西南山区高坝深库库水作用下覆盖层堆积体库岸稳定性及处理研究

冯文新，杨国华，胡金山

(1.河南地矿职业学院，河南 郑州 450000；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

西南地区区域地质和环境地质条件复杂，伴随着众多高坝深库建成，水库蓄水引起的塌岸问题越来越突出，水库塌岸问题成为制约高坝大库工程能否成功的关键。水库塌岸一般会引起库岸再造，甚至会诱发新的崩塌和滑坡或使古滑坡复活，可能造成严重灾害[1]，轻者导致库岸附近改线公路路基破坏，重者甚至可能导致严重人身伤亡事故。

本文针对西南山区型水库特点，以某水电站三雕库岸塌岸变形为例，采用适合于西南山区型河道水库的最新塌岸预测方法，提出了塌岸范围及宽度，进行了风险评估，对塌岸后岸坡变形机制进行了分析和稳定性评价，针对性提出应急管控措施。根据山区型水库塌岸会产生水库堆积，基于冲堆平衡理论，利用块石水下自然休止稳定坡角较大特点，笔者首次针对高坝深库利用开挖料提出了块石压脚护坡处理措施，实施后效果较好。监测成果显示库岸塌岸段边坡稳定，确保了便道稳定，保障了交通安全，具有良好的经济效益及社会效益。

三雕库岸为某电站一库段，位于大渡河干流上。该电站大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高240 m，蓄水后壅水高度约213 m，于2016年10月蓄水，2017年12月蓄至正常蓄水位1 690 m高程。该电站由于水库壅水高，对库岸影响较大，蓄水前对库岸稳定进行了专题研究，对可能产生塌岸部采用多种方法进行了分析及预测。蓄水过程中三雕库岸覆盖层边坡发生塌岸及变形，引起路基出现滑塌。塌岸发生后第一时间进行了地质测绘、无人机遥感勘察、分析其变形破坏机理、稳定性评价、风险评估及处理措施。

1 三雕堆积体概况

三雕堆积体位于改线S211省道三雕隧道出口下游280 m处大渡河右岸，距坝址约18.3 km，改线公路从该坡体以明线形式通过。2018年10月25日，覆盖层路基段出现垮塌，造成S211省道断路，路面垮塌长度约55 m，垮塌宽约45 m，厚度约15 m，垮塌方量约1.8万m3。堆积体宽约150 m，顺坡长约160 m，厚度约15 m，方量约12万m3。

S211改线公路(1 715 m高程)以下边坡坡度33°～40°，垮塌后边坡45°～50°，以上边坡为35°～40°。覆盖层段植被较发育；坡面冲沟发育，中部为小山脊，山脊两侧为沟槽地貌，沟槽内为近源崩坡积块碎石土，堆积体范围内局部基岩零星出露(见图1)。岸坡崩坡积块碎石土，厚度约25～40 m，局部具有架空结构，结构较松散(见图2)。

地下水主要类型有基岩裂隙水、覆盖层孔隙水，由大气降水补给，向河床或沟谷排泄。经调查浅表基岩及该堆积体未发现有地下水出露，堆积体中部冲沟为干沟。

图1 无人机航拍全貌照片 图2 岸坡内块碎石土照片

2 塌岸稳定性分析及风险评估

S211改线公路路基座落在崩坡积块碎石土上，路面高程约1 715 m，正常蓄水位1 690 m，极限死水位1 650 m。蓄水前，该部位地形坡度总体约为35°～40°，为崩坡积块碎石土，地表无变形迹象，路基边坡总体基本稳定。蓄水后，该处壅水高度达100 m，块碎石土在库水浸泡及波浪冲刷作用下，不断产生自下而上牵引式垮塌破坏，并随着时间推移，下部土体不断垮塌，最终导致本次路基垮塌。故本次变形属水库塌岸产生的牵引式变形。

