瀑布沟电站库区鹞子岩2号边坡塌岸预测与治理设计

黄 春， 柯善军， 刘利勇

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

瀑布沟电站库区鹞子岩2号边坡塌岸预测与治理设计

黄 春， 柯善军， 刘利勇

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 四川 成都 610072)

水电站水库蓄水运行后，塌岸、滑坡、浸没等库岸再造一方面威胁居民房屋安全、交通等公共设施，另一方面造成耕地损失，严重制约当地的发展。本文通过对鹞子岩2号边坡塌岸预测，针对岸坡高陡的地貌特征和地层岩性复杂的地质特征，因地制宜地提出塌岸治理设计方案。

库区； 塌岸预测； 治理设计

1 概 述

鹞子岩2号边坡塌岸区位于瀑布沟水库库区流沙河左岸东沟大桥右岸汉源县富林镇鸣鹿村，省道S306公路在高程约875 m处通过，距汉源县城约11 km，交通方便。

瀑布沟电站水库于2009年10月开始蓄水，目前经历了5次完整的蓄水消落过程。在此期间，台地前缘受周期性水位抬升、消落及浪蚀作用，岸坡被淘刷、磨蚀、搬运，鹞子岩2号边坡前缘断续出现了不同程度的库岸再造，造成岸坡段垮塌，导致陡壁以上缓台区出现一系列变形拉裂缝，距离房屋仅约15～20 m。目前，鹞子岩2号边坡塌岸已塌方土地面积约0.2 hm2，共影响土地面积约0.93 hm2，坟墓54座，民房8间，公路100 m，塌岸规模较大，因此，对该塌岸区进行工程治理十分必要。

2 基本地质条件

该岸坡段长约168 m，为覆盖层岸坡，高程860 m以上地形较平缓，坡度约15°～25°，表部有农田；高程850～860 m间岸坡由于垮塌形成塌滑陡壁，坡度约60°～70°；高程850 m以下受库水浪蚀，静、动水压力等作用，地形变缓，坡度约30°(见图1)。

图1 鹞子岩2号边坡垮塌

基岩为侏罗系紫红色薄～中厚层砂岩夹泥岩，产状：N55°～60°W/SW∠75°～80°，为顺向坡。

地下水可分为松散覆盖层孔隙水和基岩裂隙水两种类型，接受大气降水补给，向东沟排泄。

3 塌岸预测

3.1 塌岸现状

蓄水后，鹞子岩2号边坡覆盖层岸坡段垮塌，长约168 m，后缘高程约860 m，垮塌后缘形成垮塌陡壁，垮塌陡壁以上缓台区出现一系列变形拉裂缝，裂缝一般长5～10 m，弯曲延伸，距离房屋仅约15～20 m。

根据现场调查分析，鹞子岩2号边坡塌岸变形主要原因为：

(1)岸坡由漂卵石层夹砂层透镜体及表部块碎石土层组成，临库岸坡地形较陡，坡度达40°～45°，自然条件下处于基本稳定状态，是岸坡塌岸及变形的内在地质原因。

(2)库水作用是土质坡体塌岸及变形的主要外在原因，一方面受水的浸泡作用，使坡体漂卵石层、块碎石土层浸润，力学强度降低；另一方面受库水浪蚀，消落静、动水压力等作用，产生了受库水影响的塌岸及变形。

3.2 塌岸进一步发展趋势分析

该段岸坡地貌上属残留的Ⅲ级基座阶地，岸坡段高程860 m以上地形较平缓，坡度约15°～25°，堆积物势能较低，综合坡体地形地质条件分析认为，形成大规模整体式塌滑破坏可能性不大，局部地渐进式垮塌是该段岸坡变形、破坏的主要方式。

为预测岸坡塌岸范围及规模，根据现场调查的边坡经历了5次完整水库消落过程后的水下稳定坡角，并结合有关规范和汉源附近相关工程经验参数，该处塌岸预测的主要土体稳定坡角建议值见表1。塌岸预测采用两段法，按图解法进行预测(见图2)，岸坡段塌岸后缘高程约883 m，塌岸宽度50～70 m，共影响土地面积约0.93 hm2，坟墓21座，民房8间，公路100 m。

表1 塌岸预测稳定坡角建议值

图2 预测塌岸范围示意

4 工程治理设计

4.1 设计思路及方案拟定

该段岸坡整体较稳定，前缘因水库蓄水位升降、浪蚀作用，导致塌岸和库岸再造，已造成临库约0.2 hm2耕地坍塌，为了恢复耕地，并保护后部耕地、房屋等安全，主要采用固脚、恢复耕地等综合防治措施。

该岸坡高陡，边坡高度约50 m，若对下部进行固脚，基础不存在塌岸影响，但工程量巨大，因此，固脚宜选择在边坡中上部。固脚位于边坡中上部，边坡仍存在再造，固脚基础须埋置于塌岸线以下，固脚挡墙除满足挡墙稳定要求外，挡墙工程治理后，还应满足边坡稳定性要求。

最终工程治理总体设计方案为“衡重式挡土墙+砂卵砾石回填复耕”。

4.2 治理工程设计

4.2.1 工程等级及设计标准

本工程治理主要针对乡村农田土地，鹞子岩2号边坡塌岸区已损失耕地面积约0.2 hm2，预测共影响耕地约0.93 hm2。根据《水电工程建设征地移民安置规划设计规范》(DL/T5064-2007)规定，综合考虑本工程防洪标准重现期取为5年。

按照《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，确定本工程等别为Ⅴ等，主要建筑物级别为5级，挡墙抗滑稳定安全系数允许值见表2。

表2 挡墙及岸坡稳定安全系数允许值

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T 0219-2006)，等级确定为Ⅲ级，边坡稳定安全系数允许值见表3。

