三峡库岸防护试验性工程设计及监测分析

覃雯

（重庆市地质矿产勘查开发集团有限公司，重庆 401122）

1 试验性工程概况

1.1 工程的背景

三峡库区巫山县巫峡镇龚家坊至独龙斜坡位于重庆市巫山县境内巫峡段之长江干流左岸，距巫山县城区5～9km。巫峡段不稳定斜坡发育众多，该区段主要灾害体有龚家坊崩塌体、茅草坡潜在不稳定斜坡、独龙潜在不稳定斜坡。龚家坊斜坡于2008 年11 月23 日发生过岩体崩塌，约37 万m3岩体坠入长江，产生超过10m高的涌浪[1]；2009 年5 月18 日，该斜坡上的危岩体再次发生了崩塌，崩塌岩体总量约1.5 万m3，产生高约5m的涌浪。两次崩塌所幸未造成人员伤亡。

与龚家坊段岸坡地质条件相似的其他库岸，是否还会产生类似的崩滑，引起了各级政府部门的高度重视。2012 年5 月重庆地勘局107 地质队对茅草坪4 段库岸进行库岸防护试验工程设计。2013 年6 月20 日至2014 年9 月6 日重庆市208 建设工程公司在水库低水位运行阶段对库岸进行治理。巫山县龚家方-独龙斜坡茅4 试验性护坡治理工程竣工后全貌如图1 所示。

图1 巫山县龚家方-独龙斜坡茅4 试验性护坡治理工程竣工后全貌

1.2 工程的目的

本试验工程的目的在于以下3 方面。

1.2.1 分析总结，提供借鉴

本试验工程采用了多种工程措施，包括格构锚固、肋柱挡墙、锚孔注浆、混凝土挡土墙、微型桩、喷射玻璃纤维面板、喷射钢纤维面板、现浇混凝土面板等工程，大胆尝试了新的设计思路，通过观察、监测各类工程和方案在库水正常运行条件下的防护效果和对斜坡稳定性的加固作用。

1.2.2 大胆尝试，小心求证

本试验工程在现行规范规定的基础上，根据实际地质情况对部分结构进行了实验性的调整和大胆尝试，目的是为了找出在稳定性加固、防护性能、经济造价、环境美化等多个方面最优的设计方案。

1.2.3 监测分析，提供依据

对以侵蚀-剥蚀型破坏为主要变形的斜坡采用对削落带防护的方案，来提高斜坡整体稳定性，通过斜坡地表多个水文年监测评估此种方案的治理效果。通过效果监测来检验设计参数取值的范围，以便为今后的工程治理提供参数依据。

2 斜坡基本特征及变形机理

2.1 斜坡基本特征

茅草坡4 段斜坡坡体两侧以季节性冲沟为界，后缘以岩体的弯折变形区边界平台为界，后缘高程440m，前缘高程根据地形确定为85m，潜在变形体的厚度根据冲沟切割深度确定，平均厚18m，潜在变形体长430m，平均宽约 200m，面积 10.14 万 m2，体积约 182 万 m3。

本工程区基岩为三叠系下统大冶组三段、四段泥质灰岩、灰岩。

根据库岸划分原则结合现场调查及勘探揭示的情况将库岸分为以下4 段，其中2 段变形情况严重，基本特征如表1 所示。

表1 茅草坡4 段库岸特征

2.2 灾害体变形机理

库岸水位变动带风化破碎岩体在库水冲蚀、淘蚀作用下发生规模较小的塌岸，塌岸范围逐年加大，向后扩展。库岸稳定性直接关系到斜坡的整体稳定，是斜坡稳定的关键区域，通过加固库岸从而达到稳固斜坡坡脚提升斜坡整体稳定性，是试验性工程的基本设计原理。

3 库岸防护试验工程设计

3.1 内部结构加固方案

茅草坪4 段库岸土体范围分布小，厚度薄，但库岸多段发育多组外倾结构面，严重影响岸坡的稳定性。由于，破碎岩体沿着这些外倾结构面发生滑移崩塌，致使塌岸现象逐步向内部延伸，向上部扩张。因此必须采用内部加固方案来阻止变形进一步扩展。防止岩体沿外倾结构面变形的常用方法为锚杆和抗滑桩，由于施工地质环境条件，水位变动的影响，考虑造价等经济因素，选用施工难度小，造价低，同时能满足工程结构需要锚固工程作为加固的主体工程，局部区域进行注浆补强。

