新疆下坂地电站厂房高边坡特征及处理措施分析

赵雅敏，张俊雅

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

新疆下坂地电站厂房高边坡特征及处理措施分析

赵雅敏，张俊雅

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001)

通过对下坂地电站厂房出口部位高边坡地质现状的详细分析，根据不同的地质现状及部位，分六个区域。经过对六个分区进行研究，对不同区域依据实际情况给出了相应的处理措施，最终完成了厂房高边坡设计方案。

高边坡；边坡形态；破坏方式；破碎岩面；锚筋桩；锚固

1 工程概况

下坂地水利枢纽工程位于新疆喀什地区叶尔羌河主要支流之一的塔什库尔干河中游，是一座以生态补水和春旱供水为主，结合发电的大(2)型水利枢纽工程。水库总库容8.67亿 m3，调节库容6.93亿 m3。电站总装机150 MW，保证出力35.9 MW，年发电量4.644亿 KW·h。距塔什库尔干县县城45 km，距喀什市315 km。

下坂地水利枢纽工程由拦河大坝，右岸导流泄洪洞、左岸引水发电洞、电站厂房等主要建筑物构成。拦河坝，导流泄洪洞为2级建筑物，设计洪水标准为100 a一遇，校核洪水标准为5 000 a一遇，电站为Ⅲ等工程，引水发电洞、调压井、压力管道及电站厂房为3 级建筑物，设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为200 a一遇。

下坂地水利枢纽工程的主要特点及难点为“三高一深”，即：高寒、高海拔、高边坡及深厚覆盖层。

由于下坂地电站站址处于高寒、高海拔、高边坡区域，在高寒、高海拔、强震区及恶劣的气候环境条件下，地下厂房有很大的优越性，因此，下坂地电站选择地下厂房形式。由于地下厂房各出口均位于高边坡区域，为了运行安全，对于出口高边坡区域进行了专门的设计。

2 边坡概况

站址处山体雄厚，边坡高达500 m以上。岩性为片麻状黑云斜长花岗岩，岩石裸露，坡高170 m以下坡角35°，170 m以上为50°。上部山体较陡部位，强风化层厚度一般2～4 m，坡脚处强风化厚13.75 m。自然边坡走向15°，倾向SE。电站厂房处山坡主要断层均以压扭型高倾角逆断层为主，断层带宽度除F电16、F电21为1～2.5 m外，其余宽度一般为0.1～1.0 m，发育规模较小，断层大多倾向坡里，倾角高陡，对边坡稳定有利。依据中国科学院地质所“刚体极限平衡法”分析计算：整体边坡在各种工况下均处于稳定状态，从下部坡脚发生剪出破坏的可能性更小。因此可以认为边坡整体是稳定的，仅在边坡表层可能形成局部不稳定块体。

边坡表层岩体受强风化及侵入岩的流劈理、裂隙影响，表层岩体破碎，破坏形式以崩塌、坠落及风化剥落破坏表现。边坡岩体中存在的断层未形成不利边坡整体稳定的结构面组合，边坡整体是稳定的。

2.1 边坡形态及特征

电站厂房山体雄厚，边坡高达500 m以上，上、下游均有小型冲沟，以冲沟为界，中部边坡岩体宽300余米，正面边坡由下向上逐渐变窄，呈“△”型耸立。岩性为片麻状黑云斜长花岗岩，其间有角闪岩以条带状或团块状侵入。正面坡脚有崩塌块石和风化岩屑形成的碎石流堆积。自然边坡走向20°，坡面倾向SE，正面边坡平均坡度50°，高程2 795 m以下坡度35°，高程2 795～2 820 m(基岩前沿陡坡)65°～70°。厂房高边坡中断裂构造不甚发育，断层规模一般较小，倾向一般与边坡坡向相反，倾角高陡，不会对边坡整体稳定造成影响。

