多诺水电站导流(放空)洞闸门竖井边坡开裂变形分析及处理措施

2012-12-19李廷友

水电站设计 2012年4期

黄刚,李廷友

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 前言

多诺水电站位于四川省九寨沟县白水江流域一级支流黑河上游，属黑河～白水江水电规划一库七级方案中的龙头电站。首部枢纽由112m高的混凝土面板堆石坝、取水口、泄洪洞、导流(放空)洞等建筑物构成。水库正常蓄水位2 370m，总库容5 622万m3。电站利用水头350m，装机容量100MW。

导流(放空)洞布置于黑河右岸，竖井布置于若九公路内侧5m，边坡于2008年1月开挖完成，2008年5月系统支护完成，采用喷锚支护。边坡最大开挖高度53m。2009年4月27日，发现竖井上、下游边坡及内侧边坡混凝土喷层有不同程度的开裂，开裂前连续3天强降雨。2010年8月6日，上游侧坡发生垮塌，塌方前连续两天强降雨。

2 工程地质条件

闸门井竖井平台高程为2 375m，其上游侧边坡坡高一般为7～12m，最大坡高15m，走向N20°W，坡体上部有少量强风化岩体，厚0.5～1m，以下均为强卸荷岩体，开挖坡比为1∶0.5～1∶0.6。边坡中上部岩性为中厚层砂岩夹少量薄层板岩，中下部为薄层砂岩与薄层板岩互层。岩层产状为N15°W/ SW∠75°。边坡岩体风化卸荷强烈，岩体为碎裂～层状结构，局部散体结构，层面陡倾上游，边坡为逆向坡，层面对坡体稳定不具控制性，边坡稳定主要受岩体强度控制。

内侧坡坡高约50～55m，顶部0.5～1.0m为块碎石土，结构松散，强度低，自稳能力差。2 400～2 428m高程开挖坡比为1∶0.75，边坡岩体总体以强风化、强卸荷岩体为主，结构松散，为碎裂～散体结构，岩体自稳能力差；2 400m高程以下至闸门井平台开挖坡比为1∶0.35，边坡岩体以强卸荷为主，除层面裂隙发育外，主要发育两组裂隙，即①N80°W/SW∠80°和②N80°W/NE∠35°～40°，间距20～40cm，迹长1～3m，个别长5～7m，大多张开，开度一般3～5mm，个别张开大于1cm，多充填次生泥。层面产状与坡面大角度相交或近于垂直，内侧坡为横向坡，边坡稳定主要受岩体强度控制。

下游侧坡坡高15～20m，上部有部分强风化、强卸荷岩体，下部以强卸荷岩体为主，坡体结构以碎裂～层状结构为主，岩体破碎，层面与坡面小角度相交或近于平行，边坡为顺向坡。局部有倒悬体。

3 裂缝性状特征

2009年4月27日，发现竖井上、下游边坡及内侧边坡混凝土喷层有不同程度的开裂，其裂缝分布见图1，性状描述见表1。

4 裂缝开裂原因分析及稳定性评价

(1)上游侧坡岩体风化卸荷强烈，碎裂～层状结构，局部散体结构，层面陡倾上游，边坡为逆向坡，层面对坡体边坡稳定不具控制性，边坡稳定主要受岩体强度控制。三条裂缝为纵向缝，与上游坡小角度相交或近于平行陡倾闸门井(下游)，向竖井方向和公路外侧产生张开变形。由于上游边坡及公路开挖后，边坡表浅部松散岩体在雨水等作用下强度很低，自稳能力极差，边坡表浅部松散岩体向闸门井和公路外侧变形张开，直至垮塌，边坡的稳定性由岩体强度控制。

表1 导流(放空)洞闸门竖井边坡裂缝性状特征

图1 闸门井边坡裂缝调查平面示意

(2)内侧坡2 400m高程以上为强风化、强卸荷岩体，结构松散，为碎裂～散体结构，岩体自稳能力差，开挖坡比较陡，1∶0.75；2 400m高程以下岩体多以弱风化、弱卸荷岩体为主，局部强卸荷，层面与坡面大角度相交或近于垂直，层面对坡体稳定不具控制性，坡体整体基本稳定，开挖坡比较陡，1∶0.35。施工过程中在高程2 407～2 409m产生了两条近水平延伸的裂缝，长约6～7m，张开约0.5～2cm，走向为N75°E，至2009年4月27日，裂缝均有不同程度的扩张。边坡表浅部为强风化、强卸荷岩体，裂缝在雨水作用下进一步扩张，边坡的稳定性由岩体强度控制。

(3)下游侧坡上部有部分强风化、强卸荷岩体，下部以强卸荷岩体、碎裂～层状结构为主，层面与坡面小角度相交或近于平行，边坡为顺向坡，局部有倒悬体。下游侧两条裂缝，陡倾闸门井内(上游)，一是因为上部岩体破碎强度较低，在雨水作用下有可能开裂变形；二是因为岩层层面陡倾坡外，坡体为顺向坡，边坡整体稳定性较差，层面蠕滑也可能使边坡变形开裂。因此下游侧边坡开裂是二者联合作用的结果。

综上所述，上游侧坡及内侧坡的裂缝开裂，是由于边坡岩体风化卸荷强烈，岩体强度较低，自稳能力差，在长期自重作用及雨水作用下，产生的开裂变形。边坡稳定性主要由岩体强度控制，边坡稳定性较差。下游侧裂缝一方面是由于边坡表浅层岩体风化卸荷强烈，强度较低，自稳能力差，在雨水长期作用下，有可能产生开裂变形；另一方面岩层层面陡倾闸门井，边坡为顺向坡，层面可能产生蠕滑变形。边坡整体稳定性较差。

5 支护处理措施

由于该边坡总体不高，最大坡高仅有50余米，经过定性分析判断，2009年5月对闸门井边坡增设了如下支护处理：

(1)上游侧坡削坡与公路平顺连接，挂钢筋网φ6.5@0.15m×0.15m，喷混凝土0.12m，布置锚杆φ25，L=4.5m，间、排距3.0m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，间、排距2.5m，梅花形布置；在下部设置高3.0m的浆砌块石挡墙。

(2)内侧坡2 385～2 400m高程增设间距2.5m的混凝土框格梁，节点布置锚筋束3φ25，L=9.0m。

(3)下游侧坡削坡与公路平顺连接，挂钢筋网φ6.5@0.15m×0.12m，喷混凝土0.12m，布置锚杆φ25，L=4.5m，间、排距3.0m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，间、排距2.5m，梅花形布置；布置锚筋束3φ25，L=9.0m，间、排距2.5m，梅花形布置。

针对2010年8月6日上游边坡塌方，对该边坡增设如下处理措施：

(1)上游侧坡按1∶0.75进行削坡处理与公路平顺连接，挂钢筋网φ6.5@0.15m×0.15m，喷混凝土0.12m；布置锚杆φ25，L=4.5m，间、排距1.5m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，间、排距3.0m，梅花形布置；在下部设置高3.0m的浆砌块石挡墙。

(2)内侧坡2 375～2 400m高程布设间距2.5m的混凝土框格梁，节点布置锚筋束3φ25，L=9.0m；2 394m和2 399m高程各布置一排锚索共13根(L=20m，P=1000kN，间距5.0m)；2 400m高程以上布设间距2.5m的混凝土框格梁，节点布置锚杆(φ25，L=6.0m，梅花形布置)。

(3)下游侧坡继续按2009年5月的设计通知执行。