新疆下坂地電站廠房高邊坡特征及處理措施分析

趙雅敏，張俊雅

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001)

新疆下坂地電站廠房高邊坡特征及處理措施分析

趙雅敏，張俊雅

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001)

通過對下坂地電站廠房出口部位高邊坡地質(zhì)現(xiàn)狀的詳細(xì)分析，根據(jù)不同的地質(zhì)現(xiàn)狀及部位，分六個區(qū)域。經(jīng)過對六個分區(qū)進(jìn)行研究，對不同區(qū)域依據(jù)實際情況給出了相應(yīng)的處理措施，最終完成了廠房高邊坡設(shè)計方案。

高邊坡；邊坡形態(tài)；破壞方式；破碎巖面；錨筋樁；錨固

1 工程概況

下坂地水利樞紐工程位于新疆喀什地區(qū)葉爾羌河主要支流之一的塔什庫爾干河中游，是一座以生態(tài)補(bǔ)水和春旱供水為主，結(jié)合發(fā)電的大(2)型水利樞紐工程。水庫總庫容8.67億 m3，調(diào)節(jié)庫容6.93億 m3。電站總裝機(jī)150 MW，保證出力35.9 MW，年發(fā)電量4.644億 KW·h。距塔什庫爾干縣縣城45 km，距喀什市315 km。

下坂地水利樞紐工程由攔河大壩，右岸導(dǎo)流泄洪洞、左岸引水發(fā)電洞、電站廠房等主要建筑物構(gòu)成。攔河壩，導(dǎo)流泄洪洞為2級建筑物，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5 000 a一遇，電站為Ⅲ等工程，引水發(fā)電洞、調(diào)壓井、壓力管道及電站廠房為3 級建筑物，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。

下坂地水利樞紐工程的主要特點及難點為“三高一深”，即：高寒、高海拔、高邊坡及深厚覆蓋層。

由于下坂地電站站址處于高寒、高海拔、高邊坡區(qū)域，在高寒、高海拔、強(qiáng)震區(qū)及惡劣的氣候環(huán)境條件下，地下廠房有很大的優(yōu)越性，因此，下坂地電站選擇地下廠房形式。由于地下廠房各出口均位于高邊坡區(qū)域，為了運(yùn)行安全，對于出口高邊坡區(qū)域進(jìn)行了專門的設(shè)計。

2 邊坡概況

站址處山體雄厚，邊坡高達(dá)500 m以上。巖性為片麻狀黑云斜長花崗巖，巖石裸露，坡高170 m以下坡角35°，170 m以上為50°。上部山體較陡部位，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般2～4 m，坡腳處強(qiáng)風(fēng)化厚13.75 m。自然邊坡走向15°，傾向SE。電站廠房處山坡主要斷層均以壓扭型高傾角逆斷層為主，斷層帶寬度除F電16、F電21為1～2.5 m外，其余寬度一般為0.1～1.0 m，發(fā)育規(guī)模較小，斷層大多傾向坡里，傾角高陡，對邊坡穩(wěn)定有利。依據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)所“剛體極限平衡法”分析計算：整體邊坡在各種工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，從下部坡腳發(fā)生剪出破壞的可能性更小。因此可以認(rèn)為邊坡整體是穩(wěn)定的，僅在邊坡表層可能形成局部不穩(wěn)定塊體。

邊坡表層巖體受強(qiáng)風(fēng)化及侵入巖的流劈理、裂隙影響，表層巖體破碎，破壞形式以崩塌、墜落及風(fēng)化剝落破壞表現(xiàn)。邊坡巖體中存在的斷層未形成不利邊坡整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面組合，邊坡整體是穩(wěn)定的。

2.1 邊坡形態(tài)及特征

電站廠房山體雄厚，邊坡高達(dá)500 m以上，上、下游均有小型沖溝，以沖溝為界，中部邊坡巖體寬300余米，正面邊坡由下向上逐漸變窄，呈“△”型聳立。巖性為片麻狀黑云斜長花崗巖，其間有角閃巖以條帶狀或團(tuán)塊狀侵入。正面坡腳有崩塌塊石和風(fēng)化巖屑形成的碎石流堆積。自然邊坡走向20°，坡面傾向SE，正面邊坡平均坡度50°，高程2 795 m以下坡度35°，高程2 795～2 820 m(基巖前沿陡坡)65°～70°。廠房高邊坡中斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育，斷層規(guī)模一般較小，傾向一般與邊坡坡向相反，傾角高陡，不會對邊坡整體穩(wěn)定造成影響。

主要建筑物出口位于邊坡坡腳，上、下游沖溝處水石流對出口影響不大。

2.2 邊坡變形破壞方式

邊坡表層巖體受強(qiáng)風(fēng)化及侵入巖的流劈理、裂隙影響，表層巖體破碎，破壞形式以崩塌、墜落及風(fēng)化剝落破壞表現(xiàn)。邊坡巖體中存在的斷層未形成不利邊坡整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面組合，邊坡整體是穩(wěn)定的。

