淜头水电站工程库岸防护稳定性分析

晋浩淼

（山西小浪底引黄工程有限公司，山西 垣曲043700）

1 工程概况

淜头水电站位于长治市平顺县的北耽车村上游浊漳河干流上，离浊漳河约400 m，装机3 130 kW，水库规模为中型，总库容2 948万m3，流域控制面积10 458 km2。工业供水规模1 300万m3，枢纽等别为Ⅲ等。工程任务是控制区间来水量和上游水库弃水量，适当调节来水量的时空分布，利用蓄水水头增加小水电装机容量，以提高下游14座径流式电站的发电量。

2 地质概况

2.1 区域地质概况

本区地形地貌主要为剥蚀构造中山区，与山前洪冲积、洪积区两种地质。区域内出露地层有古生界寒武系中、上统；奥陶系中、下统；第四系中、上更新统、全新统。区域位于吕梁山脉断块的太行东南部。总体地层为单斜构造，NW向倾斜。断裂发育呈NEE、NE向展布。本区地震烈度为7度，动反应谱特征周期0.45 s。地下水分为松散岩类孔隙水及碳酸盐岩类岩溶裂隙水两种类型，地下水多由两岸向沟谷流动，主流由上游向下游流动。

2.2 工程地质

2.2.1 工程地质概况

（1）工程地貌地形。浊漳河河谷区是典型的河流地貌单元，海拨高程为585～997 m，地貌为河谷区和剥蚀中山区。河谷宽约35～200 m，河床高程585～595 m。

（2）工程地层岩性

寒武系（∈）：∈2x灰岩、页岩、泥岩夹鲕状灰岩，出露厚度为90 m；∈2z鲕状灰岩夹薄层灰岩，泥质条带灰岩；∈3g-c泥质条带灰岩和小竹叶状灰岩互层夹厚层鲕状灰岩、泥质条带灰岩；∈3f粗粒结晶白云岩。奥陶系（O）：O1y白云岩与黄绿色泥质白云岩互层；O1l厚层含隧石条带白云岩，上部含燧石较少；O2x白云质灰岩、灰岩及角砾状灰岩夹泥灰岩。

第四系（Q）：Q2pl低液限粘土及局部少量钙质结核；Q2pal混合土卵石、卵石混合土、低液限粘土，底部级配不良（良好）砾等；Q3dpl常夹砾石透镜体，低液限粉土粘土；Q3pal：低液限粉土粘土，混合土卵石、卵石混合土、含砾级配不良（良好）砂；Q4dl：碎石土；Q4del基岩风化岩屑及残积碎石堆积物；Q41pal：低液限粉土粘土、混合土卵石、卵石混合土；Q42pal：混合土卵石、卵石混合土及低液或夹砂限粉土。

（3）工程地质构造

库区断层走向多为NEE向，构造上位于微子镇背斜东南翼，岩体有节理裂隙发育四组，地层产状为N70°～85°E/NW∠3°～9°。

（4）工程水文地质

区域地下水为碳酸盐岩类岩溶裂隙水和松散岩类孔隙水，区内地下水由两岸向河谷运移，从上游向下游流动，库区地下水受大气降水和上游浊漳河水补给。浊漳河水水化学类型为HCO3-SO4-Ca-Mg型，弱硫酸盐型对混凝土结构具有腐蚀性；对钢筋及钢结构具有弱腐蚀性。地下水水化学类型为HCO3-Ca-Mg型，对钢结构具弱腐蚀性，对钢筋和混凝土结构不具腐蚀性。

（5）工程物理破坏

工程物理破坏，主要有岩体风化、岩溶及冲沟等。

2.2.2 工程地质问题

（1）库区渗漏

正常蓄水的水库，在近闸段存在F4断层带，沿坝址左岸河间地块，向下游河道渗漏，估算渗漏量为3 357 m3/d，另外库区不存在其他向库外沿两岸产生的永久性渗漏。

（2）库岸稳定

土质岸坡主要位于库区左岸，第四系上更新统洪冲积（Q3pal）的地层岩性为卵石混合土及低液限粘土。正常蓄水位为603.0 m时，库区坍岸带宽度为93.8 m，坍岸估算方量约79.5万m3。其中，水下坍岸方量约为11.4万m3，水上坍岸方量约为68.1万m3，需进行支护、削坡。

