淺析高山峽谷區水電站庫區復建公路庫岸再造影響區設計

高紹清，王 新，曹 廷，王玉江

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611130)

0 前 言

隨著水電站的建設與開發，水電站庫區復建公路受使用功能限制，需要按照“原規模、原標準和原功能”原則抬高復建。按國家及行業規范規定，復建項目主要以三、四級公路及等外級公路為主，具有道路等級和建設標準較低的特點，并且其路線長度較長，多展布于高山峽谷地帶，地形及工程地質條件復雜多變。

庫區復建公路一般位于沿岸岸坡中下部，屬于傍山臨水路線。庫區復建公路所在岸坡一般較為陡峻，同時庫區蓄水后形成區域小流域氣候，庫區降雨量大幅增加。受自重、庫水位及強降雨影響形成的庫岸再造影響區，包括了庫區塌岸、庫區滑坡、庫岸蠕變等類型。以上原因使庫區復建公路在建設期及運營期產生較多病害，導致項目投資大幅增加。

1 水電站庫區復建公路庫岸再造影響區設計理念

由于水電站庫區復建公路具有道路等級低、建設標準較低、路線長度長、地形地質條件復雜、易受庫岸再造影響等特點，因此水電站庫區復建公路庫岸再造影響區應采用如下設計理念。

(1)堅持地形選線、地質選線原則。首先，應在室內地圖中圈出“雞爪”地形、深厚覆蓋層、疑似滑坡等地段，對不良地質的成因、范圍、規模及危害程度進行評估分析；然后，工作人員到現場對問題進行復核、對比及分析，在地形圖上標出滑坡、崩塌、巖堆、庫區塌岸影響區、庫區滑坡影響區、巖質庫岸蠕變影響區、深厚覆蓋層變形影響區等，并在室內采用中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司(簡稱“成都院”)提出的庫區塌岸分析法及公式法進行復核和修正庫岸再造影響范圍。值得注意的是，公路選線設計時應盡可能避開“雞爪”地形、庫區再造影響區等不良地質地段。

(2)公路設計高程適宜原則。庫區蓄水后形成區域小流域氣候，庫區降雨量大幅增加，同時庫水位頻繁升降，導致庫區復建公路產生庫岸再造等現象，嚴重危害公路安全。為確保庫區復建公路安全，覆蓋層岸坡設計高程應高于庫區正常蓄水位50 m；完整硬巖地段庫區復建公路設計高程應高于庫區正常蓄水位10～20 m；風化破碎硬巖、軟巖地段設計高程應高于庫區正常蓄水位30～40 m。

(3)新舊結合原則。庫區復建公路設計應堅持新舊結合原則，在確保庫區復建公路安全的前提下盡可能利用現有公路，減少施工便道開挖對岸坡的影響，降低公路開挖工程量及工程造價，縮短工程工期。

(4)抓重點原則。由于水電站庫區復建公路按照“原規模、原標準和原功能”的原則抬高復建，因此其受工程造價控制較為顯著。基于水電站庫區復建公路的特點，水庫蓄水及庫水反復升降的影響是一個非常復雜且長期動態的過程，在工程造價嚴格控制的前提下很難做到完全避免庫岸再造等地質病害。因此，公路設計時應堅持抓重點原則，做到整體可控、局部加強，在工程造價與公路安全中取得動態平衡。首先，應確保水電站庫區復建公路橋梁、隧道等結構物的絕對安全可靠，嚴禁將橋梁、隧道放置于深厚覆蓋層等庫岸再造影響區；其次，深厚覆蓋層岸坡不宜采用樁基托梁+擋土墻或擴大基礎+擋土墻等可靠性較差結構物；再次，松散～稍密深厚覆蓋層岸坡不宜采用高路塹邊坡，同時應做好破碎巖質邊坡、順層巖質邊坡或強傾倒變形巖質邊坡的支護措施；最后，可適當減少中密～密實覆蓋層邊坡、弱膠結覆蓋層邊坡或較完整巖質邊坡的支護工程量。

