大崗山水電站霧化區(qū)環(huán)境邊坡綜合治理

向柏宇，李建會，邵敬東，姜清輝，王 豐

(1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072；2.武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北武漢430072)

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大崗山水電站霧化區(qū)環(huán)境邊坡綜合治理

向柏宇1，李建會1，邵敬東1，姜清輝2，王 豐1

(1.中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都610072；2.武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北武漢430072)

根據(jù)大崗山水電站霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡的地質(zhì)條件，采用定性宏觀評價與半定量評價(CSMR)相結(jié)合的方法，確定了霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡危巖體各區(qū)域穩(wěn)定性綜合評價指標(biāo)，據(jù)此提出了霧化區(qū)環(huán)境邊坡的治理原則，并對各個分區(qū)采取了有針對性的防護治理措施。工程實際表明，霧化區(qū)邊坡未發(fā)生任何影響電站正常運行和安全的破壞，證明了環(huán)境邊坡防治設(shè)計體系的合理性。

環(huán)境邊坡；治理；危巖體；霧化區(qū)；大崗山水電站

0 引 言

我國西南地區(qū)水量豐富，但多高山峽谷，水電開發(fā)過程中不可避免地要面臨高陡邊坡問題。危巖體崩塌是山區(qū)高陡邊坡的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，成為威脅水電工程正常施工和運營的主要因素之一。20世紀(jì)80年代，危巖體崩塌災(zāi)害開始在水電行業(yè)受到重視，三峽工程鏈子崖危巖體治理成為危巖體防治治理的典范[1]。其后，針對清江隔河巖水庫[2]、江口水電站[3]、索風(fēng)營水電站[4]、錦屏一級水電站[5]、深溪溝水電站[6]、洪家渡水電站[7]、古瓦水電站[8]、溪洛渡水電站[9]、坪頭水電站[10]等工程各自環(huán)境邊坡危巖體特點，做了大量的特殊條件下的地質(zhì)勘察、室內(nèi)和現(xiàn)場試驗、數(shù)值模擬及防治技術(shù)方面的研究工作，均取得了豐碩的成果，研究了多種分類方式[11]。目前，國內(nèi)外可供采用的邊坡危巖體治理措施很多，歸納起來主要措施有：①清坡減載；②錨固；③混凝土抗剪封填；④灌漿加固；⑤支撐、支擋；⑥護坡、壓坡；⑦柔性防護網(wǎng)攔截、防護；⑧排水與截水等[12- 15]。

本文根據(jù)大崗山水電站霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡的地質(zhì)條件，采用定性宏觀評價與半定量評價(CSMR)相結(jié)合的方法，確定了霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡危巖體各區(qū)域穩(wěn)定性綜合評價指標(biāo)，據(jù)此提出了霧化區(qū)環(huán)境邊坡的治理原則，并對各個分區(qū)采取了有針對性的防護治理措施。

1 工程概況

大崗山水電站位于四川省大渡河中游石棉縣境內(nèi)，是大渡河干流規(guī)劃的22個梯級中的第14級水電站。電站正常蓄水位1 130 m，總庫容7.42億m3，裝機容量2 600 MW，混凝土雙曲拱壩最大壩高210 m。壩址區(qū)兩岸山體陡峻，地應(yīng)力較高，巖體卸荷風(fēng)化強烈，自然坡度一般40°～65°，相對高差在600 m以上?；鶐r主要為花崗巖，巖脈、擠壓破碎帶、斷層和節(jié)理裂隙密集發(fā)育。

表1 環(huán)境邊坡危險源分區(qū)特征

危巖分區(qū)區(qū)域危險源特征左岸Z1區(qū)全風(fēng)化強卸荷花崗巖，為危巖集中區(qū)，易產(chǎn)生滑移?拉裂及崩塌破壞；下游側(cè)工程擾動較小，植被覆蓋較好Z2區(qū)強風(fēng)化、強卸荷花崗巖，穩(wěn)定性差，易沿第⑥組裂隙產(chǎn)生滑移?拉裂及崩塌破壞Z3區(qū)崩坡積物塊碎石土，松散堆積，在暴雨和地震作用下極易發(fā)生滑坡Z4區(qū)強風(fēng)化、強卸荷花崗巖，彎曲?拉裂破壞及蠕滑?拉裂破壞模式右岸Y1區(qū)強風(fēng)化、強卸荷花崗巖，穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生滑移?拉裂及崩塌破壞Y2區(qū)弱風(fēng)化上段，強卸荷花崗巖，穩(wěn)定性差，易于產(chǎn)生滑移?拉裂及崩塌破壞Y3區(qū)弱風(fēng)化上段，強卸荷花崗巖，穩(wěn)定性差，易于產(chǎn)生滑移?拉裂及崩塌破壞Y4區(qū)崩坡積物和施工棄渣，松散堆積