（3）水库淹没及浸没

坝址水库正常蓄水位603.0 m时，淹没主要涉及平顺县北耽车乡3个村庄的土地及专项设施，淹没影响平顺华野旅游开发有限公司1家企业。河床及两岸农田、建筑物基本不存在浸没影响。

3 左岸边坡防护情况

根据地质提供资料，淜头水电站左岸挡水坝上游侧岸坡为土质岸坡，大部分为低液限粘土，土质较纯，库区正常蓄水后（正常蓄水位为603.0 m），库岸抗冲刷能力差，存在坍岸危险。为避免库区内近坝左岸岸坡在蓄水后因水流冲刷造成岸坡坍塌的危险，须将库区内靠近左岸挡水坝段至辛安泉供水改扩建工程左岸集水廊道末端范围内，正常水位下边坡进行必要的防护。

淜头水电站左岸挡水坝段上游侧岸坡进行防护，防护范围为辛安泉供水改扩建工程左岸集水廊道下游侧至距坝轴线25 m区域内的左岸岸坡（左岸挡水坝段上游侧约25 m的范围，已做防护）。防护措施：将该区域内现状岸坡进行局部削坡修整，修整后的坡度为1∶1.25。在高程595.00～605.20 m范围内坡面采用格宾石笼防护，沿坡高方向每层水平宽度不小于2.0 m，层高0.6 m，长度不小于2.0 m，防护后的坡面坡度为1∶1.5；护坡坡脚线和护底边线之间的部分，采用格宾石笼护底，厚0.8 m，清基后，以现状实际地面铺设；格宾石笼底部下衬反滤料并压实，厚0.5 m。反滤料采用中粗砂。

岸坡防护高度确定，依据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）要求，淜头水电站正常蓄水位对应该段的最大水深，护坡高程运行条件按照以下确定：

护坡顶高程：正常需水位加正常运行条件的超高。计算公式采用y（护坡超高，m）=R（最大波浪在护坡上的爬高，m）+e（最大风壅水面的高度，m）+A（安全加高，m）计算。

风浪要素采用莆田公式计算，该区域多年平均最大风速为16 m/s，设计风速正常运行条件下采用多年平均年最大风速1.5倍；非常运行条件风速采用多年平均年最大风速16 m/s。

计算结果：R=0.95 m，e=0.008 m，A=0.5 m，合计超高为1.45 m，计算防护顶高程为604.45 m，参照挡水坝段顶高程为605.50 m以及单块格宾石笼高度为0.6 m，最终确定防护顶高程为605.20 m。

图3 -1防护断面示意图

4 左岸边坡防护稳定性评价

防护护坡稳定计算，典型断面选取左岸护坡设计断面。

计算工况选取：选取库水位的正常蓄水位603.00 m稳定期护坡，进行稳定计算；库水位从603.00 m降落到库底594.00 m，水位降落时的护坡稳定计算。护坡填筑材料及原状土参数见下表1；其中内摩擦角和粘聚力参数采用《工程地质手册（第四版）》中数据。

表1 护坡稳定计算材料参数

护坡稳定计算方法：抗滑稳定计算采用理正岩土计算6.5PB2版（网络版）软件中边坡稳定模块进行，计算方法为有限元法。边坡稳定采用简化毕肖普法。计算公式为：

式中：K为抗滑稳定系数；W为土条的重量；R为圆弧的半径；Mc为水平地震惯性力对圆心力矩；c′、Ψ′为土条底面有效应力抗剪强度指标；b为土条的宽度；α为通过此条块底面中点与条块重力线的半径之间夹角；u为作用于土条地面的孔隙压力；V为水平、垂直地的震惯性力。计算成果如表2。

表2 最小安全系数标准剖面计算表

根据计算成果表，左岸护坡计算的最小稳定安全系数均大于规范规定的允许安全系数，即护坡稳定满足要求。

5 结语

通过对左岸边坡的定性分析、定量计算表明，防护工程对岸坡进行削坡和格宾石笼防护后，确保了左岸土质边坡的稳定，保障了水电站库区的安全。