主要建筑物出口位于边坡坡脚，上、下游冲沟处水石流对出口影响不大。

2.2 边坡变形破坏方式

边坡表层岩体受强风化及侵入岩的流劈理、裂隙影响，表层岩体破碎，破坏形式以崩塌、坠落及风化剥落破坏表现。边坡岩体中存在的断层未形成不利边坡整体稳定的结构面组合，边坡整体是稳定的。

2.2.1 崩塌破坏

边坡岩体由于边坡陡峻及不利结构面组合切割，在重力作用下边坡岩体脱离母体，突然从陡峻的斜坡崩塌下来，堆积在坡脚。此种现象是该区常见的不良地质作用，在电站站址区可见两处：一处位于边坡上部Ⅱ区下游，高程3 020 m附近，塌落方量数百方，其大部滚落入下游冲沟，坡脚尚存百余方，塌落宽度20余米，高度10余米，后缘边坡塌落后坡度60°左右，面光滑平直，目前尚稳定；另一处位于F电1断层下游侧，塌落宽度约20余米，高度5～7 m，坡脚塌落方量百余方，塌落后上部岩体形成反坡高悬、危象明显。

2.2.2 坠落破坏

悬崖陡坡上的岩块突然坠落，或称落石。此种现象在该处时有发生。现坡脚岩石块体大部为此种破坏形式的产物，块度一般为1～2 m，大者6～8 m，现边坡上仍然有危岩块体存在，最为典型的为边坡上部(Ⅰ区范围内)上游侧的危岩块体，其高十余米，宽6～8 m，高高耸立在边坡上部。

2.2.3 剥落破坏

边坡表面岩体长期经受风化、冲刷的影响，岩体破碎呈岩屑、碎石，经常不断的沿坡面滚落，形成碎石流堆积于坡脚。

2.3 影响边坡变形破坏及稳定的主要因素

影响边坡变形破坏及稳定的主要因素主要有：边坡地形因素，构造及岩体结构因素，风化作用因素。

(1)边坡地形因素：边坡上、下游发育有冲沟，且局部切割较深，外侧边坡部分形成高陡边坡，对边坡的变形及稳定不利。

(2)构造及岩体结构因素：协力波斯断裂从电站下游1.5km处通过，受该断裂影响，电站边坡断层、构造裂隙较为发育。断层、构造裂隙的切割，使岩体的整体结构严重破坏，为后期的物理地质作用提供了有利条件。

(3)风化作用因素：风化作用直接影响岩石的物理力学性质，风化作用使岩石强度减弱，裂隙增加，沿裂隙风化时可使岩体脱落或沿斜坡滑动。在后期塑造和改变地形形态中起主要作用，在工程区物理风化作用尤为突出。

3 边坡的处理措施

依据对厂房后背边坡的分析，做以下处理：高程3 100 m以上，对局部表层围岩进行清除，并沿3 100 m高程线设置被动防护网，在防护网前设置拦石沟，够宽1.5 m，沟深1 m，拦截3 100 m高程以上边坡的落石，在暴雨时疏导洪水及泥石流。把山体上部发生的洪水及泥石流，疏导至两侧的沟道，确保不进入厂区。拦石沟在每次暴雨或泥石流发生后，应及时清理。对高程3 000 m以下，按照不同的地质区域采用不同的处理措施，既满足运行安全又节约投资。

电站厂房后背高边坡整体稳定，但山体表层岩体受风化、卸荷及结构面的不利组合的影响，表部岩体发育较多不稳定块体，但厚度较薄，规模较小。因此对边坡不稳定体处理的基本原则是尽量利用岩体本身结构强度，减少开挖清除量，最大限度控制削坡总量，同时增加综合防护工程措施进行处理。对边坡中影响施工和今后运行安全的破碎岩和危岩体必须开挖清除，对现状不同结构类型组合的不稳定岩体则采取综合工程加固处理措施。在电站厂房高边坡地质勘察中，按照不稳定体的分布范围，将高程3 100 m以下集中的、面积较大和特征明显的不稳定体分为6个区。对边坡必须开挖清除处理的危岩体范围按照分区进一步优化，同时对边坡各分区岩体需锚固处理的范围及深度进行优化设计。

