新龙水电站库区倾倒变形体稳定性分析及加固方案研究

刘丽娟，贺立强

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

新龙水电站库区倾倒变形体稳定性分析及加固方案研究

刘丽娟，贺立强

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

新龙水电站右岸近坝库段大范围发育有倾倒变形体，总体积约1 600万m3。该变形体在水库蓄水后，受地下水位升高、浸泡影响，变形体岩体的抗剪强度指标降低，极易导致变形体边坡失稳，直接威胁枢纽建筑物的安全。根据边坡稳定性的分析成果，研究了锚索强支护、削坡减载、堆填压脚三种加固方案。通过技术经济比较，推荐了以堆填压脚的治理方案。

稳定分析；加固方案；堆填压脚

0 前 言

倾倒变形是岩质斜坡一种主要的变形破坏形式，常见于反倾层状结构岩体中。大量的研究表明，岩体的倾倒变形一般发生在陡立或陡倾坡内的层状岩体组成的中～陡岸坡中，尤其是在斜坡前缘地带较易发生。陡倾的层状岩体在自重弯矩作用下，于前缘开始向临空方向作悬臂梁弯曲，并逐渐向坡内发展；弯曲（倾倒）变形体中上部相继出现拉裂缝，形成平行于岩层走向或坡向的反坡台坎和槽沟。

倾倒变形体是水电、交通等工程建设中经常遇到的工程问题之一，对其失稳机制、稳定性评价方法和加固措施的研究也是边坡工程领域的研究热点。

1 工程概况

新龙水电站位于四川省甘孜州新龙县境内的雅砻江上游河段干流上，是雅砻江上游梯级电站开发甘孜～新龙段4级开发中第4级，装机容量240 MW，为二等大（2）型工程。枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄洪（放空）建筑物、引水发电系统等组成。

受早期地壳抬升及岩体卸荷作用，在右岸近坝库段存在倾倒变形体，范围约为顺河长约1.4 km，横河宽约170 m，根据倾倒变形强弱，可分为强倾倒变形和弱倾倒变形体。其中强变形岩体水平深度约30～50 m，初估方量约630万m3；弱变形体则约1 050万m3；两者合计约1 680万m3。

水库蓄水后，受地下水位升高、浸泡影响，变形体岩体的抗剪强度指标降低，极易导致变形体边坡失稳，对枢纽建筑物安全构成威胁。

2 倾倒变形体地质条件

2.1 倾倒变形体地质特征

新龙坝前倾倒变形体位于雅砻江右岸，倾倒变形体前缘位于河水面与公路之间，高程约3 060～3 070 m，紧邻泄洪（放空）洞口；后缘高程约3 360～3 370 m；地形上具有上缓下陡的特征，前后缘高差约300～310 m。

该变形体可分为强倾倒变形和弱倾倒变形。地表明显可见岩层倾倒变形现象，倾角变缓直至近水平。从倾倒角度等特征看，强变形倾倒严重，强变形区又靠近斜坡表部，其松弛更为严重。

倾倒变形体现状整体基本稳定，部分区域由于坡度较陡，后缘楔形缝普遍贯通，稳定性较差，局部存在小规模失稳可能。

2.2 倾倒变形体分区

根据倾倒变形体发育特点、及岸坡现状稳定性，可分为A1、A2及B三个区，详见图1。

图1 倾倒变形体分区示意

A1区分布于变形体下游段，顺河长度约330 m，总体呈三角形状分布，其强变形分布于整个坡体表面，弱变形分布较少，地形相对稍缓，该区同时属于泄洪洞进口边坡开挖区；A2区分布于变形体中段，顺河长度约470 m，其强变形分布于公路以上一定高度，未分布在整个坡体表面，弱变形岩体普遍分布；B区分布于变形体上游段，顺河长度约620 m，其强变形基本分布于整个坡体表面，厚度薄。

3 倾倒变形体稳定性分析

3.1 边坡滑移失稳机制分析

变形体所在部位以砂、板岩为主，板岩板理极为发育，岩性较为软弱，岸坡岩体陡立，且河谷走向多与岩层走向小角度相交，随着雅砻江下切、地壳相应抬升，使得岸坡岩体向临空面方向发生倾倒－弯曲－拉裂－折断，折断面逐渐形成潜在底滑面的过程。

3.2 边坡稳定性计算结果

在稳定性计算时，潜在滑面根据变形体强、弱底界线考虑，宏观上呈折线～弧形形态。选取A1、A2、B区各自代表性剖面X1、X2、X3剖面进行稳定性计算，典型平面滑移模式详见图2～4。

图2 X1剖面

图3 X2剖面

图4 X3剖面

根据坝址区岩体的物理力学参数，地形及变形体深度等，对倾倒变形体底滑面内聚力、内摩擦角取值进行反复试算，再进行因素敏感性分析，提出了针对A1、A2两个不同区域的强、弱变形体潜在底滑面综合取值，具体见表1、2。

表1 天然状态下变形体物理力学参数

表2 饱水状态下变形体物理力学参数

根据《水电水利工程边坡设计规范》（DL／T5353－2006）关于边坡分级及设计安全系数的规定，结合本工程规模、特点，确定泄洪（放空）洞工程边坡及库区边坡均为二级，相对应变形体边坡安全系数取值及计算工况见表3，其中A1区为工程边坡，A2区、B区为库区边坡。

表3 变形体边坡安全系数要求及计算工况

新龙水电站坝址区地震基本烈度为Ⅶ度，地震设计加速度取基准期50年内超越概率10%，相应基岩水平峰值加速度为148 gal。计算方法采用基于下限解的传递系数法，计算结果见表4。

