金沙江乌东德水电站坝址左岸高位边坡浅表部块体加固治理

李冠楠

（中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，陕西 西安 710061）

金沙江乌东德水电站坝址左岸高位边坡浅表部块体加固治理

李冠楠

（中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，陕西 西安 710061）

对乌东德水电站左岸缆机平台以上边坡软弱结构面相互切割形成的浅表部块体失稳原因进行了客观分析，提出了截、排水，混凝土嵌补，锚喷支护，安全监测和控制爆破等加固技术措施，并对其治理效果进行了分析。

金沙江乌东德水电站；边坡工程；浅表部块体；加固措施；治理效果

0 引言

高边坡是指高度大于30m的岩质边坡和高度大于20m 的土质边坡［1-2］。在山区进行水电工程建设时，会不可避免地出现各种类型的高边坡。由于受到岩体结构面组合影响，在边坡开挖施工中，会出现块体失稳、滑塌等事故。当其中的软弱结构面组合不利时，边坡可能发生大规模的变形破坏，影响边坡的整体稳定性。当软弱结构面组合有利于边坡整体稳定时，边坡的工程地质问题主要表现为浅表层块体的稳定性。因此，山区水电工程在选址时，要经历长期、详细的地质勘探，在区域地质基础上，对高边坡整体稳定性做深入、细致地研究，从而使边坡的整体稳定性能够得到充分保证。但是，边坡工程作为一个复杂、开放的动态系统，在施工过程中会遇到各种不可预知的浅表层块体，对这些危岩体若不及时采取针对性治理措施，将对施工人员、设备安全产生不利影响，严重的还将延误整个工期，造成极大的经济损失。

乌东德水电站位于四川省会东县与云南省禄劝县交界的金沙河上，是金沙江下游河段4个水电梯级的第一梯级，控制流域面积40.61万km2，其枢纽工程为Ⅰ等大（1）型工程。该电站地处青藏高原东南边缘的川滇山地，金沙江深切于高原面之下，形成典型的深切峡谷。坝址左岸坡顶高程为1 836m，右岸坡肩高程为1630m，自河床起算边坡高度为830～1 036m，属超高边坡。本工程出露的浅表部块体多数通过加强锚固措施，稳定性均得到较大改善，但仍有少数块体发生失稳破坏。笔者探讨了左岸缆机平台以上边坡浅表部块体的加固治理措施。

1 乌东德水电站坝址左岸边坡概况

表1 乌东德水电坝址左岸缆机平台以上边坡概况T ab.1 Side slope general situation of Wudongde hydropower dam site left bank cable crane platform

乌东德水电站左岸缆机平台以上边坡治理工程包括出线场边坡和缆机平台边坡，出线场边坡按走向分为上游侧坡、正面坡；缆机平台边坡按走向分为上游侧坡、正面坡、下游侧坡。各边坡的具体情况如表1所示。

工程区浅表层块体特征主要表现为：（1）方量较大，超过百方的块体占统计数的82%。（2）出露块体的稳定性相对较好，多数处于基本稳定状态，可采取锚固处理措施予以处理；少数稳定性较差，受外界因素影响较大，发生失稳破坏可能性较大。（3）块体主要发育于马道附近，方量较小的块体多被清理，对坡面成型效果影响较大，形成较严重的地质超挖，造成马道成型困难，使坡面整体效果受到影响。（4）随机揭露出的浅表层危岩体变形破坏模式主要为崩塌或滑动破坏。

2 工程区地质条件

2.1 地形地貌

乌东德水电站坝址边坡所处河谷段属中山峡谷地貌，岸坡高陡、地势险峻，山顶高程为1 836m。以高程1 050～1 200m为界，两岸岸坡可分为3段。高程1 200m以上，岸坡相对较缓，平均坡度约为30°～45°，局部坡度较陡。高程1 050～1 200m，局部发育，为崩滑堆积体形成的缓台。高程1 050m以下，河谷狭窄，岸坡陡立，平均坡度约为60°～75°，在形态上呈现出狭窄的“V”型峡谷嵌套“嶂谷”，地形基本对称（如图1所示）。

图1 坝址区地形横剖面Fig.1 Dam site terrain cross section

2.2 地层岩性

边坡所处位置为褶皱基底中元古界会理群地层，主要出露落雪组第二段第二亚段（Pt2l2－2）至第三段第五亚段（Pt2l3－5）地层。Pt2l2－2、Pt2l2－3岩性以灰岩夹大理岩化白云岩为主，Pt2l3－1、Pt2l3－2、Pt2l3－3、Pt2l3－4、Pt2l3－5以灰色厚层灰岩、大理岩、白云岩为主。岩层走向为80°～100°近EW向、倾向S、倾角75°～85°，近横河向展布，陡倾下游。