霧化區(qū)環(huán)境邊坡特指拱肩槽下游邊坡開口線至壩縱0+350樁號、970 m高程以上，影響水墊塘、二道壩施工及運營的左、右岸自然斜坡。由于環(huán)境邊坡受降雨、物理及化學(xué)風(fēng)化作用、卸荷作用、工程開挖、拱肩槽開挖爆破振動等因素的影響，易發(fā)生滑坡。為保障下部水墊塘、二道壩建筑物及人員、設(shè)備的安全，保障工程的順利施工和長期運營，環(huán)境邊坡危巖體防治極為重要。霧化區(qū)環(huán)境邊坡全貌見圖1。

圖1 霧化區(qū)環(huán)境邊坡全貌

2 危巖體穩(wěn)定評價

2.1 分區(qū)及結(jié)構(gòu)特征

左岸霧化區(qū)環(huán)境邊坡危巖體主要集中在下游邊坡開口線外至1號沖溝范圍，第一部分為開口線外至1號沖溝范圍內(nèi)危巖體。受第③組(β21、β24)、第④組陡傾角和第⑥組緩傾角裂隙切割，形成不規(guī)則塊體，風(fēng)化卸荷，穩(wěn)定性相對較差。不利結(jié)構(gòu)面組合見圖2。第二部分為1 275～1 240 m高程段坡面的崩坡積物和浮渣，極易發(fā)生滑坡。危巖體分為Z1～Z4共4個區(qū)。

圖2 不利結(jié)構(gòu)面組合

右岸霧化區(qū)環(huán)境邊坡危巖體主要分布于1 225 m高程以下坡面，拱肩槽下游坡開口線下游側(cè)200 m范圍內(nèi)。第一部分為受第④、⑤、⑥組裂隙切割，風(fēng)化剝蝕作用強烈，易發(fā)生滑移-拉裂式破壞。不利結(jié)構(gòu)面組合見圖3。第二部分為1 100～1 000 m高程段坡面上的崩坡積物和浮渣，松散堆積極易發(fā)生滑坡。危巖體分為Y1～Y4共4個區(qū)。

圖3 不利結(jié)構(gòu)面組合

左、右岸霧化區(qū)環(huán)境邊坡危巖體分區(qū)示意見圖4。危險源分區(qū)特征見表1。

圖4 霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡危巖體分區(qū)示意

2.2 分類

在總結(jié)危巖體分類方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實際，從可能失穩(wěn)巖(土)體的形態(tài)、規(guī)模等方面對危巖體進(jìn)行了分類，主要分4種類型：危巖體；危石、孤石；坡殘積物、崩坡積物；人工棄渣。危巖體形態(tài)見圖5。

圖5 危巖體形態(tài)

2.3 評價方法

根據(jù)邊坡危巖體的工程地質(zhì)條件及可能的失穩(wěn)模式，對危巖體穩(wěn)定性評價采用以現(xiàn)場宏觀定性評價為主，并輔以半定量評價方法(CSMR)。

2.3.1 現(xiàn)場宏觀定性評價

根據(jù)地形坡度、植被發(fā)育狀況、結(jié)構(gòu)面及巖體特征和危巖體類型，大崗山水電站霧化區(qū)環(huán)境邊坡穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)分為穩(wěn)定性極差、穩(wěn)定性差、穩(wěn)定性較差等3類，見表2。

2.3.2 半定量評價方法(CSMR)

CSMR分類體系是在巖體地質(zhì)力學(xué)-邊坡巖體分類(RMR-SMR)體系的基礎(chǔ)上，引入高度修正系數(shù)和結(jié)構(gòu)面條件修正系數(shù)，提出的一種既可用于邊坡巖體質(zhì)量評價，還可進(jìn)行穩(wěn)定性評價的方法。本文運用CSMR法，對大崗山水電站霧化區(qū)環(huán)境邊坡危巖體進(jìn)行分級評價。評價標(biāo)準(zhǔn)見表3

2.4 綜合評價

結(jié)合現(xiàn)場宏觀定性評價和半定量評價方法(CSMR)，大崗山水電站霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡危巖體各區(qū)域穩(wěn)定性綜合評價成果見表4。

3 霧化區(qū)環(huán)境邊坡治理措施

大崗山水電站霧化區(qū)環(huán)境邊坡危巖體主要由裂隙切割形成，風(fēng)化卸荷強烈。雖然危巖體規(guī)模較小，但分布范圍大，對下部水墊塘、二道壩施工及運營