3.1 Ⅰ区

Ⅰ区位于电站边坡上部、上游冲沟左岸边坡顶部，高程2 734～3 055 m，平均坡度47° ，坡比1：0.93。边坡岩体受风化及结构面组合切割，岩体破碎，边坡表层存在厚度2～8 m的不稳定体。根据其岩体的破碎程度及破碎岩体的发育厚度，又可分为Ⅰ―1、Ⅰ―2两个小区。

Ⅰ―1区不稳定岩体主要受短小密集的裂隙切割，浅层3～5 m的岩体极其风化破碎，岩体松驰，稳定性极差，并在中、上部有一高10 m多，宽6～8 m的危岩体，将其一并开挖清除。

Ⅰ―2岩体表层破碎，清除表层零星危石。

清除开挖完成后对Ⅰ区采用主动防护网防护。

3.2 Ⅱ区

Ⅱ区位于电站边坡上部，高程2 929～3 092 m，平均坡度47°，坡比1：0.93，该区边坡岩体主要受长大结构面及断层控制，结构面组合对边坡岩体稳定性不利，同时局部地段受裂隙组合切割，岩体稳定性极差。根据边坡岩体破碎程度及分布厚度，该区可分为Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3、Ⅱ-4四个小区。

Ⅱ-2、Ⅱ-3区中部分岩体存在倾向坡外，倾角45°的结构面，连通性好，且坡角临空，结构面卸荷，同时后期风化作用使原有裂隙进一步扩大，岩体稳定性极差，厚度5～10 m，底部结构面连通性好，且下部剪出口已临空，部分块体已滑塌，因此对Ⅱ-2、Ⅱ-3区中不稳定块体进行全面开挖清除，清除厚度8 m。

其余为松散破碎不稳定和岩体松动不稳定区，强风化厚度3～5 m，构造裂隙及重力作用下的卸荷裂隙使岩体松动,松动岩体厚度8～10 m，将松动不稳定岩体全部清除。

清除完成后，采用9 m锚筋桩锚固，局部破碎岩面采用柔性防护网防护。

3.3 Ⅲ区

Ⅲ区位于电站边坡中部，高程2 835～2 935 m，自然边坡平均坡度50°，坡比1：0.86。边坡岩体三面临空，风化作用强烈，同时岩体受结构面切割，边坡岩体破碎，,存在大量倾向坡外的缓倾角裂隙，不利边坡岩体稳定。不稳定岩体厚度2～6 m，依据不稳定岩体的破碎程度及厚度又可分为Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3三个小区。

调压井道路施工已将Ⅲ区中的Ⅲ-1、Ⅲ-3区范围内的不稳定岩体基本清除，局部路段部分不稳定体，进行再次清除。Ⅲ-2区岩体基本未受道路开挖影响，三面临空，岩体风化强烈，边坡表部存少量松动危岩体，尤其在边坡顶部较多，但分布零散。对危岩体撬挖清除，再对整个Ⅲ-2区坡面进行锚固处理，采用全长粘结φ22砂浆锚杆进行锚固，锚杆布置，水平方向沿同一高程线3 m水平控制，竖直方向按高程控制，排距2 m。清除锚固完成后，再对局部破碎岩面采用GPS2型柔性防护网防护。

3.4 Ⅳ区

Ⅳ区位于电站边坡下部上游侧，高程2 785～2 895 m，边坡坡度54°，坡比1：0.75。侧边坡高30余米，坡度大于80°。依据不同破坏模式分为Ⅳ-1、Ⅳ-2两个小区。

