白鶴灘水電站左岸11號堆積體治理方案優(yōu)化設(shè)計

陶俊佳，彭 育，賴道平，都 輝

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州，311122）

1 概述

白鶴灘壩址左岸下游11號堆積體邊坡位于左岸發(fā)電尾水洞出口下游、泄洪洞出口上游。堆積體規(guī)模大，局部穩(wěn)定性較差。大壩泄洪時河道水流流速的增大和泄洪霧化將惡化堆積體穩(wěn)定性。該堆積體離尾水洞出口很近，失穩(wěn)將抬高下游水位，從而影響引水發(fā)電系統(tǒng)的運行。為確保電站運行安全，需要對堆積體進行處理，提高堆積體穩(wěn)定性，消除對尾水的影響。堆積體地形地貌見圖1。

圖1 11號堆積體邊坡地貌Fig.1 The landform of No.11 deposit slope

2 堆積體邊坡工程地質(zhì)條件

11號堆積體位于左岸尾水出口與泄洪洞之間，高程590～1 000 m。覆蓋層為崩坡積物，主要為碎（塊）石混合土層，以玄武巖碎塊石為主，塊徑一般為0.2～1.0 m，大者3～5 m以上，松散且有架空；表層為較松散的含礫粉土、黏土，中部夾粉土質(zhì)礫夾層，以及邊坡前緣河流沖積的砂（卵）礫石。11 號堆積體坡度28°～30°左右，局部可達35°。11號堆積體中低高程厚度較大，上下游延伸范圍長，總方量大。根據(jù)物質(zhì)來源，將11號堆積體分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)兩個部分。Ⅰ區(qū)位于11 號堆積體上游側(cè)，分為兩個亞區(qū)：上部Ⅰ-1區(qū)由崩坡積物組成，分布于高程680 m以上，體積約50×104m3；下部Ⅰ-2區(qū)主要由沖積物（Q3）組成，上覆從Ⅰ區(qū)及上部邊坡滾落的崩坡積物，分布高程590～680 m，體積約150×104m3。Ⅱ區(qū)位于11號堆積體下游側(cè)，主要由崩坡積物組成，低高程分布有少量沖積物（Q3），覆蓋層體積約120×104m3，高程 590 m 以上體積合計約 320×104m3。具體見圖2～3。

圖2 11號堆積體平面示意圖Fig.2 The plan of No.11 deposit

圖3 11號堆積體剖面示意圖Fig.3 The section of No.11 deposit

3 堆積體自然邊坡穩(wěn)定性

3.1 邊坡級別和設(shè)計標準

11號堆積體位于左岸發(fā)電尾水洞出口下游、泄洪洞出口上游，若失穩(wěn)將壅高下游水位，從而影響引水發(fā)電系統(tǒng)的運行，因此將邊坡級別定為A類Ⅱ級，邊坡設(shè)計安全系數(shù)標準見表1。

表1 11號堆積體邊坡設(shè)計安全系數(shù)Table 1 Design safety factors of No.11 deposit

3.2 計算方法

極限平衡法是規(guī)范推薦的滑坡穩(wěn)定性分析計算方法[1]，本階段采用加拿大公司開發(fā)的GeoStudio系統(tǒng)軟件中的SLOPE/W模塊進行穩(wěn)定性分析計算。

根據(jù)DL/T 5353-2006《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》，邊坡穩(wěn)定性分析基本方法是極限平衡下限解法。SLOPE 軟件中有規(guī)范推薦的畢肖普（Bishop）法和摩根斯坦-普萊斯（M-P）法，其中M-P法為同時滿足力和力矩平衡的嚴格解法，故穩(wěn)定性評價以M-P法計算結(jié)果為主。

3.3 計算模型和工況組合

3.3.1 計算模型

11號堆積體內(nèi)無力學(xué)強度相對較低的成層體，選取與等高線基本垂直的勘Ⅷ-2、Ⅷ-3、Ⅷ-4、Ⅷ-5線剖面進行穩(wěn)定性分析，穩(wěn)定計算采用總應(yīng)力法。

3.3.2 計算工況

大壩泄洪時河道水流流速增大（流速約5～6 m/s）和泄洪霧化將對11 號堆積體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，故穩(wěn)定性計算工況按河水位及水上土體飽和程度劃分。自然狀態(tài)下的穩(wěn)定計算選擇天然河水位589 m工況；工程建成運行后，正常運行狀態(tài)下選擇正常尾水位601 m工況；短暫工況選擇下游重現(xiàn)期100年設(shè)計洪水位624 m 工況及下游601 m 河水位與暴雨疊加工況。白鶴灘水電站工程場地地震基本烈度為Ⅷ度，根據(jù)DL/T 5353-2006《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，邊坡設(shè)計應(yīng)考慮地震作用，水平向設(shè)計地震加速度取248 gal。持久設(shè)計狀況和短暫設(shè)計狀況按基本組合設(shè)計，偶然設(shè)計狀況采用偶然組合設(shè)計，穩(wěn)定分析工況見表2。