表3 边坡防治工程设计安全系数

4.2.2 方案设计

塌岸治理设计采用“挡土墙+回填复耕”，即下部采用衡重式挡墙加固坡脚，基础置于砂卵砾石层上，挡墙高11.0 m，上部砂卵砾石回填，恢复耕地。

瀑布沟水库850.0 m正常蓄水位时，该区回水位较低。造地回填采用砂卵砾石料，高水位时，地下水位与正常蓄水位基本持平，浸没临界毛细上升高度按0.6 m考虑，一般植物根系按0.4 m考虑，结合瀑布沟库区水库调度运行方式，正常蓄水位时间为每年11～12月份，综合确定造地高程为851.00 m，即挡墙顶高程为851.00 m。

根据挡土墙级别、稳定计算结果、投资情况等，综合确定该治理工程挡墙顶宽为1.2 m，墙高为11.0 m，上墙高为4.8 m，下墙高为6.2 m，衡重台宽为2.5 m，墙趾台阶宽0.8 m，高1.0 m，挡土墙迎水面边坡为1 ∶0.05，背水面上墙坡比1 ∶0.46，下墙坡比1 ∶-0.25。考虑到挡土墙修建后，需及时排除挡土墙后水分，挡墙墙身布置4排排水孔，间排距2.0 m，梅花形布置，排水孔直径为50 mm，横坡向河，坡度为5%。典型设计剖面见图3。

4.2.3 挡墙稳定性计算

该处塌岸的岩土体物理力学参数见表4。

在各种工况下挡墙抗滑稳定、抗倾覆稳定、基底应力最大值与最小值之比均满足规范要求，计算成果见表5。

图3 治理设计典型断面示意

成因类型土层名称天然密度干密度压缩模量允许承载力抗剪强度渗透系数稳定坡比ρ/g·cm-3ρd/g·cm-3E0/MPaR/MPaΦ/(°)C/kPaK/cm·s-1水上水下坡积(Qdl4)碎石土1.8～2.01.9～2.030～400.3～0.3525～2810～201×10-2～5×10-21∶1～1∶1.251∶2冲积(Qal3)漂卵石层2.10～2.202.00～2.145～500.50～0.6028～3005×10-2～1×10-11∶1.5～1∶1.751∶2

表5 挡墙稳定性计算成果

4.2.4 岸坡稳定性复核

塌岸区覆盖层的计算参数取地质建议指标，填筑料计算参数根据工程经验类比确定，采用简化毕肖普法，挡墙工程治理后边坡稳定计算工况包括：天然(施工完建)、正常蓄水、水位骤降、正常+地震，稳定计算对每种工况进行了全断面最危险滑弧搜索，求最小安全系数。岸坡典型断面2-2稳定计算剖面示意见图4，计算结果见表6，从计算结果可见，典型剖面的安全系数满足规范要求。

图4 稳定计算剖面示意

剖面编号天然(施工完建)蓄水水位骤降正常+地震0.15g下2-2计算值K1.101.111.041.023-3计算值K1.121.131.081.06允许值[K]1.051.101.021.02

5 结 语

蓄水后，鹞子岩2号边坡覆盖层岸坡段垮塌，长约168 m，后缘高程约860 m，垮塌后缘形成垮塌陡壁，垮塌陡壁以上缓台区出现一系列变形拉裂缝，裂缝一般长5～10 m，弯曲延伸，距离房屋仅约15～20 m。

岸坡由漂卵石层夹砂层透镜体及表部块碎石土层组成，临库岸坡地形较陡，坡度达40°～45°，自然条件下处于基本稳定状态，是岸坡塌岸及变形的内在地质原因。库水作用是土质坡体塌岸及变形的主要外在原因，一方面受水的浸泡作用，使坡体漂卵石层、块碎石土层浸润，力学强度降低；另一方面受库水浪蚀，消落静、动水压力等作用，产生了受库水影响的塌岸及变形。

该段岸坡地貌上属残留的Ⅲ级基座阶地，岸坡段高程860 m以上地形较平缓，坡度约15°～25°，堆积物势能较低，综合坡体地形地质条件分析认为，形成大规模整体式塌滑破坏可能性不大，局部的渐进式垮塌是该段岸坡变形、破坏的主要方式。

为预测岸坡塌岸范围及规模，根据现场调查的边坡经历了5次完整水库消落过程后的水下稳定坡角，并结合有关规范和汉源附近相关工程经验参数，塌岸预测采用两段法，按图解法进行预测，岸坡段塌岸后缘高程约883 m，塌岸宽度50～70 m，共影响土地面积约0.93 hm2，坟墓21座，民房8间，公路100 m。

本工程防治目标为确保居民、耕地及S306省道安全，治理方案从地形地质条件出发，采用“衡重式挡土墙+砂卵砾石回填复耕”进行治理，该方案技术可行、施工难度低、费用少等优点。随着电站库区蓄水，库区塌岸等地质灾害问题日益凸显，对新出现的问题要求作进一步的探讨,提高塌岸治理的科学性和可靠性。

[1] 周镜,李惠康,郑明成. 衡重式挡墙的模型试验及其土压力计算[J]. 土木工程学报, 1963 (1).

[2] 王忠华,黄俊杰,储团结. 墙背土压力计算中综合内摩擦角取值问题[J]. 铁道勘察, 2006 (3).

[3] 陈国舟. 筒形挡土结构主动土压力及拱效应研究[D]. 中国矿业大学, 2014.

[4] 刘哨杰. 七宝山西北边坡稳定性分析与研究[D]. 南昌大学, 2014.

2016- 05- 24

黄春(1979-)，男，四川大竹人，工程硕士，高级工程师，从事工程地质相关工作。

P642.21

B

1003-9805(2017)04-0048-05