垮塌体前缘地形坡度陡约为45°～50°，土体结构较松散，改线公路高程以下已出现垮塌等变形迹象，处于极限平衡状态，稳定性极差，在降雨、库水位升降、震动等不利工况下，易出现向后缘牵引式垮塌。由于该垮塌离大坝较远，且为前缘解体式滑塌，每次滑塌方量不大，其可能产生的涌浪不高，对枢纽工程及水库运行影响不大。由于垮塌后修建的临时保通便道离垮塌体边缘距离较短(约15～20 m)，该垮塌易在较短时间内危及便道安全，需立即采取治理措施。

3 塌岸预测

目前塌岸预测方法较多，针对此河道型水库主要有卡丘金法、两段法及冲堆平衡法等[2]。卡丘金法适用于黄土类土层及平原地区水库的塌岸预测；两段法适合峡谷型水库，但对高坝大库，两段方法起算点偏低，误差较大[2]。冲堆平衡法利用塌岸土体体积乘以堆存系数与堆积土体体积相等原理，根据水下稳定坡角、浅滩堆积坡角、冲磨蚀坡角、水上稳定坡角通过水库特征水位(死水位、正常蓄水位)确定塌岸范围[2]。

根据工程类比和堆积体成因及结构等因素确定，三雕堆积体水下稳定坡角为26°，水下冲磨蚀角为28°，水上稳定坡角为35°，水下浅滩堆积坡角为20°。两种方法最终预测塌岸宽度为115.0 m，改线公路也完全在塌岸线范围内，塌岸预测范围见图3。

图3 三雕典型塌岸预测示意

4 塌岸应急处理措施

综上所述，三雕塌岸变形体是由于水库蓄水导致三雕堆积体产生塌岸，并牵引上部覆盖层变形，为牵引式变形。经塌岸预测，原改线公路及变形后新修的保通便道均在塌岸预测范围内。加之塌岸变形后岸坡陡竣，保通便道又离新近塌岸线较近，在库水作用下，极易再次产生塌岸变形，并导致保通便道处坡体再次产生滑塌，危及通行人员安全。

塌岸应急处置过程中，采取了加强巡视、监测，临时交通采取单向通行，控制车流量，加强交通管制，采取警戒措施，并设置专职安全员等应急管控措施。

这些措施对临时便道保通起到了一定作用。但要使便道保持较长通行时间，为公路永久改线创造条件，必须要采取其他处理措施。

工程区有大量的开挖料，均为花岗岩或闪长岩等坚硬岩开挖料，能否利用开挖料进行坡体压脚并使库岸得到保护呢？有人认为在100 m库深水中对变形坡体进行压脚，需要天文数字量的开挖料，因而该方案根本行不通，但实际并非如此。

由于山区型水库河谷较窄，库水流速较小，当库水位以下存在堆积地形时，水下以堆积为主[2]。因此塌岸段水位以下存在一定水下堆积。另根据围堰施工中相关资料分析，块石料在水下自然休止稳定坡角可达35°～38°[3]，相对比较陡。笔者进行了剖面分析，如图3所示，最大剖面需块石料约470 m3/m，总共不超过4万m3。最终决定本次应急处理采用在塌岸变形处坡脚堆放大量工程开挖块石料(见图4)，一方面对坡体起压脚保护作用，另一方面又可以使库水波浪不直接作用于库岸坡体。近一年的运行监测成果显示，塌岸库段边坡总体稳定，确保了便道稳定，保障了交通安全，取得了良好的经济效益及社会效益。

图4 三雕塌岸块石压脚护坡

5 结 语

针对高坝大库中水库塌岸问题出现频率增多的现象，本文以三雕库岸塌岸导致改线公路路基滑塌为例，在塌岸发生后快速进行了地质测绘、无人机遥感勘察，工作人员及时对垮塌原因分析、塌岸预测，并进行稳定性评价及风险评估。根据山区型水库塌岸会产生水库堆积，即基于冲堆平衡理论，利用块石水下自然休止坡角较大和三雕库岸特点，笔者首次针对高坝深库利用开挖料提出了块石压脚护坡处理措施。实施后效果较好，可为今后类似工程提供经验借鉴。