表2 11號堆積體穩(wěn)定性計算工況組合及評價標準Table 2 Conditions and evaluation criterions in stability calculation of No. 11 deposit

3.4 計算參數(shù)

11 號堆積體土體物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)采用地質(zhì)建議值，見表3。計算模型中土體自重在地下水位以上按天然容重計算，地下水位以下按浮容重計算；土體力學(xué)參數(shù)在地下水位以上按天然狀態(tài)指標取值，地下水位以下按飽和狀態(tài)考慮。

表3 11號堆積體邊坡堆積物物理力學(xué)參數(shù)計算采用值Table 3 Physical and mechanical parameters of No.11 deposit

3.5 計算結(jié)果分析

持久狀況下穩(wěn)定計算結(jié)果見表4。

表4 11號堆積體邊坡天然條件穩(wěn)定性分析結(jié)果Table 4 Stability analysis of No.11 deposit slope under natural conditions

通過天然條件下穩(wěn)定性分析可知，11號堆積體邊坡設(shè)計安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，上部表層崩坡積物的穩(wěn)定性較差，而工程建設(shè)對其穩(wěn)定性又有一定的不利影響，所以11 號堆積體邊坡穩(wěn)定性不滿足A類Ⅱ級邊坡要求，需進行處理[2]。

4 防護方案設(shè)計

4.1 處理方案

11 號堆積體的處理采用適度開挖放緩邊坡和分區(qū)防護的措施。河水位以下采用拋大塊石護坡，并在天然河水位高程設(shè)置混凝土防淘墻[3]；河水位以上至高程624 m 以下的覆蓋層邊坡采用貼坡混凝土護坡；高程624 m以上的坡面采用鋼筋混凝土網(wǎng)格梁+植草護坡；高程635 m 以上的覆蓋層邊坡采用A2類支護，支護措施為鋼筋混凝土網(wǎng)格梁+植草護坡[4]。局部巖質(zhì)邊坡采用隨機錨噴支護，坡面設(shè)置有效的表面排水措施。

11號堆積體邊坡的典型開挖支護剖面如圖4～5所示。

圖4 11號堆積體邊坡開挖平面示意圖Fig.4 The excavation plan of No.11 deposit slope

圖5 11號堆積體邊坡開挖剖面示意圖Fig.5 The excavation section of No.11 deposit slope

4.2 穩(wěn)定性復(fù)核

穩(wěn)定分析時不計錨桿框格梁的加固力，計算結(jié)果如表5所示。

表5 11號堆積體邊坡工程處理后穩(wěn)定性分析結(jié)果Table 5 Stability analysis of No.11 deposit slope after engineering treatment

工程處理后，邊坡最小安全系數(shù)正常運行工況下為1.199、短暫工況下為1.052、偶然工況下為1.079，均滿足A類Ⅱ級邊坡的穩(wěn)定要求。

5 開挖方案

技施階段發(fā)現(xiàn)基巖下伏，11號堆積體覆蓋層深度變厚，如圖6 所示。根據(jù)最新地質(zhì)條件，原設(shè)計方案中防淘墻的施工難度增大，且投資也進一步加大，在進一步認識11 號堆積體地質(zhì)條件和充分研究實施方案的基礎(chǔ)上，將治理方案調(diào)整為清除600 m 高程以上覆蓋層，局部巖質(zhì)邊坡較陡部位隨機設(shè)置錨索支護和噴錨支護。11 號堆積體處理方案見圖7。

圖6 11號堆積體基巖面等高線及剖面圖Fig.6 Bedrock surface contour and section of No.11 deposit

設(shè)計處理方案優(yōu)化后減少了支護工程量，取消了防淘墻，同時增加了200萬m3堆積體的開挖，總體上節(jié)約了工程投資，降低了11 號堆積體治理的施工難度和安全風(fēng)險。

6 結(jié)語

實際開挖過程中，在進一步認識11 號堆積體地質(zhì)條件和充分研究實施方案的基礎(chǔ)上，將11 號堆積體治理方案調(diào)整為清除600 m 高程以上覆蓋層，局部巖質(zhì)邊坡較陡部位隨機設(shè)置錨索支護和噴錨支護。目前，11 號堆積體開挖已完成，設(shè)計優(yōu)化后減少了支護工程量和投資，降低了11 號堆積體治理的施工安全風(fēng)險。