表2 危巖體穩(wěn)定性定性評價

評價標(biāo)準(zhǔn)地形坡度結(jié)構(gòu)面組合狀況巖體結(jié)構(gòu)特征危險源邊界類型穩(wěn)定性極差>40°不利結(jié)構(gòu)面陡傾坡外(>40°) 結(jié)構(gòu)面普遍張開，巖體松動，不利結(jié)構(gòu)面組合完備 多為確定性危石、危巖體，部分為半確定性危石或孤石穩(wěn)定性差35°～40°不利結(jié)構(gòu)面陡傾坡外35°～40° 結(jié)構(gòu)面張開，不利組合完備 多為半確定性危石、危巖體，部分為確定性危石或孤石穩(wěn)定性較差30°～35°— 結(jié)構(gòu)面部分張開，不利組合較完備 多為不確定性危石、危巖體，部分為(半)確定性危石或孤石

表3 危巖體CSMR分級標(biāo)準(zhǔn)

CSMR值穩(wěn)定性狀況破壞方式破壞概率0～20極差大型平面0921～40差平面或大楔體0641～60較差平面或許多楔體0461～80穩(wěn)定一些楔體02

表4 危巖體穩(wěn)定性評價

危巖分區(qū)類型現(xiàn)場判定CSMR值穩(wěn)定性綜合評價左岸Z1區(qū)危巖體較差412較差Z2區(qū)危巖體差254差Z3區(qū)崩坡積物較差459較差Z4區(qū)危巖體WZ1、WZ2較差297～410較差危石WZ3、WZ5較差386～410較差危石WZ4、WZ6差211～238差右岸Y1區(qū)危巖體WY1差219差Y2區(qū)危巖體WY2差212差Y3區(qū)危巖體WY3較差285較差Y4區(qū)崩坡積物及人工棄渣極差—極差

期的危害不容忽視，必須對其進(jìn)行有針對性的防護治理。

對相鄰建筑物的影響程度的大小是控制建筑物安全措施與投資經(jīng)濟之間平衡的關(guān)鍵。本文從霧化區(qū)環(huán)境邊坡與水墊塘、二道壩、拱間槽下游側(cè)邊坡、抗力體的穩(wěn)定、抗力體排水洞、泄洪霧化影響的相互關(guān)系出發(fā)，對環(huán)境邊坡危巖體進(jìn)行了分區(qū)治理：

(1)首先對左、右岸霧化區(qū)環(huán)境邊坡所有危巖區(qū)域進(jìn)行危險源清理，再進(jìn)行防護，防護的程度要考慮對其他建筑物的影響。

(2)壩體泄洪霧化區(qū)局部雨強較大，松散堆積物和人工棄渣極易失穩(wěn)，形成小型泥石流或水石流。因此，需對低高程(1 135 m以下，特別是1 025 m以下)覆蓋層(Y4區(qū))和人工棄渣(Y4區(qū))進(jìn)行徹底清理；環(huán)境邊坡裂隙多張開，為避免霧化雨入滲，需對低高程以下區(qū)域(Z4 、Y4 、Y3局部)進(jìn)行封閉，并在坡面布設(shè)排水孔；若對霧化影響范圍以外的高高程危巖區(qū)域(Z1 、Z2、Y1、Y2、Y3局部)也進(jìn)行封閉，排架施工困難，經(jīng)濟投資也不合理，故采用施工方便、投資經(jīng)濟、節(jié)省工期的柔性防護網(wǎng)防護施工。

(3)拱間槽下游側(cè)邊坡排水集中在1 070、1 040 m和1 010 m高程馬道，向下游側(cè)環(huán)境邊坡排引。在右岸環(huán)境邊坡部位相應(yīng)高程布置3層馬道，與拱間槽馬道相銜接；左岸環(huán)境邊坡陡峻，無法形成馬道，故本文采用引管將水引向低高程排水溝。

(4)抗力體排水洞的水不能順坡漫流，設(shè)計采用了小型排水溝向附近截排水溝排引的方式處理。

4 結(jié) 論

本文在現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過定性評價和半定量評價，對大崗山水電站霧化區(qū)左、右岸環(huán)境邊坡危巖體進(jìn)行了穩(wěn)定狀態(tài)評價和失穩(wěn)模式的劃分，并根據(jù)危巖體的分布特點、工程影響大小、施工難度、施工干擾等影響因素，結(jié)合類似工程經(jīng)驗，提出了危巖體治理的設(shè)計方案。2015年5月，大崗山水電站工程蓄水，9月投入發(fā)電，至今運行1年有余，霧化區(qū)邊坡經(jīng)歷了壩身泄洪、雨季、風(fēng)季等多種運行工況及自然條件的挑戰(zhàn)，邊坡未發(fā)生任何影響電站正常運行和安全的破壞，證明了環(huán)境邊坡防治設(shè)計體系的合理性，為環(huán)境邊坡危巖體處理提供了有益經(jīng)驗和借鑒。

