拉西瓦水电站右岸高边坡地质特征及工程治理

杨天俊,白兴平,杨 芸

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

黄河拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河龙羊峡出口段，是黄河龙羊峡—青铜峡河段流域规划的第二个梯级电站，也是黄河上游规模最大的电站，大坝坝型为双曲拱坝，坝高250 m，水库正常蓄水位2 452.00 m，电站装机4 200 MW，多年平均年发电量102.33亿kWh。电站枢纽建筑物由双曲拱坝、引水发电系统、坝身表孔和深孔、坝后水垫塘等组成。

拉西瓦两岸岸坡地形基本对称，横断面总体呈“V”字型。2 400 m高程处谷宽245～255 m，正常蓄水位2 452.00 m处谷宽350～365 m，坝顶高程2 460.00 m处谷宽365～385 m。河谷岸坡地形复杂。右岸天然边坡顶部高程为2 955.00～2 975.00 m，坝基开挖高程为2 210.00 m，边坡高达745～765 m，岸坡平均走向约NE70°，边坡坡度在2 380.00 m以下谷坡陡立，平均坡度60°～65°，在此高程以上两岸岸坡平均坡度40°～45°。基本呈上缓、下陡形态(见图1)。按照高度对边坡的分类，其高度远大于300 m，属于特高边坡类。

1 右岸高边坡变形破坏特征

右岸高边坡的变形破坏具有以下规律性特征。

(1) 坝址区两岸岸坡岩体变形破坏不仅具有明显的垂直分带特征，而且受断裂、裂隙等结构面的空间组合，以及后期浅表生改造作用等影响显著。

岸坡地形剖面成3个陡缓相间的台阶状，2 400.00 m高程以下为陡立岸坡，以发育规模较小的危石、危岩为主；2 400.00 m高程以上为宽谷带，原有的第四系覆盖层总体保存完好，但受沟谷发育的影响，沟谷两侧崩滑堆积、崩坡积物较发育，大型滑坡和变形松动体(SD)大多分布在该高程以上。

变形破坏的垂直分带还显示不同高程的变形破坏的形成与当时特定的气候条件相联系，随着河谷的下切演化，气候条件的变迁，以及两岸水文地质条件的改变，岸坡的环境条件也随之发生了较大的变化。

(2) 坝址区岸坡岩体的变形破坏还受断裂结构面切割的影响，尤其是两岸坝肩部位缓倾结构面较发育，缓倾结构面是岸坡中变形破裂的主要控制结构面，由于倾向右岸，因而在岸坡变形破坏发育程度与规模上造成两岸的明显差别，即规模较大的变形破坏体主要分布在左岸。缓倾断裂在出露高程上表现出一定的成层性，变形破坏的分布总体上也具有一定的成层特征。

(3) 坝址花岗岩体中除连续性较好、延伸长的缓倾角断裂(Hf类)以外，其它方向的断层、裂隙也十分发育，有的在某些部位可呈带状密集产出，经浅表生改造后在特定的组合和一定的坡形及环境条件下发生变形破裂。断裂的空间组合造成变形破裂机制具有多样性破坏机制特征。

根据现场调研，主要有以下4种主要类型。

1) 滑移-拉裂(SF)

滑移-拉裂变形在坝址区较发育，其主要受缓倾坡外与陡倾结构面组合块体的变形岩体中。厂房进水口后边坡顶面可见一组缓倾坡外的密集裂隙，坡体已沿裂面发生了滑移拉裂式的滑动(见图2(a))。

2) 滑移-压致拉裂(SCF)

坡体由陡缓两组倾斜断裂组合，变形发生在陡缓交界处，表现为压裂或压碎，后缘出现拉裂缝，在发展过程中可出现多级台阶状压裂或压碎带。一旦贯通则发生破坏。是岸坡中规模较大的变形破裂机制类型(见图2(b))。

3) 倾倒(弯曲)拉裂(TF)

坡体中近陡坡坡面发育一组直立或陡倾内外的断裂面，则有发生倾倒拉裂变形破裂的可能。倾倒岩体一旦失稳，造成翻倒崩塌。另外陡坡中可见到这类翻倒后残留的空腔(见图2(c))。

4) 滑移弯曲(ZB)

这种类型经常发生在中—陡倾外的层状体斜坡中，斜坡上部分顺坡向的一组断裂较发育，并有滑移错动现象，表部已有滑落迹象；下部相对发育的是一套陡倾外的裂隙，近表部有拉张松动迹象。上、下两部分变形迹象联系起来，表现为滑移弯曲机制(见图2(d))。