2.2.1 崩塌破壞

邊坡巖體由于邊坡陡峻及不利結(jié)構(gòu)面組合切割，在重力作用下邊坡巖體脫離母體，突然從陡峻的斜坡崩塌下來，堆積在坡腳。此種現(xiàn)象是該區(qū)常見的不良地質(zhì)作用，在電站站址區(qū)可見兩處：一處位于邊坡上部Ⅱ區(qū)下游，高程3 020 m附近，塌落方量數(shù)百方，其大部滾落入下游沖溝，坡腳尚存百余方，塌落寬度20余米，高度10余米，后緣邊坡塌落后坡度60°左右，面光滑平直，目前尚穩(wěn)定；另一處位于F電1斷層下游側(cè)，塌落寬度約20余米，高度5～7 m，坡腳塌落方量百余方，塌落后上部巖體形成反坡高懸、危象明顯。

2.2.2 墜落破壞

懸崖陡坡上的巖塊突然墜落，或稱落石。此種現(xiàn)象在該處時有發(fā)生?，F(xiàn)坡腳巖石塊體大部為此種破壞形式的產(chǎn)物，塊度一般為1～2 m，大者6～8 m，現(xiàn)邊坡上仍然有危巖塊體存在，最為典型的為邊坡上部(Ⅰ區(qū)范圍內(nèi))上游側(cè)的危巖塊體，其高十余米，寬6～8 m，高高聳立在邊坡上部。

2.2.3 剝落破壞

邊坡表面巖體長期經(jīng)受風(fēng)化、沖刷的影響，巖體破碎呈巖屑、碎石，經(jīng)常不斷的沿坡面滾落，形成碎石流堆積于坡腳。

2.3 影響邊坡變形破壞及穩(wěn)定的主要因素

影響邊坡變形破壞及穩(wěn)定的主要因素主要有：邊坡地形因素，構(gòu)造及巖體結(jié)構(gòu)因素，風(fēng)化作用因素。

(1)邊坡地形因素：邊坡上、下游發(fā)育有沖溝，且局部切割較深，外側(cè)邊坡部分形成高陡邊坡，對邊坡的變形及穩(wěn)定不利。

(2)構(gòu)造及巖體結(jié)構(gòu)因素：協(xié)力波斯斷裂從電站下游1.5km處通過，受該斷裂影響，電站邊坡斷層、構(gòu)造裂隙較為發(fā)育。斷層、構(gòu)造裂隙的切割，使巖體的整體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，為后期的物理地質(zhì)作用提供了有利條件。

(3)風(fēng)化作用因素：風(fēng)化作用直接影響巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，風(fēng)化作用使巖石強(qiáng)度減弱，裂隙增加，沿裂隙風(fēng)化時可使巖體脫落或沿斜坡滑動。在后期塑造和改變地形形態(tài)中起主要作用，在工程區(qū)物理風(fēng)化作用尤為突出。

3 邊坡的處理措施

依據(jù)對廠房后背邊坡的分析，做以下處理：高程3 100 m以上，對局部表層圍巖進(jìn)行清除，并沿3 100 m高程線設(shè)置被動防護(hù)網(wǎng)，在防護(hù)網(wǎng)前設(shè)置攔石溝，夠?qū)?.5 m，溝深1 m，攔截3 100 m高程以上邊坡的落石，在暴雨時疏導(dǎo)洪水及泥石流。把山體上部發(fā)生的洪水及泥石流，疏導(dǎo)至兩側(cè)的溝道，確保不進(jìn)入廠區(qū)。攔石溝在每次暴雨或泥石流發(fā)生后，應(yīng)及時清理。對高程3 000 m以下，按照不同的地質(zhì)區(qū)域采用不同的處理措施，既滿足運(yùn)行安全又節(jié)約投資。

電站廠房后背高邊坡整體穩(wěn)定，但山體表層巖體受風(fēng)化、卸荷及結(jié)構(gòu)面的不利組合的影響，表部巖體發(fā)育較多不穩(wěn)定塊體，但厚度較薄，規(guī)模較小。因此對邊坡不穩(wěn)定體處理的基本原則是盡量利用巖體本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少開挖清除量，最大限度控制削坡總量，同時增加綜合防護(hù)工程措施進(jìn)行處理。對邊坡中影響施工和今后運(yùn)行安全的破碎巖和危巖體必須開挖清除，對現(xiàn)狀不同結(jié)構(gòu)類型組合的不穩(wěn)定巖體則采取綜合工程加固處理措施。在電站廠房高邊坡地質(zhì)勘察中，按照不穩(wěn)定體的分布范圍，將高程3 100 m以下集中的、面積較大和特征明顯的不穩(wěn)定體分為6個區(qū)。對邊坡必須開挖清除處理的危巖體范圍按照分區(qū)進(jìn)一步優(yōu)化，同時對邊坡各分區(qū)巖體需錨固處理的范圍及深度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3.1 Ⅰ區(qū)