(5)統籌考慮原則。庫區復建公路不同于普通公路，具有一定特殊性。首先，庫區復建公路基本以三、四級公路為主，工程造價相對較低，屬于較低等級公路。從我國低等級公路的設計理念來講，低等級公路應盡量避免或減少隧道、大橋等結構物，以降低公路造價，但這也導致了部分路線未能完全或者有效地避開不良地質路段或陡崖路段。在開工建設后，庫區復建公路還存在地方政府政策、移民搬遷、宗教影響、老路保通、材料運輸、魚類保護、水保環保等問題，建成后又面臨水庫蓄水及庫水升降的影響。因此，在庫區復建公路設計時，應統籌考慮政府政策、工程造價、不良地形地段、地方政府要求、移民搬遷、宗教影響、水保環保等問題，并最終取得一個最優設計方案。

(6)環境保護原則。庫區復建公路基本都是沿水庫庫岸布設，屬于“近岸”公路。對于平面線形，應在滿足規范的前提下，盡量適應地形，避免過多的高填深挖地段，減少對環境的破壞，并在工程造價可控范圍內選取合適地段修建觀景臺(停車休息區)；同時，選擇本地優生樹種、草種及花種進行邊坡坡面綠化美化工程。

2 庫區復建公路典型工點分析

西南地區水電站庫區復建公路庫岸再造影響主要分為庫區塌岸、庫區滑坡及庫岸蠕變三種類型。

2.1 庫區塌岸

以溪洛渡金陽復建公路通山路K99+114.53 m～K100+094.44 m段工點為例，該段公路位于沖洪積覆蓋層階地外緣，上覆全新世沖洪積砂卵礫石層，結構松散～稍密，層厚40～50 m。該工點庫區復建公路設計高程615 m，正常蓄水位高程600 m，岸坡坡度約40°，岸坡自然坡度大于水下穩定坡度30°～34°。由于該段岸坡水庫蓄水后受庫岸再造影響，隨著水庫水位的反復升降，受庫水浸泡、浪蝕及強降雨等作用，產生了庫區塌岸，其中K99+900 m～K100+025 m段擋墻已完全垮塌，路基內側斜坡產生覆蓋層淺表層坍塌。由于道路外緣路基受到淘刷，該段塌岸向上下游有擴展跡象，路基外側漿砌石擋土墻有進一步垮塌的可能，塌岸區向后緣也有擴展趨勢，對公路路基的穩定性將產生較大影響，車輛、行人通行存在極大的安全隱患。

基于公路庫區塌岸這一情況，設計人員做出了如下處理方案。水下部分岸坡受庫水升降帶走表層砂礫土，現有穩定岸坡屬于巨粒類漂石、卵石土，目前測量得出水下穩定坡度為34°。根據庫區塌岸分析法，采用水下、水上穩定坡度推測庫區塌岸影響范圍，并調整布置于沖洪積覆蓋層階地非塌岸區范圍內的路線，在保證道路路基穩定的前提下減少路線向山體一側開挖的工程量。庫區復建公路選線設計時應堅持地形選線、地質選線原則，適當抬高公路設計高程，避開庫區塌岸影響區，確保公路安全。庫區塌岸公路布線合理范圍見圖1。

圖1 庫區塌岸公路布線合理范圍示意

2.2 庫區滑坡

2.2.1 繞避方案

以溪洛渡水電站金陽復建公路西金路葫蘆坪子滑坡工點為例。金陽復建公路西金路K10+550 m～K13+800 m段原施工道路位于古滑坡中部，地面橫坡26°，坡度較緩，原復建公路為了控制工程造價，設計方案利用舊路展線，并考慮蓄水后根據塌岸規模進行路線調整優化。

2013年，溪洛渡電站蓄水后產生庫岸再造影響，其上游K12+630 m～K13+200 m段產生庫區塌岸，呈斷崖狀塌岸，其中380 m長度復建公路路基整體垮塌至庫區，已失去使用功能，并有可能發生較大范圍失穩。其下游側原設計K11+050 m～K12+630 m古滑坡體復活形成葫蘆坪滑坡，滑坡順河長約350～405 m，橫河寬約1 020 m，前緣剪出口高程約480 m，滑坡后緣高程約960 m。滑坡平面呈不規則樹枝狀，滑坡所在覆蓋層上薄下厚，厚度約30～70 m，覆蓋層為含孤石塊碎石土。葫蘆坪子滑坡地表從高向低分布有六處較明顯的拉裂縫。通過表面變形和深部位移測斜孔監測，平面累積合位移測值為660.0 mm，沉降累積位移測值為246.8 mm，深部測斜管位移變化明顯，距孔口約27 m、31～34 m處發現明顯剪切面，深部測斜管受剪切破壞，庫水下降過程中變形速率較快，葫蘆坪滑坡有整體垮塌的風險。葫蘆坪子滑坡縱斷面示意見圖2。

