸再造，造成岸坡段垮塌，導致陡壁以上緩臺區出現一系列變形拉裂縫，距離房屋僅約15～20 m。目前，鷂子巖2號邊坡塌岸已塌方土地面積約0.2 hm2，共影響土地面積約0.93 hm2，墳墓54座，民房8間，公路100 m，塌岸規模較大，因此，對該塌岸區進行工程治理十分必要。

2 基本地質條件

該岸坡段長約168 m，為覆蓋層岸坡，高程860 m以上地形較平緩，坡度約15°～25°，表部有農田；高程850～860 m間岸坡由于垮塌形成塌滑陡壁，坡度約60°～70°；高程850 m以下受庫水浪蝕，靜、動水壓力等作用，地形變緩，坡度約30°(見圖1)。

圖1 鷂子巖2號邊坡垮塌

基巖為侏羅系紫紅色薄～中厚層砂巖夾泥巖，產狀：N55°～60°W/SW∠75°～80°，為順向坡。

地下水可分為松散覆蓋層孔隙水和基巖裂隙水兩種類型，接受大氣降水補給，向東溝排泄。

3 塌岸預測

3.1 塌岸現狀

蓄水后，鷂子巖2號邊坡覆蓋層岸坡段垮塌，長約168 m，后緣高程約860 m，垮塌后緣形成垮塌陡壁，垮塌陡壁以上緩臺區出現一系列變形拉裂縫，裂縫一般長5～10 m，彎曲延伸，距離房屋僅約15～20 m。

根據現場調查分析，鷂子巖2號邊坡塌岸變形主要原因為：

(1)岸坡由漂卵石層夾砂層透鏡體及表部塊碎石土層組成，臨庫岸坡地形較陡，坡度達40°～45°，自然條件下處于基本穩定狀態，是岸坡塌岸及變形的內在地質原因。

(2)庫水作用是土質坡體塌岸及變形的主要外在原因，一方面受水的浸泡作用，使坡體漂卵石層、塊碎石土層浸潤，力學強度降低；另一方面受庫水浪蝕，消落靜、動水壓力等作用，產生了受庫水影響的塌岸及變形。

3.2 塌岸進一步發展趨勢分析

該段岸坡地貌上屬殘留的Ⅲ級基座階地，岸坡段高程860 m以上地形較平緩，坡度約15°～25°，堆積物勢能較低，綜合坡體地形地質條件分析認為，形成大規模整體式塌滑破壞可能性不大，局部地漸進式垮塌是該段岸坡變形、破壞的主要方式。

為預測岸坡塌岸范圍及規模，根據現場調查的邊坡經歷了5次完整水庫消落過程后的水下穩定坡角，并結合有關規范和漢源附近相關工程經驗參數，該處塌岸預測的主要土體穩定坡角建議值見表1。塌岸預測采用兩段法，按圖解法進行預測(見圖2)，岸坡段塌岸后緣高程約883 m，塌岸寬度50～70 m，共影響土地面積約0.93 hm2，墳墓21座，民房8間，公路100 m。

表1 塌岸預測穩定坡角建議值

圖2 預測塌岸范圍示意

4 工程治理設計

4.1 設計思路及方案擬定

該段岸坡整體較穩定，前緣因水庫蓄水位升降、浪蝕作用，導致塌岸和庫岸再造，已造成臨庫約0.2 hm2耕地坍塌，為了恢復耕地，并保護后部耕地、房屋等安全，主要采用固腳、恢復耕地等綜合防治措施。

該岸坡高陡，邊坡高度約50 m，若對下部進行固腳，基礎不存在塌岸影響，但工程量巨大，因此，固腳宜選擇在邊坡中上部。固腳位于邊坡中上部，邊坡仍存在再造，固腳基礎須埋置于塌岸線以下，固腳擋墻除滿足擋墻穩定要求外，擋墻工程治理后，還應滿足邊坡穩定性要求。

最終工程治理總體設計方案為“衡重式擋土墻+砂卵礫石回填復耕”。

4.2 治理工程設計

4.2.1 工程等級及設計標準

本工程治理主要針對鄉村農田土地，鷂子巖2號邊坡塌岸區已損失耕地面積約0.2 hm2，預測共影響耕地約0.93 hm2。根據《水電工程建設征地移民安置規劃設計規范》(DL/T5064-2007)規定，綜合考慮本工程防洪標準重現期取為5年。

按照《堤防工程設計規范》(GB50286-2013)，確定本工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級，擋墻抗滑穩定安全系數允許值見表2。

表2 擋墻及岸坡穩定安全系數允許值

根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T 0219-2006)，等級確定為Ⅲ級，邊坡穩定安全系數允許值見表3。

表3 邊坡防治工程設計安全系數

4.2.2 方案設計

塌岸治理設計采用“擋土墻+回填復耕”，即下部采用衡重式擋墻加固坡腳，基礎置于砂卵礫石層上，擋墻高11.0 m，上部砂卵礫石回填，恢復耕地。

瀑布溝水庫850.0 m正常蓄水位時，該區回水位較低。造地回填采用砂卵礫石料，高水位時，地下水位與正常蓄水位基本持平，浸沒臨界毛細上升高度按0.6 m考慮，一般植物根系按0.4 m考慮，結合瀑布溝庫區水庫調度運行方式，正常蓄水位時間為每年11～12月份，綜合確定造地高程為851.00 m，即擋墻頂高程為851.00 m。