锚杆长度根据岩体破碎层厚度、地形坡角和预测塌岸线确定。例如在下游极破碎段破碎岩体厚10～20m，在此段锚杆进行了增长。

在极破碎段局部大张拉裂隙，张开宽一般为2～8.0cm。表层岩体形成多处空洞和鼓胀，根据上述变形特点在锚杆钻孔中增设了注浆工程，对岩体内部进行结构补强。

3.2 坡面防护方案

由于茅草坡4 段库岸岩体呈破碎或极破碎状，因此必须联接内部加固工程，采用全封闭的方案对其进行坡面防护。

本试验性工程针对每一段的特点分别采用了4 种不同的护坡形式。

（1）现浇混凝土面板+肋柱，主要针对上游迎水面段冲沟侧的强烈水流冲刷和撞击。

（2）格构梁+框架内填充砂砾石袋+喷射混凝土面板，主要针对坡面掏蚀形成的空洞和凹腔；主要应用在上游段。

（3）多层素喷钢纤维混凝土面板，不挂网，不设置肋柱，施工速度快，可适应复杂多变的地形条件，主要应用在下游极破碎段。

（4）喷射玻纤维混凝土面板+肋柱，施工难度和造价较方法1 和方法2 要少，但大于方法3。结构的安全稳定和耐久性较方案3 强。主要应用在下游段，岩体较破碎区域。

3.3 坡脚防掏蚀方案

在长江库岸很多防护工程在经过一段时间的运行期后都出现了，局部被掏蚀的现象，造成护坡结构悬空失效，结构破坏的情况，直接影响工程的耐久性和防护寿命。因此防治库水掏蚀也是本库岸防护工程的重点。

2013 年9 月—2014 年5 月库水高水位运行期间，茅草坡4 段斜坡在未实施防护工程的下游段和下游极破碎段新增了3 处塌岸，估算塌岸体积约为1000m3。坍塌的坡体和已防护的坡体之间形成了明显的坡形起伏。

微型桩桩长5~7m，微型桩必须嵌入预测塌岸线以下的岩体中，防止消落带岩体在浪蚀作用下逐层剥蚀。主要应用在下游段和下游极破碎段。

混凝土挡墙截断了江水从低水位逐步从护坡结构内侧掏蚀的途径。墙高2~3m。主要应用在上游迎水面段和上游格构锚固段。

4 库岸防护试验工程监测

4.1 监测工作布置

重庆地勘局107 地质队承担了该段斜坡监测预警工作。实验性治理工程监测内容情况如表2 所示。

表2 监测工程数量

工程完工后，工程效果监测时间为3 年，监测频率：第1 年每半月1 次；若无明显变化，第2～3 年基准频率调整为每月1 次；库区蓄降水、雨季每年加测10轮次。发现明显变化，需加密监测频率。人工巡查，若发现工程变形或开裂等现象及时上报。

4.2 锚杆应力监测数据分析

根据应力监测点的在斜坡上的位置布置情况（图2），将应力分为上部点，中部点，底部微型桩点三类：通过分析发现上部点和中部点受长江水位的变动的影响比较明显，与长江水位的涨消有一致性。即随着长江水位的下降锚杆应力计读数相应减少，长江水位的上涨锚杆应力计读数相应增加。这一变化主要表现在2015 年7 月低水位期逐步蓄水至2016 年2 月高水位期之间；但在2015 年2 月—2015 年6 月水位下降期间这一现象不明显。

图2 茅4 工程治理效果锚杆应力监测点布置

应力变化与水位升降规律成正比的点位：YL01（一期工程，斜坡中部），YL02（一期工程，斜坡上部），YL05（二期工程，斜坡上部），YL06（二期工程，斜坡中部），YL07（二期工程，斜坡中上部），YL08（二期工程，斜坡中部），其余点数据出现异常。

应力监测点的应力变化在40MPa～113MPa 的变化，其中应力量最大的点为YL03（113MPa），锚杆钢筋为1φ28，此应力值在锚杆应力范围之内。

位于微型桩上的应力监测点有：YL11，YL12 在监测周期内未显示出明显的应力变化；YL09 在2015 年9月有一次明显的应力下降，其他时段未显示出明显应力变化；其余点数椐异常。

斜坡体锚杆的应力变化和长江水位的升级有一定关系，大部分点的应力值随着水位上升有加大的趋势。这可能与水压力，浮力和动水压力影响有关。微型桩应力监测点变化不明显，可能与长期在水下受水位变动影响小有关。

降雨量变化与锚杆应力计变化无明显关联。说明锚杆应力受降雨量的影响较小。

4.3 监测结论

M4 库岸于2014 年试验性治理施工完毕，到2021年10 月已完成7 个水文年的运行。结合相关资料和位移曲线图综合分析来看，在无特殊工况条件下，斜坡体各变形监测点无明显变形趋势。宏观地质巡查该库岸，护坡面上未发现异常情况。

5 结语

根据斜坡变形特征表明茅草坡4 段的防治重点是，通过对茅草坪4 段库岸消落带防治，达到增强此段斜坡整体稳定性的效果。

茅草坪4 段库岸防护工程主要围绕解决三个问题展开，即库岸内部结构加固问题，坡面防护问题和坡脚防掏蚀问题。茅草坪4 段库岸土体范围分布小，厚度薄，但库岸多段发育多组外倾结构面，严重影响岸坡的稳定性，这也成为茅草坡4 段库岸内部结构补强设计上有别于其他段的重要特征。

锚杆应力计上部点和中部点受长江水位的变动的影响比较明显，与长江水位的涨消有一致性。即随着长江水位的下降锚杆应力计读数相应减少，长江水位的上涨锚杆应力计读数相应增加。位于微型桩上的应力监测点有：在监测周期内未显示出明显的应力变化。降雨量变化与锚杆应力计变化无明显关联。