[1]劉宏， 宋建波， 向喜瓊. 緩傾角層狀巖質(zhì)邊坡小危巖體失穩(wěn)破壞模式與穩(wěn)定性評價[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2006， 25(8)： 1607- 1611．

[2]張保軍， 焦發(fā)解， 陳素紅. 清江隔河巖工程施工中的危巖體處理與對策[J]. 人民長江， 2003， 34(1)： 36- 37．

[3]譚繼文， 李潤偉. 江口水電站拱壩左岸1號危巖體穩(wěn)定分析[J]. 東北水利水電， 2005， 23(1)： 9- 11．

[4]顏天佑， 李同春. 索風(fēng)營水電站Dr2危巖體穩(wěn)定安全度有限元分析[J]. 河海大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版， 2009， 37(6)： 691- 696．

[5]韓祥森. 雅礱江錦屏一級水電站高位邊坡危巖體成因機理及其穩(wěn)定性研究[D]. 成都： 成都理工大學(xué)， 2006．[6]韓梅東. 深溪溝水電站庫區(qū)蘇姑坪危巖體穩(wěn)定性及支護方案研究[D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2007．

[7]牟英華， 陳再謙. 洪家渡水電站庫區(qū)文昌閣危巖體穩(wěn)定分析及入庫涌浪預(yù)測[J]. 貴州水力發(fā)電， 2007， 21(5)： 32- 36．

[8]周靈. 古瓦水電站壩址區(qū)右岸高邊坡及兩岸危巖體穩(wěn)定性研究[D]. 成都： 成都理工大學(xué)， 2008．

[9]劉衛(wèi)華， 羅倩， 黃潤秋， 等. 溪洛渡水電工程壩區(qū)高邊坡危巖體分類及穩(wěn)定性評價[J]. 水利水電科技進(jìn)展， 2008， 28(4)： 48- 51．

[10]胡亞東. 坪頭水電站庫區(qū)危巖體基本特征及穩(wěn)定性研究[J]. 陜西水利， 2010， 164(3)： 75- 76．

[11]郭素芳. 危巖體的分類及其風(fēng)險性評價[D]. 成都： 成都理工大學(xué)， 2008．

[12]宋勝武， 馮學(xué)敏， 向柏宇， 等. 西南水電高陡巖石邊坡工程關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2011， 30(1)： 1- 22．

[13]石豫川， 吉鋒. 大渡河大崗山水電站樞紐區(qū)環(huán)境邊坡危險源專題研究報告[R]. 成都： 成都理工大學(xué)， 2010．

[14]周龍壽， 丁立豐， 郭啟良. 不同壓裂介質(zhì)影響下絕對應(yīng)力測值的試驗研究[J]. 巖土力學(xué)， 2013， 34(10)： 2869- 2876．

[15]DL/T 5353—2006 水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范[S].

(責(zé)任編輯 楊 健)

Reinforcement Treatment of Environmental Slope at the Atomization Area of Dagangshan Hydropower Station

XIANG Baiyu1, LI Jianhui1, SHAO Jindong1, JIANG Qinghui2, WANG Feng1

(1. PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu 610072, Sichuan, China; 2. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, Hubei, China)

According to the geological conditions of left and right bank environmental slopes at the atomization zone of Dagangshan Hydropower Station, the macro-qualitative assessment method and semi-quantitative evaluation method (CSMR) are combined to evaluate the stability of risky rock masses in different zones of left and right bank environmental slopes. Based on the results of stability evaluation, the treatment principles and reinforcement measurements for risky rock masses are proposed and different control and treatment measures are implemented for each zone. The actual practice shows that the slopes at atomization zone do not occur any destruction which impacting the normal and safe operation of power station. The treatment design of environmental slope is reasonable．

environmental slope; treatment; risky rock mass; atomization area; Dagangshan Hydropower Station

2016- 03- 15

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”計劃)項目(2011CB013506)

向柏宇(1979—)，男，四川達(dá)州人，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計及技術(shù)管理工作；姜清輝(通訊作者).

TU457(271)

A

0559- 9342(2016)09- 0037- 04