2.3 地质构造

边坡所处位置主要构造形迹有断层、裂隙。断层总体不发育，主要发育两组裂隙，一组为260°∠40°～60°的中倾角优势裂隙，另一组为90°∠10°～30°的缓倾角裂隙，仅在局部出露。

2.4 风化卸荷特征

工程区没有典型意义上的风化现象，主要表现为裂隙性风化。风化作用为沿裂隙、层面及层间剪切带的风化蚀变或褪色现象。卸荷作用整体相对较弱，卸荷变形轻微，局部卸荷作用较强。

2.5 水文地质条件

贮存于落雪组岩体中的地下水主要为岩溶裂隙水，地下水位埋深均较大，埋深一般为150～250m，对边坡影响较小。

3 失稳原因分析

3.1 临空面卸荷裂隙影响

边坡的开挖是一个卸荷回弹的过程，岩体自然平衡状态会遭受破坏。就本工程边坡而言，在自然边坡体型设计线附近，局部边坡岩体向临空方向已产生明显的松弛变形，是受卸荷影响较严重的区域。其下界面为近似平行岸坡的张开裂隙。这些卸荷裂隙与层面等结构面相互组合切割，在坡面上形成稳定性相对较差的块体。

3.2 局部溶蚀及地表水渗流影响

受岩性影响，边坡深部岩体在局部发育溶蚀现象。其中，沿层面及卸荷裂隙溶蚀现象较明显，多充填了泥钙质或泥质，使岩体整体性、强度均降低。此外，这些裂隙会成为地表水、施工用水进入坡面深层的潜在通道。降雨入渗会导致边坡孔隙水压力的暂时升高，块体颗粒间有效应力、黏聚力均会出现很大程度的降低。此种变化会进一步推动裂隙的扩展，渐进性破坏岩体的整体性，使边坡发生破坏。因此，它往往是边坡失稳的重要诱发因素。

3.3 系统支护未得到及时有效实施

本工程每级边坡高15m，实际开挖高度为每级13.5m，预留1.5m保护层。待开挖、出渣完成后，搭设脚手架进行系统支护 （包括浅层支护及深层支护）。由于施工场地相对较狭小，每级边坡爆破完成后，出渣时间较长，加之现场各工序衔接不紧密，使系统支护未能及时有效地进行，系统支护较开挖施工相对滞后，使已开挖岩面暴露时间较长，增加了块体失稳风险。

3.4 爆破振动的影响

在进行高程1 076.5 m爆破时，在爆区后高程1 090.0m、1 105.0m、1 120.0m 3级马道基岩表面布置振动监测点（如图2所示），进行爆破过程的监测。通过分析监测数据，本次爆破区最大质点振动速度为15.44 cm／s。本工程边坡开挖技术要求规定，上一台阶坡脚的质点振动速度控制标准为15.00 cm／s。所以，本次爆破质点振动速度超过了控制标准。结合爆破振动的波形及爆破网络设计，振动超标是由主爆孔单段药量过大引起的。

图2 振动测点布置Fig.2 Vibration monitoring point arrangement

4 加固治理技术

从工程实际出发，根据短期应急加固与长期综合治理相结合的思路，采取了以下措施。

4.1 防渗和排水措施

遵循治坡先治水原则，需要一方面尽量减少地表水向边坡岩体的渗透，另一方面及时排除边坡岩体中的地下水。本工程边坡主要的截、排水措施包括：（1）边坡体型设计线以外、坡面顶部的宽大裂隙，采用M25沙浆进行回填灌浆，以便降低地表水下入渗量。（2）边坡体型设计线以外一定范围（3～5m），修砌截水沟，采用C20混凝土对截水沟至体型设计线位置进行喷护，定期清理截水沟，以保证排水畅通。（3）每级边坡底部岩体台阶以上1m位置处，布设一排孔深为9m、孔径为91mm的深排水孔。其余部位，排水孔深为6m，孔径为56mm，孔间距为4m× 4m，仰角为10°。

4.2 混凝土嵌补

对于滑塌部位所形成的凹腔，首先清顺坡型，在倒悬部位采用强度等级为C25的二级配混凝土进行贴坡浇筑，使超挖部分满足设计体型要求。浇筑混凝土前，先布设插筋（直径为25mm、长度为2m，外露长度为1m，间排距为1m×1m），并在浇筑嵌补部位预埋回填灌浆管，待混凝土强度达到设计标准后，再采用M25沙浆回填灌浆。

