高山峡谷区强卸荷表部松动岩体边坡工程勘察与处理

凡 亚，闵 勇 章，胡 金 山

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

西部高山峡谷区，一般河谷深切，谷坡陡峻，天然地应力较高，在河谷强烈下切导致谷坡向临空方向产生强烈卸荷。强卸荷表部通常存在松驰破碎岩体，即松动岩体。该岩体结构及工程地质特性介于强卸荷岩体及覆盖层之间。松动岩体变形程度介于变形体与强卸荷岩体之间，其卸荷程度强于一般强卸荷岩体，而变形程度弱于一般变形体[1]。松动岩体对边坡稳定影响重大，有必要对其工程地质特性及处理措施进行研究。

近年来，有众多学者对大柳树坝址[2-3]、牙根水电站及楞古水电站松动岩体，较为系统地研究了松动岩体的成因、结构特征及破坏模式，部分学者还初步评价了松动岩体力学参数。但上述均侧重描述规律，总体上鲜有对松动岩体成功处理的论述及总结。

笔者总结亲身工作过的且已建成多年的大渡河上长河坝和黄金坪水电站松动岩体的分布规律，处理原则及治理措施，以便为类似工程处理提供经验借鉴。

2 松动岩体工程地质特性研究

松动岩体位于强卸荷岩体表部，其在强卸荷基础上产生松弛及松动变形，即产生微量位移。岩体相对强卸荷岩体产生了一定的错动、体积扩容，在侧向及顺坡向均产生了一定的拉张变形，岩体结构面发育，结构面切割的岩块之间存在一定的孔隙或空腔，局部架空。其嵌合力较强卸荷岩体弱，但仍存在一定的嵌合力。松动岩体一般破碎，多呈碎裂——散体结构。

松动岩体破碎化程度高、低波速、低变形模量、透水性强等性质导致工程特性极差[4]，已成为水电高边坡重大地质难题之一。

松动岩体多呈碎裂-散体结构，以Ⅴ类岩体为主，边坡破坏模式同覆盖层较类似，以圆弧滑动为主，局部可追踪已有断层发育[5]，开挖后极易产生滑坍等工程地质问题。

2.1 长河坝水电站松动岩体

长河坝水电站为大渡河上特大型水电站，其大坝为深厚覆盖层世界最高坝，坝高240 m，装机2 600 MW，于2016年10月蓄水，2017年12月所有机组发电并蓄水至正常蓄水位。长河坝水电站在山脊部位及三面临空部位均有松动岩体分布，一般10～15 m厚，最厚达50 m，最典型部位为左岸电站进水口松驰破碎岩体，即松动岩体。其三面临空，在地形上为一条形山脊(图1)，上下游有冲沟切割，位于电站进水口边坡上方。受由陡倾山里J7(J2)组裂隙构成的(中)陡倾内板状结构的控制，斜坡整体表现为沿J7(J2)组长大裂隙发生倾倒弯曲拉裂变形，产生松动，称之为左坝肩卸荷松弛破碎岩体。该松动岩体水平深度约30～40 m，最大深度可达50～60 m，体积巨大达40～50万m3。岩体拉裂变形强度较大，岩体破碎，卸荷松弛显著，并有架空现象，天然状态下有小规模坍塌现象。XPD08支硐在开挖至松动岩体时产生大坍方变形，工程地质性状极差，开挖后易产生滑坍破坏，严重影响电站进水口边坡稳定。

图1 电站进水口松动岩体全貌

长河坝电站山脊部位大部分发育松动岩体，如在右坝肩边坡开口线附近山脊发育松动岩体，其地形上为一山脊(图2)，坡度40°～55°，前缘局部达70°，分布高程1 625～1 795 m。裂隙发育，岩体卸荷松驰强烈，浅表部(垂直厚度5～10 m范围内)为松动岩带。其成因模式为中陡倾角结构面的离面卸荷拉裂所致。其稳定性极差，易产生滑坍破坏，对基坑施工安全威胁极大。

图2 右坝肩开口线附近松动岩体

在块石料场浅表部及山脊部位同样存在松动岩体，如位于大坝上游的响水沟块石料后缘松动岩体(图3)和位于大坝下游的江嘴料场下游沟壁松岩体(图4)。其均为卸荷及滑移压致拉裂所致，卸荷拉裂松弛明显，稳定性差，易产生落石及滑坍破坏，对边坡稳定及施工安全不利。

图3 响水沟块石料场后缘松动岩体

图4 江嘴料场下游沟壁松动岩体

2.2 黄金坪水电站松动岩体

黄金坪水电站为大渡河上大型水电站，坝高85.5 m，总装机850 MW，于2016年8月全部机组发电。

电站进水口边坡斜长花岗岩，弱风化、强卸荷，地层岩性主要为斜长花岗岩。边坡浅表层岩体卸荷强烈，绝大部分裂缝均张开，个别张开达20 cm。钻孔、平洞(PD12)揭示，强卸荷外侧松动破碎岩体铅直深度一般50～70 m，水平深度一般70～121 m；而强卸荷水平深度一般100～162 m。已有勘探资料表明，松动破碎岩体(即松动岩体)带内钻孔岩芯主要呈碎块状和少量短柱状，强卸荷岩体岩芯主要呈柱状、短柱状。平洞内，松动破碎岩带具架空，且明显松弛(图5)。其成因模式为蠕滑拉裂及滑移压致拉裂所致。