表4 各代表性剖面稳定性系数计算结果

从以上各区代表性剖面稳定性计算结果可以看出：A1区强变形体在蓄水前地震及暴雨工况下处于临界稳定状态，蓄水后天然工况及地震工况的强变形体安全系数均不满足边坡安全系数要求；A2区强变形体在蓄水前持续暴雨等工况下，稳定性系数不满足边坡安全系数要求，蓄水后强、弱变形体在暴雨工况下，稳定性系数均不满足边坡安全系数要求；B区变形体在各种工况下稳定性系数满足边坡安全系数要求。

4 加固方案研究

通过库区倾倒变形体稳定性分析研究，需对A1区、A2区倾倒变形体进行加固处理。

倾倒变形体加固措施常采用削坡减载、锚索强支护等方法。A1区倾倒变形体大部分位于泄洪（放空）洞进口边坡范围内，在工程施工时可对A1区倾倒变形体直接清除或部分清除。A2区倾倒变形体范围较大，需要选择一个既经济又合理的加固方案。

4.1 A2区加固方案研究

A2区初步拟定以下三种加固方案：锚索强支护、削坡减载、堆填压脚。

（1）加固方案一：锚索强支护。不挖除变形体，在变形体坡面上设置锚索，P＝2 000kN，L＝55～80 m，间排距4 m×4 m，交错布置。边坡加固后稳定性系数见表5。

表5 “加固方案一”边坡稳定性系数

计算结果显示，蓄水后经“加固方案一”加固后的A2区代表性剖面X2剖面的强、弱变形体在各工况下安全系数满足规范要求。

（2）加固方案二：削坡减载。将强变形体大部分削坡清除至3 192 m高程，在3 192 m以上高程按1∶1削方，每20 m设一平台，平台宽3 m。边坡加固后稳定性系数见表6。

表6 “加固方案二”边坡稳定性系数

计算结果显示，蓄水后经“加固方案二”加固后的强、弱变形体在各工况下安全系数满足规范要求。

（3）加固方案三：堆填压脚。土石堆填压筑至3 092.00 m高程，堆填坡比1∶1.5～1∶2。边坡加固后稳定性系数见表7。

表7 “加固方案三”边坡稳定性系数

倾倒变形体压脚填筑施工参数可参照如下规定：铺料厚度60～80 cm；振动碾重不小于18 t（宜采用振动平碾），频率20～30 Hz；碾压遍数为2遍静压＋4遍激振；碾压行车速度2.0～3.0 km／s。

计算结果显示，蓄水后经“加固方案三”加固后的强、弱变形体在各工况下安全系数满足规范要求。

4.2 A2区加固方案比较

（1）布置及施工条件。加固方案一库区边坡采用“锚索强支护”加固措施，锚索支护量大，长度深，施工难度大，且施工时可能由于地形、地质条件等各方面的影响，不确定因素较多，如锚索灌浆超灌等；

加固方案二库区边坡采用“削坡减载”加固措施，对库区倾倒变形体边坡进行开挖，开挖方量约180万m3，对边坡扰动较大；

加固方案三库区边坡采用“堆填压脚”加固措施，对边坡扰动较小，同时较好地利用了本工程施工期间的2号渣场，对A2区进行“堆填压脚”。

（2）环境影响。加固方案一、三不挖除边坡，对变形体扰动小，加固方案二需对库区倾倒变形体边坡进行削坡减载，开挖范围较大，对边坡扰动较大。加固方案三对自然环境影响最小，且与自然景观相协调。

（3）投资估算。加固方案一投资估算11 907.31万元，加固方案二投资估算15 582.28万元，加固方案三投资估算7 418.17万元。加固方案三库区变形体治理工程的直接投资最省。

综上分析，三个加固方案都是可行的，但考虑布置条件、施工、环境影响以及投资等因素，推荐采用加固方案三，“堆填压脚”方案。

5 结 论

如上所述，就整个变形体而言，靠上游段B区整体稳定性最好，下游段A1区稳定性次之，而中部段A2区稳定性最差，需要对其重点进行边坡治理措施。考虑到下游段A1区变形体与泄洪洞开挖边坡直接相关，在工程施工时可对倾倒变形体直接清除或部分清除，对B区边坡应做好库岸防冲刷、淘蚀防护工程。

对A2区变形体边坡治理采用“堆填压脚”的加固方案。但在实际工程施工中，根据相关经验对局部边坡可采用削坡、压脚、锚固等方法综合治理，确保在水库运行期内岸坡稳定。防治工程应选择安全可靠、经济合理、施工简便的成熟技术，便于维护和管理；防治工程应尽可能的美化生态环境，与自然景观相协调；防治工程尽可能地考虑利用边坡岩体自然强度，尽量避免或减轻扰动岩土体，导致局部应力的变化。

［1］ 中华人民共和国行业标准编写组.DL／T5353－2006《水电水利工程边坡设计规范》［S］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］ 施召云，张建.两河口水电站大型倾倒变形体滑坡处理方案研究［J］.云南水力发电，2012（02）.

［3］ 谢莉，李渝生，曹建军，刘根亮.澜沧江某水电站右坝肩岩体倾倒变形的数值模拟［J］.中国地质.2009.

TV221.2

B

1003－9805（2015）02－0015－03

2014－06－03

刘丽娟（1979－），女，四川彭州人，硕士，高级工程师，从事水工设计工作。