4.3 锚喷支护

4.3.1 随机锚固

在危岩体影响部位周边实施随机锚固。高程1 082m、1 080m处布设2排直径为28mm、长度为9 m的锚杆。锚杆间距为2 m、倾角为10°。高程1 095m、1 086m、1 084m处布设3排直径为28mm、长度为12 m的锚筋桩。锚筋桩间距为2 m、倾角为10°。高程1 092m、1 088m处布设2排长度为40m、张拉吨位为2 000 kN的锚索。锚索间距为5m、倾角为15°、方位角为NE61.6°。

4.3.2 系统锚杆（索）加固

按原设计方案进行边坡系统支护施工。系统锚索（杆）的布置情况为：开口线以下1m处，布设2排直径为28mm、长度为9m、间排距为1m×1m的锁口锚杆；在锁口锚杆以下布设直径为25mm、长度为6m、间距为2m×2m的系统锚杆。开口线以下布设张拉吨位为2 000 kN、长度为30m（锚固段长度8m）、间排距为5m×6 m的预应力锚索。

4.3.3 调整系统锚杆参数

滑塌部位嵌补完成后，将周边受影响区域的系统锚杆参数调整为：直径为32mm、长度为12m m、间排距为1.5m×1.5m。

4.3.4 坡面防护

对已开挖的坡面进行素喷及挂网喷护。素喷混凝土强度等级为C25，喷射总厚度为12 cm。在此基础上，挂设直径为6.5mm、间距为20 cm×20 cm的单层钢筋网，进行网喷防护。到有效加固，坡面整体稳定性得到保证。

4.4 安全监测和爆破控制

边坡安全监测包括施工安全监测、处治效果监测和动态长期监测。本工程在高程1 090～1 075m段正常布设多点位移计、预应力锚索测力计和锚杆应力计等施工安全监测设备。在危岩体部位（高程1 088m），增设锚索测力计1台，用于监测块体变形状况，以掌握边坡变形动态。

岩质边坡开挖爆破会使浅表层块体岩石的剪应力增加，结构面裂隙扩展和延伸，甚至产生新的爆破裂纹和微裂隙，降低结构面力学参数指标，松动浅表层块体，对马道附近块体的稳定性极其不利［3］。因此，在岩质边坡的开挖中，采用预裂爆破、光面爆破、减震爆破等控制爆破技术，合理设定爆破震动安全判据和控制标准，在满足爆破效果的前提下，最大限度削弱和减少爆破振动对边坡岩体的影响。

5 加固治理效果分析

（1）变形位移量分析。多点位移计一个月的观测数据如图3所示。由图3可知，孔口最大位移量为0.24mm，最小位移量为-0.06mm，监测值月变幅较小，最大变形量在可控范围内。

（2）锚索受力分析。位于高程1088m的BGK4900型锚索测力计设计荷载为2 000 kN，锁定张拉荷载为2 028.5 kN，卸载后荷载为1 792.7 kN。一个半月的观测数据如图4所示。由图4可知，卸压之后，锚索测力计的应力值在逐渐减小，期间出现的数据波动，主要是受到其他部位爆破的影响，锚索锚固力维持在1 700 kN。

综上所述，通过以上措施的实施，危岩体部位得

图3 多点位移计监测成果Fig.3 Multipoint displacement monitoring results

图4 锚索测力计监测成果Fig.4 Anchor cable dynamometer monitoring results

6 结语

边坡开挖后，因荷载的变化及爆破振动影响，应力状态会随之调整，在结构面相互切割部位易产生块体失稳破坏，尤其是受软弱结构面控制的浅表层危岩体。因此，施工中在做好边坡整体防护的同时，应重点关注此类块体，并灵活、综合运用各种加固治理措施。同时，结合施工期安全监测对加固效果进行动态跟踪，才能保证块体稳定，获得安全、经济的综合效益。

［1]黄润秋.岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制［J］.岩土力学与工程学报，2008，27（8）：1526-1544.

［2]王恭先.高边坡设计与加固问题的讨论［J］.甘肃科学学报，2003，15（8）：5-9.

［3]吕淑然.露天台阶爆破地震效应［M］.北京：首都经济贸易大学出版社，2007:123-125.

[责任编辑 杨明庆]

TV731.11

B

10.13681／j.cnki.cn41-1282／tv.2017.01.002

2016-10-21

李冠楠（1985-），男，工程师，硕士，主要从事水电工程地下洞室、高边坡稳定性及加固治理等方面的工作。