Ⅰ區(qū)位于電站邊坡上部、上游沖溝左岸邊坡頂部，高程2 734～3 055 m，平均坡度47° ，坡比1：0.93。邊坡巖體受風(fēng)化及結(jié)構(gòu)面組合切割，巖體破碎，邊坡表層存在厚度2～8 m的不穩(wěn)定體。根據(jù)其巖體的破碎程度及破碎巖體的發(fā)育厚度，又可分為Ⅰ―1、Ⅰ―2兩個小區(qū)。

Ⅰ―1區(qū)不穩(wěn)定巖體主要受短小密集的裂隙切割，淺層3～5 m的巖體極其風(fēng)化破碎，巖體松馳，穩(wěn)定性極差，并在中、上部有一高10 m多，寬6～8 m的危巖體，將其一并開挖清除。

Ⅰ―2巖體表層破碎，清除表層零星危石。

清除開挖完成后對Ⅰ區(qū)采用主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

3.2 Ⅱ區(qū)

Ⅱ區(qū)位于電站邊坡上部，高程2 929～3 092 m，平均坡度47°，坡比1：0.93，該區(qū)邊坡巖體主要受長大結(jié)構(gòu)面及斷層控制，結(jié)構(gòu)面組合對邊坡巖體穩(wěn)定性不利，同時局部地段受裂隙組合切割，巖體穩(wěn)定性極差。根據(jù)邊坡巖體破碎程度及分布厚度，該區(qū)可分為Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4四個小區(qū)。

Ⅱ-2、Ⅱ-3區(qū)中部分巖體存在傾向坡外，傾角45°的結(jié)構(gòu)面，連通性好，且坡角臨空，結(jié)構(gòu)面卸荷，同時后期風(fēng)化作用使原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大，巖體穩(wěn)定性極差，厚度5～10 m，底部結(jié)構(gòu)面連通性好，且下部剪出口已臨空，部分塊體已滑塌，因此對Ⅱ-2、Ⅱ-3區(qū)中不穩(wěn)定塊體進(jìn)行全面開挖清除，清除厚度8 m。

其余為松散破碎不穩(wěn)定和巖體松動不穩(wěn)定區(qū)，強(qiáng)風(fēng)化厚度3～5 m，構(gòu)造裂隙及重力作用下的卸荷裂隙使巖體松動,松動巖體厚度8～10 m，將松動不穩(wěn)定巖體全部清除。

清除完成后，采用9 m錨筋樁錨固，局部破碎巖面采用柔性防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

3.3 Ⅲ區(qū)

Ⅲ區(qū)位于電站邊坡中部，高程2 835～2 935 m，自然邊坡平均坡度50°，坡比1：0.86。邊坡巖體三面臨空，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，同時巖體受結(jié)構(gòu)面切割，邊坡巖體破碎，,存在大量傾向坡外的緩傾角裂隙，不利邊坡巖體穩(wěn)定。不穩(wěn)定巖體厚度2～6 m，依據(jù)不穩(wěn)定巖體的破碎程度及厚度又可分為Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3三個小區(qū)。

調(diào)壓井道路施工已將Ⅲ區(qū)中的Ⅲ-1、Ⅲ-3區(qū)范圍內(nèi)的不穩(wěn)定巖體基本清除，局部路段部分不穩(wěn)定體，進(jìn)行再次清除。Ⅲ-2區(qū)巖體基本未受道路開挖影響，三面臨空，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，邊坡表部存少量松動危巖體，尤其在邊坡頂部較多，但分布零散。對危巖體撬挖清除，再對整個Ⅲ-2區(qū)坡面進(jìn)行錨固處理，采用全長粘結(jié)φ22砂漿錨桿進(jìn)行錨固，錨桿布置，水平方向沿同一高程線3 m水平控制，豎直方向按高程控制，排距2 m。清除錨固完成后，再對局部破碎巖面采用GPS2型柔性防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

3.4 Ⅳ區(qū)

Ⅳ區(qū)位于電站邊坡下部上游側(cè)，高程2 785～2 895 m，邊坡坡度54°，坡比1：0.75。側(cè)邊坡高30余米，坡度大于80°。依據(jù)不同破壞模式分為Ⅳ-1、Ⅳ-2兩個小區(qū)。