Ⅳ-1区边坡结构面倾向坡外，表层岩体风化强烈，同时受倾向坡外裂隙的组合切割，边坡岩体稳定性差。不稳定岩体厚度2～5 m，Ⅳ-1区整体坡面较缓。Ⅳ-2区岩体存在倾向坡外的缓倾角裂隙，延伸长度大，且坡脚临空，对边坡稳定不利。不稳定体长90余米，宽5～7 m，厚8～10 m。将Ⅳ区表层不稳定体清除，Ⅳ-1区2 800 m高程以上，采用全长粘结φ22砂浆锚杆进行锚固，单根锚杆长5 m。锚杆布置，水平方向沿同一高程线2 m水平控制，竖直方向按高程控制，排距2 m。2 800 m高程以下(共5排)及Ⅳ--2区,采用φ22砂浆锚筋桩进行锚固，锚筋桩长度为9m。锚筋桩布置，水平方向沿同一高程线3 m水平控制，竖直方向按高程控制，排距3 m。

锚固处理完成后，对2 800 m高程以下区域，采用GPS2型主动防护网防护。

3.5 Ⅴ区

Ⅴ区位于Ⅲ区下部，在电站边坡前沿中部，高程2 784～2 852 m，正面前沿边坡坡度65°～70°，坡比1：0.34～0.4。

该区边坡裂隙组合复杂，岩体切割破坏严重，裂隙密集、岩体破碎。边坡岩体主要受高倾角裂隙及倾向坡外的裂隙组合及小断层控制，岩体较破碎，稳定性较差，不稳定体厚度2～4 m左右。清除表面不稳定体后，采用全长粘结φ22砂浆锚杆锚固，单根锚杆长5 m。锚杆布置，水平方向沿同一高程线2 m水平控制，竖直方向按高程控制，排距2 m。该区底部存在局部倒坡，在清理出基岩面后，采用M10浆砌块石补坡。

最后，对表面岩石破碎区域，采用GPS2型主动防护网防护。

3.6 Ⅵ区

Ⅵ区位于电站边坡下游，高程2 780～2 845 m，边坡坡度72°～80°，地处Ⅴ区下游侧的坡脚附近。

该区上游侧沿断层有冲沟发育，岩体三面临空，表层岩体卸荷，同时岩体受断层、裂隙及风化岩脉影响，岩体破碎，稳定性差，不稳定体厚度2～6 m。同时Ⅵ区下部不稳定岩体崩塌后，坡脚临空，对上部岩体稳定性不利。先撬挖清除危岩体后，对临空面采用M10浆砌块石补坡砌护。然后清除表面不稳定体，再采用全长粘结φ22砂浆锚杆锚固。单根锚杆长5 m，锚杆布置，水平方向沿同一高程线2 m水平控制，竖直方向按高程控制。

该区底部存在局部倒坡，在清理出基岩面后，采用M10浆砌块石补坡。对表面岩石破碎区域，采用GPS2型主动防护网防护。

最后对于其余部位坡面进行清除，并对几处倒悬岩体采用M10浆砌块石填塞加固。

4 结语

通过对电站厂房各出口及出线平台处边坡的深入细致的研究，根据对不同情况进行区分处理，立足于节约的基础上，保证工程安全的前提下，进行了多次方案比较，给出了以上的处理措施。从2009年完工运行至今，边坡稳定，无不安全事故出现。尤其是2013年8月24日，下坂地水利枢纽工程现场突发短时大暴雨，暴雨引发山洪、滑坡和泥石流灾害，造成工程区多处部位受灾，经过处理的厂房边坡完整无损，由此说明我们的边坡设计方案是安全可行的。

[1]郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理.人民交通出版社.

[2]濮声荣.工程地质实践与探索.陕西科学技术出版社.

[3]熊传治.岩石边坡工程.中南大学出版社.

[4]张永兴.边坡工程学.中国建筑工业出版社.

2017-06-14

赵雅敏(1976-)，女，陕西白水人，工程师，主要从事水工建筑物设计工作。

TV731

B

1004-1184(2017)04-0114-03