图5 黄金坪电站进水口平硐内松动岩体

该边坡松动岩体厚度巨大，水平埋深超70 m，且工程地质性状极差，开挖时多次产生滑坍，并产生了蠕滑-拉裂变形(图6)，严重影响边坡稳定及电站进水口施工安全。

3 处理措施

强卸荷表部松动岩体，岩体松弛破碎，具架空结构，岩体体积扩容现象明显，其工程地质性状极差，甚至类似于松散块碎石层，稳定性差。处理措施原则上优先采取绕避措施，其次，如避让不了则应采取挖除处理，最后才选择加固处理。

图6 黄金坪电站进水口松动岩体及其变形

工程上采取避让措施的较多，在选址阶段尽量避开表部松动岩体较多的三面临空山脊。在高山峡谷地区通常不容易完全避让，也可因地制宜避开其主要危害。如长河坝水电站响水沟块石料场后缘松动岩体，在料场坡顶留出约40 m宽的平台，前缘采取挡护措施[6]，即使松动岩体产生垮塌，其落石也不能到达料场开采面，即不影响施工安全(图7)，因此，不再对松动岩体进行处理。

图7 响水沟料场后缘松动岩体与料场施工

同样，江嘴块石料场下游小冲沟壁存在松动岩体。该松动岩体原先在料场范围内，考虑到松动岩体处理难度太大，同时，该边坡仅为料场边坡，没必要采取很大代价处理。后经复核，在上下游两个料场总储量满足情况下，缩减江嘴料场开采范围，对该松动岩体采取避让措施[6]，很大程度上节约了处理工程量，并确保了料场开采顺利进行。

在高山峡谷地区，松动岩体在很多情况下是没法避让的。如上述长河坝右坝肩开口线松动岩体，因其规模较小，清除难度相对不大，故予以清除处理。

长河坝电站进水口松动岩体，规模大，埋深较深，松弛破碎、体积扩容显著，架空结构明显，工程地质性状极差，极易产生滑坍破坏。鉴于其位于电站进水口，对进水口安全施工及运行影响较大，经综合比较，对其大部分进行挖除处理(图8)。

图8 长河坝电站进水口松动岩体挖除照片

对松动岩体也可采取加固处理措施。黄金坪水电站进水口边坡松动岩体规模也巨大，水平埋深达70～121 m，进水口开挖过程中出现蠕滑拉裂变形，无特定结构面滑移组合，变形最不利模式为松动岩体圆弧滑动，临近剪出面则与软弱结构面结合，因此，对其进行了加固处理，锚索深度穿过松动岩体，长度达100 m(在边坡范围内松动岩体水平埋深70 ～90 m)，主要锚索吨位达3 000 kN，即采用大吨位超长锚索，并配有框格梁支护。成功将松动岩体变形控制住，该边坡已成功运行超5年。关键问题是锚索锚固端不能放在松动岩体内，否则，起不到边坡加固的作用。总体而言，对松动岩体进行加固处理难度大。

4 结 语

西部高山峡谷地区山高坡陡，天然地应力高，在卸荷、应力重分布及地表地质应力作用下，强卸荷表部通常存在松驰破碎岩体，即松动岩体。相对强卸荷岩体产生了一定的错动、体积扩容，在侧向及顺坡向均产生了一定的拉张变形，岩体松弛、破碎、架空，但仍存在一定的嵌合力具破碎化程度高、低波速、低变形模量、透水性强等特性，工程特性极差，极易产生滑坍、垮坍等工程地质问题，已成为水电高边坡重大地质难题之一。

针对松动岩体工程地质性状极差，甚至类似于松散块碎石层的特点，笔者总结了其处理措施原则及经验。即优先采取绕避措施，其次，如避让不了则应采取挖除处理，最后才选择加固处理。同时，一定要因地制宜，具体情况具体分析，不能拘泥于某一具体处理形式。松动岩体主动加固处理时，锚索锚固端一定要穿过松动岩体，否则，不能发挥边坡加固的作用。

针对松动岩体这一地质现象，前人多在其发育规律、成因及工程地质特性方面描述较多，鲜有对松动岩体成功处理的论述及总结。笔者补充了松动岩体几个成功处理案例及总结，希望对地质人员认识松动岩体有所帮助。

松动岩体结构及工程地质特性介于强卸荷岩体及覆盖层之间，目前，虽较为系统地研究了松动岩体的成因、结构特征及破坏模式，但关于松动岩体力学参数系统研究较少，多停留在定性分析、少量试验及反演分析基础上。今后，可多进行这方面研究并多积累经验，以有利于西部大开发大战略。