Ⅳ-1區(qū)邊坡結(jié)構(gòu)面傾向坡外，表層巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，同時受傾向坡外裂隙的組合切割，邊坡巖體穩(wěn)定性差。不穩(wěn)定巖體厚度2～5 m，Ⅳ-1區(qū)整體坡面較緩。Ⅳ-2區(qū)巖體存在傾向坡外的緩傾角裂隙，延伸長度大，且坡腳臨空，對邊坡穩(wěn)定不利。不穩(wěn)定體長90余米，寬5～7 m，厚8～10 m。將Ⅳ區(qū)表層不穩(wěn)定體清除，Ⅳ-1區(qū)2 800 m高程以上，采用全長粘結(jié)φ22砂漿錨桿進(jìn)行錨固，單根錨桿長5 m。錨桿布置，水平方向沿同一高程線2 m水平控制，豎直方向按高程控制，排距2 m。2 800 m高程以下(共5排)及Ⅳ--2區(qū),采用φ22砂漿錨筋樁進(jìn)行錨固，錨筋樁長度為9m。錨筋樁布置，水平方向沿同一高程線3 m水平控制，豎直方向按高程控制，排距3 m。

錨固處理完成后，對2 800 m高程以下區(qū)域，采用GPS2型主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

3.5 Ⅴ區(qū)

Ⅴ區(qū)位于Ⅲ區(qū)下部，在電站邊坡前沿中部，高程2 784～2 852 m，正面前沿邊坡坡度65°～70°，坡比1：0.34～0.4。

該區(qū)邊坡裂隙組合復(fù)雜，巖體切割破壞嚴(yán)重，裂隙密集、巖體破碎。邊坡巖體主要受高傾角裂隙及傾向坡外的裂隙組合及小斷層控制，巖體較破碎，穩(wěn)定性較差，不穩(wěn)定體厚度2～4 m左右。清除表面不穩(wěn)定體后，采用全長粘結(jié)φ22砂漿錨桿錨固，單根錨桿長5 m。錨桿布置，水平方向沿同一高程線2 m水平控制，豎直方向按高程控制，排距2 m。該區(qū)底部存在局部倒坡，在清理出基巖面后，采用M10漿砌塊石補(bǔ)坡。

最后，對表面巖石破碎區(qū)域，采用GPS2型主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

3.6 Ⅵ區(qū)

Ⅵ區(qū)位于電站邊坡下游，高程2 780～2 845 m，邊坡坡度72°～80°，地處Ⅴ區(qū)下游側(cè)的坡腳附近。

該區(qū)上游側(cè)沿斷層有沖溝發(fā)育，巖體三面臨空，表層巖體卸荷，同時巖體受斷層、裂隙及風(fēng)化巖脈影響，巖體破碎，穩(wěn)定性差，不穩(wěn)定體厚度2～6 m。同時Ⅵ區(qū)下部不穩(wěn)定巖體崩塌后，坡腳臨空，對上部巖體穩(wěn)定性不利。先撬挖清除危巖體后，對臨空面采用M10漿砌塊石補(bǔ)坡砌護(hù)。然后清除表面不穩(wěn)定體，再采用全長粘結(jié)φ22砂漿錨桿錨固。單根錨桿長5 m，錨桿布置，水平方向沿同一高程線2 m水平控制，豎直方向按高程控制。

該區(qū)底部存在局部倒坡，在清理出基巖面后，采用M10漿砌塊石補(bǔ)坡。對表面巖石破碎區(qū)域，采用GPS2型主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)。

最后對于其余部位坡面進(jìn)行清除，并對幾處倒懸?guī)r體采用M10漿砌塊石填塞加固。

4 結(jié)語

通過對電站廠房各出口及出線平臺處邊坡的深入細(xì)致的研究，根據(jù)對不同情況進(jìn)行區(qū)分處理，立足于節(jié)約的基礎(chǔ)上，保證工程安全的前提下，進(jìn)行了多次方案比較，給出了以上的處理措施。從2009年完工運(yùn)行至今，邊坡穩(wěn)定，無不安全事故出現(xiàn)。尤其是2013年8月24日，下坂地水利樞紐工程現(xiàn)場突發(fā)短時大暴雨，暴雨引發(fā)山洪、滑坡和泥石流災(zāi)害，造成工程區(qū)多處部位受災(zāi)，經(jīng)過處理的廠房邊坡完整無損，由此說明我們的邊坡設(shè)計方案是安全可行的。

[1]鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理.人民交通出版社.

[2]濮聲榮.工程地質(zhì)實踐與探索.陜西科學(xué)技術(shù)出版社.

[3]熊傳治.巖石邊坡工程.中南大學(xué)出版社.

[4]張永興.邊坡工程學(xué).中國建筑工業(yè)出版社.

2017-06-14

趙雅敏(1976-)，女，陜西白水人，工程師，主要從事水工建筑物設(shè)計工作。

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1004-1184(2017)04-0114-03