根據擋土墻級別、穩定計算結果、投資情況等，綜合確定該治理工程擋墻頂寬為1.2 m，墻高為11.0 m，上墻高為4.8 m，下墻高為6.2 m，衡重臺寬為2.5 m，墻趾臺階寬0.8 m，高1.0 m，擋土墻迎水面邊坡為1 ∶0.05，背水面上墻坡比1 ∶0.46，下墻坡比1 ∶-0.25。考慮到擋土墻修建后，需及時排除擋土墻后水分，擋墻墻身布置4排排水孔，間排距2.0 m，梅花形布置，排水孔直徑為50 mm，橫坡向河，坡度為5%。典型設計剖面見圖3。

4.2.3 擋墻穩定性計算

該處塌岸的巖土體物理力學參數見表4。

在各種工況下擋墻抗滑穩定、抗傾覆穩定、基底應力最大值與最小值之比均滿足規范要求，計算成果見表5。

圖3 治理設計典型斷面示意

成因類型土層名稱天然密度干密度壓縮模量允許承載力抗剪強度滲透系數穩定坡比ρ/g·cm-3ρd/g·cm-3E0/MPaR/MPaΦ/(°)C/kPaK/cm·s-1水上水下坡積(Qdl4)碎石土1.8～2.01.9～2.030～400.3～0.3525～2810～201×10-2～5×10-21∶1～1∶1.251∶2沖積(Qal3)漂卵石層2.10～2.202.00～2.145～500.50～0.6028～3005×10-2～1×10-11∶1.5～1∶1.751∶2

表5 擋墻穩定性計算成果

4.2.4 岸坡穩定性復核

塌岸區覆蓋層的計算參數取地質建議指標，填筑料計算參數根據工程經驗類比確定，采用簡化畢肖普法，擋墻工程治理后邊坡穩定計算工況包括：天然(施工完建)、正常蓄水、水位驟降、正常+地震，穩定計算對每種工況進行了全斷面最危險滑弧搜索，求最小安全系數。岸坡典型斷面2-2穩定計算剖面示意見圖4，計算結果見表6，從計算結果可見，典型剖面的安全系數滿足規范要求。

圖4 穩定計算剖面示意

剖面編號天然(施工完建)蓄水水位驟降正常+地震0.15g下2-2計算值K1.101.111.041.023-3計算值K1.121.131.081.06允許值[K]1.051.101.021.02

5 結 語

蓄水后，鷂子巖2號邊坡覆蓋層岸坡段垮塌，長約168 m，后緣高程約860 m，垮塌后緣形成垮塌陡壁，垮塌陡壁以上緩臺區出現一系列變形拉裂縫，裂縫一般長5～10 m，彎曲延伸，距離房屋僅約15～20 m。

岸坡由漂卵石層夾砂層透鏡體及表部塊碎石土層組成，臨庫岸坡地形較陡，坡度達40°～45°，自然條件下處于基本穩定狀態，是岸坡塌岸及變形的內在地質原因。庫水作用是土質坡體塌岸及變形的主要外在原因，一方面受水的浸泡作用，使坡體漂卵石層、塊碎石土層浸潤，力學強度降低；另一方面受庫水浪蝕，消落靜、動水壓力等作用，產生了受庫水影響的塌岸及變形。

該段岸坡地貌上屬殘留的Ⅲ級基座階地，岸坡段高程860 m以上地形較平緩，坡度約15°～25°，堆積物勢能較低，綜合坡體地形地質條件分析認為，形成大規模整體式塌滑破壞可能性不大，局部的漸進式垮塌是該段岸坡變形、破壞的主要方式。

為預測岸坡塌岸范圍及規模，根據現場調查的邊坡經歷了5次完整水庫消落過程后的水下穩定坡角，并結合有關規范和漢源附近相關工程經驗參數，塌岸預測采用兩段法，按圖解法進行預測，岸坡段塌岸后緣高程約883 m，塌岸寬度50～70 m，共影響土地面積約0.93 hm2，墳墓21座，民房8間，公路100 m。

本工程防治目標為確保居民、耕地及S306省道安全，治理方案從地形地質條件出發，采用“衡重式擋土墻+砂卵礫石回填復耕”進行治理，該方案技術可行、施工難度低、費用少等優點。隨著電站庫區蓄水，庫區塌岸等地質災害問題日益凸顯，對新出現的問題要求作進一步的探討,提高塌岸治理的科學性和可靠性。

[1] 周鏡,李惠康,鄭明成. 衡重式擋墻的模型試驗及其土壓力計算[J]. 土木工程學報, 1963 (1).

[2] 王忠華,黃俊杰,儲團結. 墻背土壓力計算中綜合內摩擦角取值問題[J]. 鐵道勘察, 2006 (3).

[3] 陳國舟. 筒形擋土結構主動土壓力及拱效應研究[D]. 中國礦業大學, 2014.

[4] 劉哨杰. 七寶山西北邊坡穩定性分析與研究[D]. 南昌大學, 2014.

2016- 05- 24

黃春(1979-)，男，四川大竹人，工程碩士，高級工程師，從事工程地質相關工作。

P642.21

B

1003-9805(2017)04-0048-05