2 右岸高边坡不稳定体类型及分布特征

右岸坡基岩裸露，岸坡浅表部岩体卸荷作用强烈，卸荷裂隙非常发育，表层岩体在重力及其它风化营力作用下产生变形破坏，形成了许多表层不稳定松动块体；拉裂缝与构造结构面的相互组合切割、围限形成了不稳定结构体，少数结构体已发生了蠕滑变形或滑动破坏。通过野外调查分析和综合研究，高边坡不稳定体可归纳为以下几种类型：

(1) 表层松动体

发育于岸坡不同部位、不同高程，特别在右岸坝顶高程以上和坝前大面积发育。主要受与边坡近平行的卸荷裂隙控制，岩体结构呈陡立板状，黄河岸边和冲沟两侧局部地段可见点头弯腰现象，少数地段还有耸直的孤立块体。分布特点一般以山梁、山脊或地形陡缓相接部位为主。局部地段规模较大，最大方量数百立方米。

(2) 松散堆积体

崩坡积物在坝址两岸各高程均有分布，其分布特点与表层松动体正好相反，一般在地势较低部位和较大冲沟内，组成物质一般以块石和碎石为主，厚度一般几米至十余米，方量均较小。

(3) 坡面危石

存在于坝区不同高程部位，分布广泛，没有规律，尤以坝顶高程以上和峡谷两岸陡坡、陡崖部位更为普遍。大多是由小型松动体经过长期风化、剥落、解体演化而成，单个体积不大，一般0.5～2 m3，个别大于30 m3。

(4) 结构体

结构体是指岩体中由结构面和临空面组成的分离岩体或准分离岩体，规模一般较大。

3 右岸高边坡稳定性分区

高边坡岩体稳定性分区，主要考虑了以下因素：① 边坡岩体结构特征；② 边坡上发育的控制性结构面与边坡的组合关系；③ 边坡岩体的风化程度；④ 边坡表层不稳定体的发育程度；⑤ 地下水对边坡岩体的影响；⑥ 对工程建筑物的影响程度等。

按此稳定性分区原则可将拉西瓦右岸高边坡分为：

(1) 不稳定结构体区：该区以由结构面组合形成的结构块体为主，边坡岩体稳定取决于结构面组合关系及特征。

(2) 不稳定松动岩体区：该区主要由松动岩体组成，对工程影响较大。

(3) 不稳定堆积体区：该区由崩坡积或滑堆积形成的堆积体组成，当堆积在陡坡、陡壁顶部、沟口有建筑物的冲沟内时，对局部建筑物及建筑物涉及的边坡影响较大。

(4) 危石区：岸坡表部存在大量的危石，广泛存在于工程区岸坡，分布无规律，对施工和永久场内安全影响较大。

(5) 稳定区：边坡岩体完整，表层岩体微风化，局部发育少量的松动岩体、小型不稳定体及危石，对工程影响较小。

按上述稳定性分区中不稳定岩体的分布特征将右岸坝顶高程以上不稳定体划分为BW2、BW4、BW6三区，每个区进一步划分为A、B、C、D等不同的亚区(表1、图3)。

表1 右岸高边坡不稳定体分区说明

右岸高边坡典型地质剖面如图4。

4 右岸高边坡治理

4.1 治理原则与方案设计

治理原则：① 结合临建设施与枢纽布置，分期治理；② 针对不良地质体发育特征，结合直线工期，制定适宜的治理措施；③ 实施清、削、锚、盖、挡等的综合治理措施。

据此，对拉西瓦右岸高边坡采用两期治理方案，其中右岸一期治理范围为影响右岸缆机平台开挖的区域，主要包括青草沟上下游。二期治理范围是影响枢纽建筑物、出线平台开挖及影响施工安全的区域，右岸主要包括鸡冠梁、石门沟、青石梁及出线平台边坡等，后补充范围到整个右岸泄洪消能区以上高边坡。