圖2 葫蘆坪子滑坡縱斷面

針對葫蘆坪子滑坡的具體情況，設計人員提出了以下處理方案。結合K12+630 m～K13+200 m段庫區塌岸治理方案，如后期改為隧道繞避方案，將大幅增加工程造價。因此，公路路線方案設計時，應堅持“地質選線”原則，繞避該古滑坡體及深厚覆蓋層地段，路線內靠，并且適當抬高路線高程，即路線從古滑坡后緣基巖出露處通過，這樣既確保了公路安全，又大幅降低了工程造價。

2.2.2 明線“柔性路基”方案

以溪洛渡水電站S307雷波段小務基滑坡工點為例(見圖3)。小務基老滑坡是由新老崩坡積堆積而成的古滑塌體，滑體順河長100～200 m，橫河寬700 m，厚約30～60 m，主要以灰巖塊碎石構成。滑坡前緣高程約400 m，后緣高程約750 m，體積約525萬 m3，屬大型滑坡體。20世紀80年代，當地在古崩滑體中上部修建引水渠，由于防滲措施不到位，大量渠水下滲引起部分砂質泥巖滑面抗剪強度降低，導致古崩滑體底部為砂質泥巖的右側局部段產生滑動。這一滑動使S307省道外移，最終將水渠廢棄。由于前緣金沙江岸邊斜向外厚層狀灰巖體的堅強阻擋，且水渠廢棄后無溝水下滲，該老滑坡未出現整體變形滑移現象。根據穩定性分析結果顯示，小務基老滑坡適當減載后，在各種工況下均處于穩定狀態。庫水作用對該老滑坡淺表具有一定的再造影響，但不會對整個坡體產生大規模、長距離的快速滑動。

針對小務基老滑坡，設計人員做出以下處理方案。考慮到滑坡體后緣高程(750 m)較高，又受附近上田壩移民安置點高程控制，路線不能從塌岸區頂部通過；同時根據穩定性計算結果，滑坡體在庫區蓄水后大規模快速滑動的可能性較小。為方便上田壩安置點居民出行，節省工程投資，路線選擇放棄了隧道繞避滑坡體方案，采用明線“柔性路基”方案，從滑坡體中部通過。水庫蓄水后，2～3年為沉降變形期，公路路基隨滑坡體的蠕滑而產生不同程度的沉降變形。因此，該段公路在蓄水后3年內采用泥結碎石路面，暫不鋪設混凝土路面。根據現場測量，小務基老滑坡明線段最大沉降量3～4 m，在沉降變形期內，需加強路基路面監測與維護，在路基沉降值影響行車順暢時，及時采用碎石土和級配碎石墊高路基或將路線向坡體內側擴挖，實施動態保通，待沉降及變形趨于穩定后，重新鋪筑路面。對于庫區內大型滑坡體，應加強前期勘探及分析評價工作，若庫區蓄水不會造成滑坡體大規模快速滑移且在公路等級較低的情況下，可按特殊路基處理，將長期沉降觀測及動態維護相結合，待滑坡體及公路路基自行趨于穩定。

圖3 小務基老滑坡體斷面

2.3 庫岸蠕變

2.3.1 溪洛渡巖腳復建公路K8+890 m～K10+070 m段基巖庫岸變形

溪洛渡巖腳復建公路K8+890 m～K10+070 m段岸坡(巖腳分場鎮)為基巖岸坡(見圖4)，淺表覆蓋層較薄、地面橫坡陡峭。其外側至金沙江江底為斜逆向巖質岸坡，根據后期地質勘探發現，公路路基主要位于強風化白云巖、白云質灰巖上。通過勘探揭示，基巖庫岸變形區內公路下游段岸坡下部至高程570 m巖體巖性極其破碎，鉆孔巖芯多呈碎塊、角礫和砂狀，局部為5～15 cm的柱狀，少量柱長10～30 cm，擠壓破碎帶普遍發育。加之該套地層中夾石膏、泥巖等軟弱巖層遇水易軟化，在蓄水工況下對岸坡穩定不利。溪洛渡水庫蓄水前，巖腳岸坡位于金沙江天然水位高程約450 m處，蓄水后，岸坡最大淹沒高度達150 m。2015年11月初，在庫水作用下700 m高程以下岸坡發生較大范圍垮塌，靠山內側裂縫在庫水的軟化作用下發展進一步加劇。故岸坡巖性破碎和含軟弱巖層等欠缺的地質條件及水庫蓄水作用為巖腳集鎮下游變形體變形的根本原因，變形區為水庫影響區。

針對這種情況，工作人員做出以下現場處理對策。集鎮區域為了確保房屋居住安全，采用錨索框格梁進行治理。由于公路長度約1 180 m，需要對公路區域處理的面積較大，同時考慮沉降變形較小，如若采用錨索框格梁治理方案，工程造價特別大，因而目前采用保通觀察的方式。工程前期，應加強對基巖軟弱結構面的勘察工作，針對存在可能整體滑移變形的區域，路線設計時應當合理避讓。當路線通過遇水軟化的巖石區域時，應該進行合理預判，道路適當向山體布線，預留足夠的崩塌安全距離。公路設計應堅持高程適宜原則，對于風化強烈、破碎硬巖岸坡應適當抬高路線高程，避開巖質岸坡變形影響范圍。

2.3.2 溪洛渡雷波S307徐家坪庫岸變形

徐家坪塌岸變形影響區系由新老崩坡積堆積而成的崩坡積體，地形呈典型坡積裙。崩坡積體長約900 m，高約90～140 m，坡度約30°～40°，坡腳高程約570～590 m，坡頂高程約680～730 m。崩坡積體下方為徐家坪平緩基座階地，崩坡積層厚20～50 m，表層結構松散，坡體表面崩積碎石處于極限平衡狀態，局部發育次級滑塌。崩坡積堆積體上方為巖質陡壁，金沙江左岸岸坡坡腳基巖出露，巖性為泥灰巖。

圖4 巖腳基巖庫岸變形剖面

根據地質勘察，徐家坪塌岸區表層崩坡積體目前整體處于基本穩定狀態，局部淺表有小規模溜滑，水庫蓄水后可能產生局部塌岸及變形，產生整體快速滑塌的可能性極小。若采用隧道繞避該塌岸區，工程投資較大，且隧道進出口需穿越深覆蓋層，施工難度較大；水庫蓄水后，塌岸區變形對隧道進出口洞身段結構安全存在不利影響。由于崩坡積體下方徐家坪階地較為平緩、開闊，且屬于基座階地，有條件對塌岸區進行堆渣反壓處理，故考慮對本段路線路基內側崩坡積中上部進行挖方卸載，同時利用卸載棄渣對崩坡積坡腳進行堆渣反壓。為提高反壓效果，反壓渣體應適當碾壓。堆渣反壓邊坡為了適應水庫浸泡引起的沉降變形，抵抗庫水淘蝕，坡面采用了大塊石碼砌護坡(見圖5)，坡腳設置了仰斜式混凝土護腳。目前，溪洛渡水電站蓄水五年來治理效果良好。

庫區復建公路設計應堅持地質選線原則、抓重點原則、統籌考慮原則，在判斷徐家坪塌岸變形影響區產生整體快速滑塌可能性極小的基礎上，根據徐家坪屬基座階地且地形寬緩的特點，充分利用附近明線段棄渣中塊石含量較多這一有利因素，采用大塊石碼砌進行反壓護坡，形成填石高路堤。這樣既有效消化了棄渣，又提高了路堤穩定性，且對原崩坡積岸坡干擾較小。相較隧道方案，其工程造價大幅降低，工期較短，施工難度相對較小，可取得良好的經濟價值及社會效應。

圖5 徐家坪塌岸變形影響區剖面設計(單位：m)

3 結 語

本文通過對溪洛渡水電站山區河道型水庫庫區復建公路庫區塌岸、庫區滑坡、庫岸蠕變等典型工點的分析，從公路設計角度提出水電站庫區復建公路庫岸再造影響區不同的設計方案與治理思路，找出了一條安全、經濟、環保、平衡的水電站庫區復建公路設計方案。