一期治理方法主要有清坡、主动防护网、钢筋笼挡墙等。二期治理方法主要有清坡、削坡、锚杆、主动防护网、被动防护网、钢筋笼挡墙等。同时考虑边坡排水与植被保护等。

清坡是指主要通过人工撬挖的方式清除边坡上的不稳定岩体。削坡是指挖除边坡上的卸荷、松动、风化的不稳定岩体，开挖底坡以地质资料中的卸荷拉裂面为界。锚固是指对不易、不必清除但其稳定性又较差的岩体采用锚杆加固。主动防护网是指采用柔性支护的方式，将格状金属网络辅以锚杆系统对结构较差的表层岩体进行防护。被动防护网是指在较为宽缓的坡段设置刚柔并用的支挡系统以阻挡上部滚石。钢筋笼挡墙作用类似被动防护网，但其规模更大，能承受更大方量和体积的块石与落石。在具体治理中，可视具体情况对岩体实施多种方案并举的综合治理措施。

4.2 右岸高边坡治理

右岸高边坡自上游向下游可分为以下3个区域：

(1) 青草沟上游高边坡

本区大型山梁与深切支沟发育，主要有：

① 鸡冠梁(松动体)，影响上游围堰、进水口及右岸通往进水口交通安全；② 石门沟(两侧及沟顶松散堆积体、松动岩体、危石)，影响进水口安全；③ 青石梁(松动岩体、危石)，影响进水口及右坝肩安全；④ 青草沟(沟中松散堆积体与危岩体、危石)，影响大坝安全。

(2) 出线平台以上高边坡

出线平台以上高边坡主要发育松动体、危岩体、危石，影响右岸坝肩、出线平台、消能区安全。

(3) 出线平台下游～下游围堰高边坡

主要发育危岩体、危石，影响消能区、尾水洞出口、下游围堰安全。

5 右岸高边坡治理效果分析

分析治理处高边坡效果主要有两种分法：一是通过多频次的宏观地质巡视；二是通过在边坡范围内布设的监测设备长期观测。通过多年的边坡巡视表明，边坡稳定性良好(见图5)。

右岸坝顶以上边坡区主要是位于2 500.00 m高程以上、尤其是青石梁边坡部位，施工中布置了地表大地测量、多点位移计、锚杆测力计等，由项目业主单位进行长期监测。

多年的监测成果反应边坡变形规律如下：

(1) 地表大地监测点测量各测点的变形虽有波动，但总体呈逐渐增大、后期趋于稳定的状态。就各方向的位移变化而言，2 516.67 m高程及以上的X方向累积变形量较小、最小为0.2 mm，Y方向累积变形量为0.3～33.3 mm；该高程以下X方向累积变形量较大、为12.7～32.4 mm，最大值在2 560.07 m高程处；Y方向累积变形量-26.2～-2.3 mm；对于H方向的累积变形量，除2 516.67 m高程出现为负值外，其余的为9.6～101.6 mm，最大值出现在2 585.94 m高程处。

(2) 多点位移计监测成果反映该边坡部位各测点向坡外的最大累计变形量仅为1.99 mm，出现在高程2 524.60 m处测点；向坡内的最大累计变形量为5.77 mm，出现在高程2 513.00 m处测点；各测点在监测期间累计变形量总体呈现波动变化、并趋于稳定的特点，整体变形量小，监测部位边坡稳定性好。

(3) 锚索测力计检测表明各测点在高程2 520.10 m处测点的锚固力损失值最大，为132.10 kN、损失率达11.54%；高程2 525.10 m处锚固力损失值最小，为18.76 kN、损失率1.64%。总体而言，该边坡锚固力损失值总体不大。

6 结 论

(1) 拉西瓦工程右岸高边坡在坝顶以上约450 m，地形陡峻，经过综合勘测研究和高边坡工程治理，高边坡整体是稳定的。

(2) 由于高陡边坡中有一定深度的卸荷带，加之后期风化、冻胀等作用，从而引起边坡中不稳定体类型多样，主要有表层松动体、松散堆积体、坡面危石、结构块体等，是施工期和运行期对安全有较大影响的主要地质体。

(3) 由于边坡高陡，对浅表层潜在不稳定体，治理措施上不可能采用完全挖除卸荷松动岩体的方法，采用表层清坡，局部浅层削坡，挂网喷混凝土，局部锚固、挡护的治理方案是切合地质实际、易行、而又较为有效的方案。

(4) 右岸高边坡经采用表层清坡，局部浅层削坡，挂网喷混凝土，局部锚固、挡护的施工治理后，边坡稳定大大提高，治理后的边坡可满足设计要求。从变形监测成果看，变形量在仪器控制精度范围内，未发现明显变形。